模擬IC設(shè)計原理圖4：鎖相環(huán)(PLL)的工作原理

“鎖相環(huán)是一種反饋系統(tǒng)，其中電壓控制振蕩器和相位比較器相互連接，使得振蕩器頻率(相位)可以準(zhǔn)確跟蹤施加的頻率或相位調(diào)制信號的頻率。 鎖相環(huán)可用來從固定的低頻信號生成穩(wěn)定的輸出頻率信號。 ”

在這里我們首先根據(jù)上圖鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)來說明每一個模塊的功能，然后綜合每一個模塊的功能說明鎖相環(huán)的原理，并展示出我們個人搭建的鎖相環(huán)的仿真結(jié)果，效果肯定是不如工業(yè)級鎖相環(huán)的，僅供參考。

鎖相環(huán)中每一個模塊的作用

VCO的Symbol

要想討論清楚鑒頻鑒相器(PFD)，我們得繼續(xù)來看整體得鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)如上圖，在這里我們可以看到，這是一個反饋系統(tǒng)，輸出信號通過接線傳輸回鑒頻鑒相器，形成一個環(huán)路，這與我們之前學(xué)模電是看到得輸入信號與輸出信號同時輸入到一個運放或者是加法器的結(jié)構(gòu)是相通的，他們都是反饋系統(tǒng)，不過這里不同的是輸入信號與輸出信號都傳輸進(jìn)了一個名為鑒頻鑒相器的信號處理器件。那么這個信號處理器件有什么功能呢？

我們要求這個器件能對如下條件做出響應(yīng)，由此我們就能通過負(fù)反饋使得輸出信號的頻率不斷地接近輸入信號的頻率。

• 輸出信號與輸入信號頻率不同時，鑒頻鑒相器輸出一個電壓反映兩個信號頻率還不相等。
• 輸出信號與輸入信號相位不同時，鑒頻鑒相器輸出一個電壓反映兩個信號相位還不相等。
• 當(dāng)輸入信號與輸出信號同頻同相時，鑒頻鑒相器沒有信號輸出。

同頻不同相

不同頻率

d.電荷泵

章節(jié)總結(jié)由此我們我們通過這四個模塊連接成的一個反饋環(huán)路，我們實現(xiàn)了對輸出信號頻率上的負(fù)反饋，由此使得輸出信號始終會跟蹤輸入信號的頻率和相位，并與輸入信號的頻率、相位保持一致。有了對鎖相環(huán)的清晰理解，那么我們也就能理解開頭我們放的那張倍頻功能電路的原理了。

總體原理敘述：由振蕩器（OSC）為鑒頻鑒相器（PFD）提供參考電壓，VCO輸出電壓后反饋到PFD，并通過PFD與輸入信號進(jìn)行比較，PFD對兩者的相位誤差進(jìn)行檢測，提供一個與相位差相關(guān)的電壓信號，經(jīng)過電荷泵(CP)后電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號，信號流經(jīng)低通濾波器后，轉(zhuǎn)化成一個儲存下來的電壓，信號繼續(xù)傳入壓控振蕩器（VCO），由此提供一個調(diào)整過后的反饋信號，由此循環(huán)往復(fù)，直至輸出信號與PFD參考信號同頻同相。

附：總體上鑒頻鑒相器分為兩種，帶有電壓輸出的PFD和帶有電流輸出的PFD，后者就是通常所指的電荷泵。電壓輸出型PFD通常容易使得頻率合成器的輸出信號產(chǎn)生不理想的雜散頻率，但是這種情況通常在電流輸出型PFD中不存在，所以在實際應(yīng)用中電流型輸出的PFD更為常用。

鎖相環(huán)頂層原理圖

不考慮加入分頻器的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)：

鎖相環(huán)頂層原理圖

但是這里的輸出信號并不是50%占空比，這里面似乎有點問題，我們目前還拿不準(zhǔn)問題出在哪里，需要請教一下各位，歡迎大家評論。