2。1锁相频率源基本组成论文网

锁相频率源的基本原理框图如图2。1所示，主要构成分为四部分：鉴相器PD，环路滤波器LF，压控振荡器VCO，分频器。

图2。1  锁相环基本原理框图

锁相环的基本原理是经过压控振荡器的部分信号，根据输出信号的参数设置要求，通过一定倍数的分频器分频后，相位与参考信号的相位θ1（t）通过鉴相器进行鉴相，两者相比较后产生的误差电压信号包括直流电压部分和高频部分，高频信号部分在经过环路滤波器LF后被滤除，剩下的直流电压信号通过压控振荡器VCO输出一个确定频率的信号，鉴相器PD会通过对比θ2（t）分频后的相位θ2（t）与θ1（t）的变化速率，得到差值，在此基础上产生一个适当的正（负）压信号，这个信号用来控制压控振荡器VCO的输出信号频率，使整个动态反馈系统达到输出信号的相位θ2（t）变化速率与参考信号的相位θ1（t）变化速率相等，即频率相等，完成“锁相”过程。

接下来将一一介绍锁相频率源的四个重要组成部分。

2。1。1  鉴相器PD

相位比较是PD的主要作用，通过比较参考信号相位θ1（t）和经过分频后的输出信号相位θ2（t），得到两者的相位差Δθ（t），输出产生误差电压信号u a（t），u a（t）和Δθ（t）具有函数关系。根据PD的电路特性，两者的函数关系分为正弦，三角形，矩形和锯齿形等。其中最为常用的是正弦关系特性。此种鉴相器PD的简化模型如图2。2所示。

图2。2  正弦鉴相器简化模型

它由相乘器（相乘系数Km）和LPF低通滤波器相串联，根据电路得到关系式：

Km u i（t）u o（t）= Km U i sin[ω0 t+θ1（t）] U o cos[ω0 t+θ2（t）]

                 =1/2 Km U i U o sin[2ω0 t+θ1（t）+θ2（t）]+ 1/2 Km U i U o

 sinΔθ（t）                                        (2-1)

LPF滤除多余的高频部分信号后，剩下的信号电压为误差信号电压： 

                          u a（t）=1/2 Km U i U o sinΔθ（t）                         (2-2)

令鉴相器PD的输出电压最大值U a =1/2 Km U i U o 

有：

                                u a（t）=U a sinΔθ（t）                          (2-3)

此等式即正弦鉴相特性。

2。1。2  环路滤波器LF来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

LF是锁相环路设计中的关键部件，它的性能对整个锁相环电路有直接影响，它既具有低通过滤的作用，同时在调整环路参数过程中起决定性作用。它决定了锁相环路PLL中频谱的纯度，以及系统稳定性，锁定时间等指标，常见的环路滤波器LF有有源比例积分、RC积分滤波器、无源比例积分滤波器，三种，按源分类即无源LF和有源LF。LF近似等价于线性电路，在时域和频域中分别用传输算子F(p)和传函F(s)表示，定义s是复频率，LF的传函为Z(s)。