簡(jiǎn)述鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)

鎖相環(huán)（Phase-LockedLoop, PLL），是一種反饋控制電路，電子設(shè)備正常工作，通常需要外部的輸入信號(hào)與內(nèi)部的振蕩信號(hào)同步，利用鎖相環(huán)路就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，它可用來(lái)從固定的低頻信號(hào)生成穩(wěn)定的輸出高頻信號(hào)。

因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過(guò)程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，即鎖相環(huán)名稱的由來(lái)。

鎖相環(huán)通常由鑒相器（PFD）、環(huán)路濾波器（LPF）、壓控振蕩器（VCO）和N分頻器四部分組成，我司鎖相環(huán)產(chǎn)品在鑒相器和環(huán)路濾波器之間增加了高精度補(bǔ)償電荷泵（CP）結(jié)構(gòu)，相比于簡(jiǎn)單鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，電荷泵鎖相環(huán)（CPPLL）可以通過(guò)環(huán)路濾波器中的電容形成積分器，進(jìn)而可以將環(huán)路增益提高到無(wú)窮大。

CPPLL基本結(jié)構(gòu)

電荷泵鎖相環(huán)有開(kāi)環(huán)增益大、捕獲范圍寬、捕獲速度快、穩(wěn)定度高和相位誤差小等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)，在設(shè)計(jì)中也要控制可能存在的電荷泄漏、電流失配、電荷共享、時(shí)鐘饋通等問(wèn)題，避免壓控振蕩器輸出頻率產(chǎn)生抖動(dòng)和相位發(fā)生偏差。

鑒頻鑒相器

PFD

鑒頻鑒相器，是能夠鑒別出輸入?yún)⒖夹盘?hào)和輸出信號(hào)相位差的器件。

鑒相器通過(guò)比較輸入?yún)⒖夹盘?hào)和輸出信號(hào)的相位差，將相位差轉(zhuǎn)換為電壓輸出，從而實(shí)現(xiàn)相位檢測(cè)。值得一提的是，簡(jiǎn)單鑒相器（PD）只能檢查相位偏差，頻率捕獲范圍較小，但PLL開(kāi)始工作時(shí)，VCO的工作頻率可能跟輸入?yún)⒖碱l率偏差很大，PLL需要花很長(zhǎng)時(shí)間矯正，所以我們更需要鑒頻鑒相器（PFD），提高頻率捕獲范圍 ，加快PLL工作效率。

鑒相器就像一把尺，衡量輸入?yún)⒖夹盘?hào)與系統(tǒng)反饋信號(hào)之間的相位差，并將其轉(zhuǎn)化為電壓，傳遞給下級(jí)電路。

電荷泵

CP

電荷泵，又稱無(wú)感式DC-DC電源變換器。

電荷泵的基本原理是給電容充電，隔離電荷，電容可以從充電電路取下連接到另一電路上，起到傳遞剛才隔離的電荷的作用，從而變換輸出電壓?？梢孕蜗蟮匕堰@個(gè)傳遞電荷的電容看成一個(gè)“裝了電子的水桶”。從一個(gè)大水箱把這個(gè)桶接滿，關(guān)閉龍頭，然后把桶里的水倒進(jìn)另一個(gè)大水箱。

環(huán)路濾波器

LPF

環(huán)路濾波器，是線性的低通濾波器，無(wú)衰減地通過(guò)低頻并阻塞高頻，用來(lái)濾除輸出電壓中的高頻分量和噪聲，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。雖然它的電路很簡(jiǎn)單，但對(duì)環(huán)路的相位噪聲、環(huán)路穩(wěn)定性及鎖定時(shí)間都有很大影響。

壓控振蕩器

VCO

壓控振蕩器，是根據(jù)輸入控制電壓，通過(guò)特定函數(shù)，輸出對(duì)應(yīng)頻率的振蕩電路。

壓控振蕩器可以產(chǎn)生比外部晶振高得多，這也是我們需要使用鎖相環(huán)進(jìn)行高頻時(shí)鐘發(fā)生，而非簡(jiǎn)單倍頻晶振的直接原因。

N分頻器

NDivider

N分頻器，是將VCO的高頻率信號(hào)以指定的分頻倍數(shù)分頻到參考頻率附件，輸入到鑒相器進(jìn)行比較。

N分頻器可謂是PLL系統(tǒng)的神來(lái)之筆，這是PLL能實(shí)現(xiàn)將晶振信號(hào)放大多倍的關(guān)鍵。分頻后的輸出信號(hào)再回到PFD進(jìn)行矯正，系統(tǒng)穩(wěn)定后即可以達(dá)到輸出信號(hào)是輸入?yún)⒖夹盘?hào)N倍的效果。

綜上，在鎖相環(huán)工作環(huán)路中，鑒頻鑒相器比較輸入?yún)⒖碱l率和反饋頻率的相位差，通過(guò)電壓通斷的形式傳輸給電荷泵，進(jìn)而對(duì)環(huán)路濾波器進(jìn)行充電和放電，形成壓控振蕩器的控制電壓，對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行控制，振蕩器輸出頻率又經(jīng)過(guò)N分頻器，反饋給鑒頻鑒相器。周而復(fù)始，控制整個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)保持穩(wěn)定。

我司鎖相環(huán)時(shí)鐘源產(chǎn)品具有高集成、高精度、低功耗、小面積等特性，個(gè)別關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于競(jìng)品

ATC78701，輸出頻率覆蓋范圍1-5.5 GHz，VCO外置；

ATC79550，頻率覆蓋范圍186.8-4400 MHz，集成VCO。