什么是锁相环（PLL）？

锁相环（PLL）是一种电子电路，带有一个电压或电压驱动的振荡器，能不断调整以匹配输入信号的频率。PLL用于在数据被中断的“嘈杂”通信信道中生成、稳定、调制、解调、滤波或恢复信号。

PLL广泛应用于无线或射频（RF）领域，包括Wi-Fi路由器、广播电台、对讲机、电视和手机。

最简单的锁相环是一个对频率和相位都敏感的闭环反馈控制电路。PLL不是单一组件，而是一个由模拟和数字组件组成的系统，以“负反馈”配置互连。可以将其视为类似于一个精心设计的基于运算放大器（运放）的放大电路。

锁相环的用途是什么？

PLL的主要目标是使输出振荡器信号与参考信号同步。即使两个信号频率相同，它们的波峰和波谷也可能不在同一位置出现。简而言之，它们不会在同一时间到达波形的同一点。

这被称为相位差，以信号之间的角度来衡量。对于频率变化的信号，它们之间的相位差会不断变化，这意味着一个信号会以变化的量滞后或超前于另一个信号。

当发生相位差时，超前相位指的是一个波发生在另一个相同频率的波“之前”，而滞后相位则表示波发生在另一个相同频率的波“之后”。

PLL减少了输出和输入频率之间的相位误差。当这些信号之间的相位差为零时，系统被称为“锁定”。这种锁定作用取决于PLL提供负反馈的能力——即将输出信号路由回相位检测器。

除了同步输出和输入频率外，PLL还有助于建立输入-输出相位关系，以生成适当的控制电压。因此，它有助于在电路中实现频率和相位锁定。

PLL由三个关键组件组成：

在这里，相位检测器充当模拟乘法器，压控振荡器充当增益块，低通滤波器充当滞后块。

锁相环、压控振荡器、参考振荡器和相位比较器共同构成了一个频率合成器——一个从单个固定振荡器产生一系列频率的电子系统。使用这种频率控制的无线设备被称为是频率合成的。

其他频率合成的设备包括：

PLL的基本机制基于两个信号之间的相位差进行操作。它检测这种差异，并提供反馈机制来修改压控振荡器的频率。

PLL将压控振荡器信号与输入/参考信号进行比较。由于PLL对频率和相位都敏感，因此它可以检测两个信号之间的频率和相位差异。

它会生成一个与信号间相位差相对应的误差信号。该差异被传递到低通滤波器，滤波器会去除任何高频元素，并将误差信号滤波成一个变化的直流（DC）电平。然后，这个“反馈信号”被应用回压控振荡器以控制其频率。

开始时，这个环路将处于失锁状态。误差信号会将压控振荡器的频率拉向参考频率，并持续进行，直到无法再减小误差为止。然而，在某个时刻，两个信号之间的相位差将变为零（即，它们将完全处于相同的频率上）。

这时，环路被称为锁定，并产生稳态误差电压。

PLL用于数十种应用；其中包括：

锁相环经常用于无线通信，主要用于调频（FM）传输，它们使得能够从FM信号中解调出高质量的音频。它们也用于调相（PM）传输。

间接频率合成器是PLL的另一个重要应用。另外两个关键的PLL应用是：

数字数据传输比模拟传输更常使用锁相环。它们也更常被制造成集成电路，尽管分立电路用于微波信号处理。