【導讀】鎖相的意義是相位同步的自動控制，能夠完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡稱PLL。它廣泛應用于廣播通信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等技術領域。
一個典型的鎖相環(huán)（PLL）系統(tǒng)，是由鑒相器（PD），壓控蕩器（VCO）和低通濾波器（LPF）三個基本電路組成，如圖1，
一、鑒相器（PD）構成鑒相器的電路形式很多，這里僅介紹實驗中用到的兩種鑒相器。1．異或門鑒相器 異或門的邏輯真值表示于表1，圖2是邏輯符號圖。
從表1可知，如果輸入端A和B分別送入占空比為50%的信號波形， 則當兩者存在相位差Dθ時，輸出端F的波形的占空比與Δθ有關，見圖3。將F輸出波形通過積分器平滑，則積分器輸出波形的平均值，它同樣與Δθ有關，這樣，我們就可以利用異或門來進行相位到電壓的轉換，構成相位檢出電路。于是經(jīng)積分器積分后的平均值（直流分量）為：U = Vdd * Δ θ/π (1)
不同的Δθ，有不同的直流分量Vd。Δθ與V的關系可用圖4來描述。從圖中可知，兩者呈簡單線形關系：Ud = Kd *Δθ (2)Kd 為鑒相靈敏度
圖3
圖4
2．邊沿觸發(fā)鑒相器 前已述及，異或門相位比較器在使用時要求兩個作比較的信號必須是占空比為50%的波形，這就給應用帶來了一些不便。而邊沿觸發(fā)鑒相器是通過比較兩輸入信號的上跳邊沿（或下跳邊沿）來對信號進行鑒相，對輸入信號的占空比不作要求。
二、壓控振蕩器（VCO）壓控振蕩器是振蕩頻率ω0受控制電壓UF（t）控制的振蕩器，即是一種電壓——頻率變換器。VCO的特性可以用瞬時頻率ω0（t）與控制電壓UF（t）之間的關系曲線來表示。未加控制電壓時（但不能認為就是控制直流電壓為0，因控制端電壓應是直流電壓和控制電壓的疊加），VCO的振蕩頻率，稱為自由振蕩頻率ωom，或中心頻率，在VCO線性控制范圍內(nèi)，其瞬時角頻率可表示為：ωo（t）= ωom + K0 UF（t）式中，K0——VCO控制特性曲線的斜率，常稱為VCO的控制靈敏度，或稱壓控靈敏度。
三、環(huán)路濾波器
這里僅討論無源比例積分濾波器如圖5。其傳遞函數(shù)為：
四、鎖相環(huán)的相位模型及傳輸函數(shù)
五、鎖相環(huán)的同步與捕捉
鎖相環(huán)的輸出頻率（或VCO的頻率）ωo能跟蹤輸入頻率ωi的工作狀態(tài)，稱為同步狀態(tài)，在同步狀態(tài)下，始終有ωo = ωi。在鎖相環(huán)保持同步的條件下，輸入頻率ωi的最大變化范圍，稱為同步帶寬，用DωH 表示。超出此范圍，環(huán)路則失鎖。失鎖時，ωo≠ωi，如果從兩個方向設法改變ωi，使ωi向ωo靠攏，進而使Δωo =（ωi－ωo）↓，當Δωo小到某一數(shù)值時，環(huán)路則從失鎖進入鎖定狀態(tài)。這個使PLL經(jīng)過頻率牽引最終導致入鎖的頻率范圍稱為捕捉帶Δωp。同步帶ΔωH，捕捉帶Δωp 和VCO 中心頻率ωo的 關系如圖7。
