PLL锁相环的特性、应用与其基本工作过程

频率，即wi？w o 。如果wi和w o相差不大，在适当范围内，鉴相器输出一误差电压，经环路滤波器变换后控制VCO的频率，使其输出频率变化到接近wi，而且两信号的相位误差为j（常数），这时环路锁定。

　　（2）从信号的加入到环路锁定以前，叫做环路的捕捉过程。

　　（3）环路锁定以后，如果输入相位ji有变化，鉴相器鉴出ji与j o之差，产生一个正比于这个相位差的电压，并反映相位差的极性，经过环路滤波器变换去控制VCO的频率，使j o改变，减少它与ji之差，直到保持wi=w o ，相位差为j，这一过程叫做环路跟踪过程。

　　锁相环的应用

　　1、在空间技术中的应用——窄带跟踪接收机（锁相接收机）

　　锁相接收机是一种具有窄带跟踪性能的接收机。主要用于空间技术中的测速与测距，来确定飞行器的运行轨道。由于飞行器发射功率小，通信距离远，所以收到的信号极其微弱。另外，考虑到信号有多普勒频移以及振荡器产生的频率漂移，接收机的中频通带又必须足够宽，这样，接收机解调器前的信噪功率比必然相当低，一般在-10～-30dB左右。采用窄带锁相跟踪接收机由于它的带宽很窄，又能跟踪信号，因此，能大大提高接收机的信噪比。—般说来，可比普通接收机信噪比提高30～40dB，这一优点是很重要的。

　　锁相接收机的简化框图。其工作过程如下：

　　混频器输入信号电压为U1（t），它是调频高频信号，中心频率为W1，它与外差本振信号U2（t）相混频，U2（t）频率为W2，它是由压控振荡器频率W2/M经M次倍频后得到的。混频后输出的中频信号U3（t），其中频频率为W3，W3=W1-W2，经中频放大器放大后在鉴相器内与下一个频率稳定的本地标准中频参考信号W4（t）进行相位比较，W4（t）的频率为W4。如果两者的频率有偏差，鉴相器的输出电压Wd（t）经环路滤波器滤波后就去调整压控振荡器的振荡频率，使混频器的输出频率被锁定在本地标准中频上，即W3=W4。由图可见，接收机的中频放大器设置在环路内部，依靠环路的跟踪作用，中频信号的频率将保持在调谐回路的中心。这样，中频放大器的通频带可以做得很窄（例如3～300Hz），只需覆盖调频信号在载波频率固定情况下的占据频宽就够了。在载频因多普勒频移等原因产生较大漂移的情况下，由于窄带跟踪环路的作用，将使载频有漂移的已调信号频谱，经混频后仍能准确地落在中频通频带的中央，这就实现了窄带跟踪。在实际空间通信中，飞行器实际的多普勒频移产生的频率变化要比调频信号本身占据的频宽大得多，因而必须采用锁相环构成的窄带跟踪滤波器，才能使这种空间通信有满意的结果，这种窄带跟踪接收机的灵敏度很高，接收微弱信号的能力很强。

　　2、在调制解调技术中的应用

　　（1）锁相调频电路

　　应用图所示的锁相环路调频器电路，可以获得载波频率稳定度很高的调频信号。实现PLL调频的条件是，调制信号的频谱要处于环路低通滤波器通带之外，并且调制指数不能太大。这样，锁相环路实际上是载波跟踪环，调制信号不能通过低通滤波器，也就不能参与环路的交流反馈，因而调制信号对锁相环路没有影响，压控振荡器的中心频率被锁定在晶体振荡频率上。同时，调制信号加在压控振荡器上，对其中心频率进行调制，因此，输出调频信号的中心频率稳定度与晶振频稳度有相同的数量级，而调频灵敏度则与VCO的电压控制灵敏度相同，克服了直接调频中心频率稳定度不高的缺点。这种电路的缺点是调制频偏（或相偏）较小。为了保证调制器具有优良的低频调制特性，可用锁相环路构成一种所谓两点调制的宽带FM调制器，这种调制器在很宽的调制频率范围内，频偏正比于调制信号。

　　（2）锁相环路鉴频器

　　图8为锁相环路鉴频器原理框图。调频信号由鉴相器输入，如果环路滤波器的带宽设计得足够宽，使鉴相器的输出电压能顺利通过，则压控振荡器在环路滤波器输出电压的控制下，其输出信号频率将跟踪输入调频信号频率的变化，也就是VCO的输出是一个与输入调频信号具有相同调制规律的调频波，而环路滤波器的输出电压则正好就是调频信号解调出的调制信号电压。锁相环路鉴频器的优点是它的门限电平比普通鉴频器低。调制指数越高，门限改善的分贝数也越大。

　　（3）调幅信号的同步检波电路

边带的调幅信号要进行同步检波，必须先从己调信号中恢复出与载波信号同频同相的本地载波信号，用载波跟踪型锁相环就能获得本地载波信号。图9为锁相同步检波电路原理框图。由于压控振荡器输出信号与输入调幅波的载频分量之间有固定的/2?相移，因此，必须经过3.14/2?移相器变成与已调波中载