2。1。1 鉴相器

鉴别相位的射频器件被称作鉴相器（PD），也可以叫做相位比较器，它的 相位差由输入与反馈信号产生。

鉴相器相当于是监察相位的机构，比较两个信号的相位差，用其他方式表现这 个差异，使其能用电压来表示。鉴相特性是指相位差和输出电压之间的函数关系。 鉴相器与其他器件组成了锁相环。

鉴相器（PD）在模拟其功能时，可以简单的用模拟乘法器代替。下图为模拟乘 法器结构。

图 2-2 模拟乘法器结构

鉴相器的工作原理是：先将参考的信号和反馈回路的信号分别用电压来表示， 两者公式为：

ui  t   U m  sin it  i  t  （2-1）

uo t Uom sin ot o t  （2-2） 式中的ω0所表示的是：VCO 电压为直流的情况下，它的振荡角频率，也可以称

为固有振荡角频率。则鉴相器输出的电压ud公式为：

Ud   Kui  t  uo t   KUmUom sin it  i t  cos ot  o  t 



现代鉴相器最常用的是以下四种：

(1) 乘法鉴相器。模拟锁相环中用的比较多，但是它的鉴相的范围比较窄，只有 [+90°，-90°]。其增益也会受到振幅改变的影响，这严重影响了其性能，是它最大 的一个缺点，因而实际中很少会用到它。但是，它能够在掺杂噪声的特殊的锁相环 电路中起到作用。

(2) 鉴频鉴相器(phase—frequency detector)。它是最重要和最著名的时序鉴相器。 通过检测失锁时的角频率来可以实现鉴频。它的鉴相范围较大，为[+360°，-360°]。 这种鉴相器的出现克服了以往的鉴相器无法比较频率的缺点。最早出现的型号是摩 托罗拉公司出产的 MC4044，在频率合成设备中应用广泛。

(3) JK 触发器型鉴相器。它的鉴相能力是通过边沿的间隔计算出来的，鉴相范 围适中，为[+180°，-l80°]。

(4) 异或门鉴相器。需要判断两个输入信号是否对称，非对称情况下比较复杂， 对环路增益有影响，同时会影响锁相宽度。RS 触发器构成的鉴相器通过输入波形边 沿检测相位，如若输入信号中掺杂了微小的噪声脉冲，电路就可能误操作。但是微 小噪声对异或门鉴相器的影响就没那么大，因为它通过波形所占面积来检测相位。

2。1。2 低通滤波器

滤波器作用是通过目的频带信号，同时抑制其他信号通过。在信号处理、干扰 抑制和数据传输等方面应用广泛，集成运放和无源元件电阻和电容构成有源低通滤 波电路。从零到某个遏制频率的信号可以无衰减地流过，抑制其他信号。滤除高频 干扰信号可以用有源低通滤波电路来实现。

低通滤波器（LF）将上式（2-3）中的共模信号消除，差模部分作为输出，输送

到 VCO 的输入端。其控制电压uc(t)的表达式为：

 Udm  sini   o  t  i  t  o  t 

式（2-4）的是瞬时输入振荡角频率，8i(t)和8o(t)表示的是输入输出信号的瞬时 相位，依据相量的关系推算出瞬时频率以及瞬时相位的关系为：

即则，瞬时相位差8d为

对公式（2-6）两边求微分，可得频差的关系式为：

若上式不等于零，则意味着锁相环的还没进入锁定，处于跟踪和失锁阶段，输 入与输出信号具有不同的频率，8c(t)随时间变化。反之则表示进入了锁定。