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1 鉴相器(PD—Phase Detector)
鉴相器是锁相环路中的一个关键单元电路,它负责将两路输入信号进行相位比较,将比较结果从输出端送出。
鉴相器的电路类型很多,最常用的有以下三种电路.(1)模拟乘法器鉴相器,这种鉴相器常常用于鉴相器的两路输入信号均为正弦波的锁相环电路中。(2)异或门鉴相器,这种鉴相器适合两路输入信号均为方波信号的锁相环电路中,所以异或门鉴相器常常应用于数字电路锁相环路中。
(3)边沿触发型数字鉴相器,这种鉴相器也属于数字电路型鉴相器,对输入信号要求不严,可以是方波,也可以是矩形脉冲波.这种电路常用于高频数字锁相环路中。
图2 异或门鉴相器的鉴相波形与鉴相特性曲线
a) 异或门鉴相器 b) 鉴相器输出波形 C) 鉴相特性在时域中,鉴相器的数学模型是下面这样的:2 环路滤波器(LF-Loop Filter)
鉴相器输出的电压信号是交流电压,它并不能直接控制压控振荡(VCO)电路,鉴相器输出的电压信号必须经过环路滤波器平滑滤波后,才能用于控制VCO电路。
环路滤波器从实质上讲也是低通滤波,其作用主要是滤除鉴相器输出误差电压中的高频及干扰成分,得到控制电压Ud,因为控制电压Ud是决定VCO工作频率的电压,因此它的变化对锁相环路的性能参数有很大的影响关系。
图3是目前比较常用的三种环路滤波器电路。从图中可以看出,三种电路的复杂程度不一样。第一种简单的RC滤波器所用元件最少,电路也最简单。有源比例积分滤波器,使用元件最多,电路也比较复杂。
图3 环路滤波器
a)简单RC滤波器 b)RC比例积分滤波器 c) 有源比例积分滤波器
但从滤波效果的角度来衡量,有源比例积分滤波器的滤波效果最好,简单RC滤波器滤波效果最差,RC比例积分滤波器的滤波效果介于二者之间。设计电路时,可以根据锁相环路的要求选择不同的环路滤波器。
3 压控振荡器(VCO-Voltage Controlled Oscillator)
压控振荡器(VCO)是锁相环(PLL)的被控对象。压控振荡器是一个电压—频率变换装置,在环路中作为频率可调振荡器,其振荡频率应随输入控制电压线性地变化。它输出的信号根据锁相环的不同要求,可分为正弦波压控振荡器与非正弦波压控振荡器两大类.
正弦波压控振荡器一般由LC点式振荡器与变容二极管组成.它的工作原理与计算公式和电容三点式正弦波振荡器完全一样。由于正弦波VCO受到变容二极管结电容变化范围的限制,因此一般振荡频率变化范围都不是太大。
非正弦波压控振荡器的种类较多,由于它的频率变化范围大,控制线性好,所以应用比较广泛。
这类压控振荡器常见的几种电路有射极定时压控多谐振荡器、积分型施密特压控振荡器、数字门电路压控振荡器。
图4两种方波压控振荡器电路
a) 积分施密特VCO电路 b) CMOS门电路VCO电路
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