1.2 锁相环路的基本特性

正常工作时锁相环路具有以下基本特性:

(1)良好的窄带特性:当环路处于锁定状态时,鉴相器输出的误差电压Ud(t)是一个能顺利通过环路滤波器的直流电压,如果此时输入信号中有干扰成分,则干扰信号与VCO的输出信号在鉴相器PD中比较所形成的误差电压受到环路滤波器的抑制(处于低通的通频带外),于是VCO的输出信号中的干扰成分大为减少,此时环路相当于一个滤除噪声的高频窄带滤波器,其通频带可以做得很窄,如在几十兆赫兹至几百兆赫兹的中心频率上实现几赫兹至几十赫兹的窄带滤波。这种窄带滤波特性是LC,RC、石英晶体等滤波器很难达到的。

(2)锁定后没有频差:在环路处于锁定状态时,环路的输出信号和输入信号的频率相等,没有剩余频差,只有剩余相位差。它比AFC系统更好地实现了频率控制,因而在自动频率控制、频率合等技术方面获得了广泛的应用。

(3)自动跟踪特性:一个已经处于锁定状态的环路,当输入信号的频率稍有变化时,VCO的频率立即发生相应的变化,使输出频率与输入频率接近并最终达到相等。有时环路虽未达到锁定状态,经过自身的调节作用可以捕捉到输入信号并最终锁定。

(4)易于集成化:组成锁相环路的基本部件都易于采用集成电路,随着集成技术的发展,整个环路包括一些放大元件、控制元件等均可集成在1块芯片上,目前常用的主要有L562,L565,L564,CD4046等集成锁相环。集成化可以减小设备体积、降低成本、提高设备的可靠性和稳定性,大大提高整机性能。

2 、锁相环路的应用

由于锁相环路性能优越,现广泛用于无线电通信技术中,可实现滤波、模拟和数字信号的调制与解调、倍频、分频、混频、频率合成等方面。

2.1 锁相倍频、分频和混频

在基本锁相环路中,若将VCO的振荡频率锁定在所需要的频率上,就可进行倍频、分频和混频。

(1)倍频:在反馈环路中接入一分频器,当环路处于锁定状态时,ωi=ωo/n,输出的频率ωo=nωi为输入信号频率的n倍。如图2所示。

(2)分频:同理要在反馈环路中接入一倍频器,当环路处于锁定状态时,ωi=nωo,ωo=ωi/n,VCO输出的频率为输入频率的1/n。

(3)混频:在反馈环路中加入混频器或中频放大器,就可实现混频功能。如图3所示。