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鎖相環(huán)（PLL）是什么 ？ 鎖相環(huán)原理及鎖相環(huán)原理圖

問題:
什么是鎖相環(huán)（PLL）？鎖相環(huán)的工作原理是什么？鎖相環(huán)電路對硬件電路連接有什么要求？

解答:
鎖相環(huán)是一種反饋電路，其作用是使得電路上的時鐘和某一外部時鐘的相位同步。PLL通過比較外部信號的相位和由壓控晶振（VCXO）的相位來實(shí)現(xiàn)同步的，在比較的過程中，鎖相環(huán)電路會不斷根據(jù)外部信號的相位來調(diào)整本地晶振的時鐘相位，直到兩個信號的相位同步。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，鎖相環(huán)是一種非常有用的同步技術(shù)，因?yàn)橥ㄟ^鎖相環(huán)，可以使得不同的數(shù)據(jù)采集板卡共享同一個采樣時鐘。因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz時基的相位都是同步的，從而采樣時鐘也是同步的。因?yàn)槊繅K板卡的采樣時鐘都是同步的，所以都能嚴(yán)格地在同一時刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

通過鎖相環(huán)同步多塊板卡的采樣時鐘所需要的編程技術(shù)會根據(jù)您所使用的硬件板卡的不同而不同。對于基于PCI總線的產(chǎn)品（M系列數(shù)據(jù)采集卡，PCI數(shù)字化儀等），所有的同步都是通過RTSI總線上的時鐘和觸發(fā)線來實(shí)現(xiàn)的；這時，其中一塊版板卡會作為主卡并且輸出其內(nèi)部時鐘，通過RTSI線，其他從板卡就可以獲得這個用于同步的時鐘信號，對于基于PXI總線的產(chǎn)品，則通過將所有板卡的時鐘于PXI內(nèi)置的10MHz背板時鐘同步來實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)同步的。關(guān)于更多的不同儀器的鎖相環(huán)技術(shù)，請點(diǎn)擊下面相關(guān)的連接。
 

鎖相環(huán)原理及鎖相環(huán)原理圖

1．鎖相環(huán)的基本組成         鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換成uD（t）電壓信號輸出，該信號經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓uC（t），對振蕩器輸出信號的頻率實(shí)施控制。 2．鎖相環(huán)的工作原理           （8-4-1）      （8-4-2） 0為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或?yàn)橹绷麟妷簳r的振蕩角頻率，稱為電路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓uD為： C（t）。即uC（t）為：      （8-4-3） i為輸入信號的瞬時振蕩角頻率，θi（t）和θO（t）分別為輸入信號和輸出信號的瞬時位相，根據(jù)相量的關(guān)系可得瞬時頻率和瞬時位相的關(guān)系為：       即                        （8-4-4） d為         （8-4-5）        （8-4-6） c（t）為恒定值。當(dāng)上式不等于零時，說明鎖相環(huán)的相位還未鎖定，輸入信號和輸出信號的頻率不等，uc（t）隨時間而變。 u以ω0為中心，隨輸入信號電壓uc（t）的變化而變化。該特性的表達(dá)式為      （8-4-6） c（t）隨時間而變時，壓控振蕩器的振蕩頻率ωu也隨時間而變，鎖相環(huán)進(jìn)入“頻率牽引”，自動跟蹤捕捉輸入信號的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持ω0=ωi的狀態(tài)不變。 8．4．2鎖相環(huán)的應(yīng)用 1．鎖相環(huán)在調(diào)制和解調(diào)中的應(yīng)用     i來控制載波信號uC的參數(shù)，使載波信號的某一個參數(shù)隨輸入信號的變化而變化。載波信號的參數(shù)有幅度、頻率和位相，所以，調(diào)制有調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）三種。     上圖的（a）是輸入信號，又稱為調(diào)制信號；圖（b）是載波信號，圖（c）是調(diào)幅波和調(diào)頻波信號。 O還原成原信號ui。 2．鎖相環(huán)在調(diào)頻和解調(diào)電路中的應(yīng)用 0相等時，壓控振蕩器輸出信號的頻率將保持ω0不變。若壓控振蕩器的輸入信號除了有鎖相環(huán)低通濾波器輸出的信號uc外，還有調(diào)制信號ui，則壓控振蕩器輸出信號的頻率就是以ω0為中心，隨調(diào)制信號幅度的變化而變化的調(diào)頻波信號。由此可得調(diào)頻電路可利用鎖相環(huán)來組成，由鎖相環(huán)組成的調(diào)頻電路組成框圖如圖8-4-5所示。     根據(jù)鎖相環(huán)的工作原理和調(diào)頻波的特點(diǎn)可得解調(diào)電路組成框圖如圖8-4-6所示。 3．鎖相環(huán)在頻率合成電路中的應(yīng)用