鎖相環(huán)中的鑒相器了解不？

前幾天，看到一個(gè)比喻，說(shuō)鎖相環(huán)是一個(gè)電路的心臟，沒(méi)有它，整個(gè)電路都工作不了了。

想想也是，沒(méi)有鎖相環(huán)，混頻器沒(méi)法變頻，ADC沒(méi)法采樣，確實(shí)很重要。

實(shí)際的PLL電路肯定相當(dāng)復(fù)雜，不過(guò)，可以從簡(jiǎn)單的看起。

一個(gè)最最簡(jiǎn)單的PLL，有三部分組成，VCO，鑒相器(PD)和低通濾波器。

這篇文章呢，就先講講鑒相器的原理。

鑒相器(Phase Detector/PD)

鑒相器，英文名為Phase Detector，簡(jiǎn)稱PD。

Phase Detector直譯過(guò)來(lái)為相位檢測(cè)器，讀上去好像比鑒相器通俗一點(diǎn)哦。

相位檢測(cè)器，就如其字面意思，就是檢測(cè)相位用的。不過(guò)呢，它是對(duì)兩個(gè)信號(hào)的相位差做出反應(yīng)。也就是說(shuō)，它不管你相位的絕對(duì)值，它是比較兩個(gè)相位的相對(duì)值。相位檢測(cè)器的輸出呢，一般是一個(gè)電壓，而且這個(gè)電壓與相位差呈線性關(guān)系。如下圖所示。

它的主要工作時(shí)用來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的相位差，然后輸出一個(gè)參量，比如說(shuō)電壓。而這個(gè)電壓與相位差呈線性關(guān)系。

如果V1(t)和V2(t)的頻率不相等的話，兩者的相位差則會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。如下圖所示。

PD怎么實(shí)現(xiàn)呢?

那上述的功能怎么用電路實(shí)現(xiàn)出來(lái)呢?

異或門(mén)

或許你想不到，一個(gè)簡(jiǎn)單的異或門(mén)(XOR)就可以實(shí)現(xiàn)上面的功能。當(dāng)然，實(shí)際電路可能比這個(gè)復(fù)雜，這個(gè)等我了解到了，再談。

目前，先從原理層面上看看。

異或門(mén)的真值表如下：

換成文字描述就是：當(dāng)兩個(gè)輸入相同時(shí)，輸出為0;當(dāng)兩個(gè)輸入不同時(shí)，輸出為1.

異或門(mén)當(dāng)做PD來(lái)使用時(shí)，其工作原理如下圖所示。

如上圖所示，兩個(gè)方波信號(hào)V1和V2，而V2的相位比V1滯后，即V2的變化沿要比V1的來(lái)的晚一點(diǎn)。

在一個(gè)周期內(nèi)，V1和V2會(huì)有一段時(shí)間，電平不一致。

當(dāng)V1和V2經(jīng)過(guò)異或門(mén)時(shí)，兩者電平不同時(shí)，異或門(mén)輸出高;當(dāng)兩者電平相同時(shí)，異或門(mén)輸出低。這樣，異或門(mén)就將V1和V2的相位差，與電壓輸出連接起來(lái)了。

輸出Vout是一系列的脈沖信號(hào)，因?yàn)樯仙靥幰咭淮?，下降沿處要高一次，所以該脈沖信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)的2倍。

脈沖寬度與信號(hào)之間相位差的大小成正比關(guān)系，也就是說(shuō)，相位差大，脈沖寬;相位差小，脈沖窄。

脈沖信號(hào)的平均值如下圖所示，與相位差線性相關(guān)。

當(dāng)V1和V2相差180度時(shí)，這時(shí)Vout的輸出恒定為1, 此時(shí)Vout的平均值最大。

當(dāng)V1和V2的相位差超過(guò)180度時(shí)，Vout的平均值開(kāi)始線性下降。

因此，當(dāng)XOR作為PD時(shí)，其輸入輸出的特性曲線如下圖所示。

另外，模擬乘法器(或者混頻器)，也可當(dāng)成PD來(lái)使用。想不到吧?

其輸入輸出特性曲線如下圖所示。

審核編輯：湯梓紅