锁相环技术的应用和发展

彭艺

摘要：本文基于锁相环的概念，对其基本原理以及结构进行了介绍，介绍了锁相环技术的种类，分别有模拟锁相环技术、全数字锁相环技术以及数模混合锁相环技术，对其相应的优势与不足进行分析;对锁相环技术的特性做出了研究;并从双音频报警器以及倍频电路两方面内容出发，对具体应用锁相技术进行分析。

[关键词]锁相环信号频率应用

在通信系统中锁相环作为一种通信技术，有着较为广泛的应用范围。锁相环路从本质上而言是一相位控制反馈自动系统，对于输入信号的相位其能准确跟随。并在锁定期间，振荡器信号的输出相位以及信号的参考相位始终有着常数的差值，并且其有一特性是能够跟踪频率，从而广泛的应用到了电子技术中。

1锁相环的原理

锁相环利用检测对信号的相位差进行输入、输出，同时通过鉴相器将其向电压形式进行转换，从而输出信号，再使用低通滤波器进行滤波，将这一期间的信号当做压控振荡器的电压控制，进而能够实现控制振荡器信号输出的频率。接着通过反馈通道，在鉴相器输入端接到振荡器信号输出的频率以及相位的反馈，进而出现闭环控制。若是信号的输出频率和信号的输入频率成正比，则电压输出和电压输入间的相位差会保持恒定，从而实现电压输出和电压输入的“锁相”。环路信号的输入如果在相位以及频率上都是瞬变的，则压控振荡器相位以及频率也是能够持续地跟踪信号输入的相位以及频率变化，这一状态又叫做跟踪状态。

2锁相环技术的基本组成

在锁相环之中，鉴相器贼相位比较器，主要是对信号输入和信号输出之间的相位偏差进行比较参考，从而有误差信号产生：环路滤波器属于低通滤波器，主要是将误差信号所含的高频成分滤除，其作用是滤波平滑，从而确保有稳定的环路，能够将环路跟踪性能进行改善，对信号输出相位噪声质量有决定性作用。最后将控制电压输出，压控振荡器VCO是变换电压以及频率的设备，将在本地产生振荡频率，误差信号电压将能对振荡频率进行控制，频率因此产生偏移，进而对参考信号输入的频率进行跟踪。锁相环路结合参考信号输入频率和本地振荡信号频率产生的相位误差，进而不断反馈，并连续调节压控振荡器信号所产生的相位，以满足VCO信号输出相位和参考频率相位保持常数或者是一致。

3锁相环类型和特点

锁相环有三种技术分别是模拟锁相环技术、全数字锁相环技术以及数模混合锁相环技术。这三种技术都分别有着一定的优势和不足，能够应用到不同的电子产品中。线性锁相环是模拟锁相环的另一个名称，其跟踪正弦特性信号性能较好，有着较为简单的结构，以及稳定输出等优点，其工作应根据基准频率。数模混合的技术在一定程度上实现了数字化，但其控制环路核心依旧是模拟电路，通常是在合成频率或者处理时钟等场合中应用。

4锁相环技术特性

在社会的很多领域中锁相环技术得到了广泛应用，这主要是因为锁相环路与其他控制系统相比，优越性能较多，以下为其具体是我性能。

4.1跟踪性能

在锁定环路的情况下，如果频率输入发生变化，那么压控振荡器就将会对这个变化有所响应，从而及时对这一频率进行跟踪，从而使输入以及输出能够同步。比较常见类型是锁相接收机。

4.2滤波性能

利用环路的滤波器作用，锁相环具有窄带滤波性能，可滤除与输入信号混合的噪声和误差干扰。阶梯带可以做得非常窄，比任何陶瓷滤波器，Lc，RC的性能都要优越。

4.3无残余频率差的阻塞狀态

它是频率控制的理想特性，使其广泛应用于自动频率控制和频率合成技术之中。

4.4易于集成

环路的基本组件可以用模拟实现集成电路。一旦环路数字化，就更容易使用数字集成电路。使体积更小，有着更低的成本，更高的可靠性。针对这样的情况，研究当今嵌入式系统芯片上的完整数字锁相环，并提高环路性能有更为重要的意义。

5锁相环技术的实际应用

5.1方波发生器

图1所示的电路是一个方波发生器，由一个集成的VCO和一个锁相环CD4046组成。只要9引脚连接器连接到电源，就可以实现基本的方波振荡器。引脚6和引脚7之间的电容器C1的功能是对振荡器进行加载和放电。可以调节可变电阻R1的电阻对振荡器振荡频率进行控制，并且通过4个引脚发射所需的方波信号。

5.2信号频率的调制

将从压控振荡器一端输入调制信号，载波频率如果等于自由振荡频率，那么载波频率与电压控制振荡器的振荡频率被锁定，以及两者间的相位差将自由地通过低通滤波器被传递，并通过带有调制信号的加法器来调节压控振荡器的输出频率，从而产生所需的FM信号。

6结论

锁相环具有简单结构，稳定的频率，测量精度高的优点，并能有效地抑制杂散，并且可以更换过滤器，这有利于系统的集成化和小型化。相位检测器的分频比可通过控制单个芯片可以容易地进行，输出频率非常方便进行改变，这是用于扫描、集成和数字化通信系统中智能模块源的信号。以此能够得知，在未来的应用中锁相环电路将进一步扩展。

参考文献

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