什么是锁相环(PLL)？

锁相环(PLL)是一种电子电路，通过电压或电压驱动振荡器不断调整以匹配输入信号的频率。PLL用于在数据中断的"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)应用，包括Wi-Fi路由器、广播电台、对讲机、电视和移动电话。

最简单的锁相环是一种对频率和相位都敏感的闭环反馈控制电路。PLL不是单个组件，而是由模拟和数字组件组成的系统——以"负反馈"配置互连。可以将其视为基于精密运算放大器(op amp)的放大器电路。

锁相环的用途

PLL的主要目标是使输出振荡器信号与参考信号同步。即使两个信号具有相同频率，它们的波峰和波谷也可能不在同一位置出现。简而言之，它们不会同时到达波形上的同一点。

这被称为相位差，以信号之间的角度测量。对于频率变化的信号，它们之间的相位差将始终变化，这意味着一个信号将以变化量滞后或领先于另一个信号。

在相位差期间，领先相位指波出现在相同频率的不同波"之前"，而滞后相位表示波出现在相同频率的另一个波"之后"。

PLL减少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"。这种锁定动作取决于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包含三个关键组件：

在此，相位检测器用作模拟乘法器，压控振荡器用作增益块，低通滤波器用作滞后块。

锁相环、压控振荡器、参考振荡器和相位比较器共同构成频率合成器——一种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频率合成。

其他频率合成设备包括：

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

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

它生成与信号之间相位差对应的误差信号。这种差异被传递到低通滤波器，该滤波器去除任何高频元素，并将误差信号滤波成变化的直流(DC)电平。然后，这种"反馈信号"被应用回压控振荡器以控制其频率。

开始时，此环路将处于失锁状态。误差信号将把压控振荡器频率拉向参考频率，并继续这样做，直到无法进一步减少误差。然而，在某一时刻，两个信号之间的相位差将变为零（即，它们将完全处于相同频率）。

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，主要用于频率调制(FM)传输，它们能够从FM信号中解调高质量音频。它们也用于相位调制(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PLL应用是：

数字数据传输比模拟传输更常用锁相环。它们也更常制造为集成电路，尽管分立电路用于微波信号处理。