锁相环及其应用

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1.基本原理

锁相环（phase-locked loop，PLL）是一个能够比较输出与输入相位差的反馈系统，利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，使振荡信号同步至参考信号。
PLL最早由法国工程师Henri de Bellescize在1932年提出。
基本结构与信号：

其中PD为鉴相器，LPF为环路滤波器（低通滤波器），VCO为压控振荡器。

$V_{in}$为外部输入的参考信号，$V_{out}$为输出信号，两者存在相位差，经过PD后输出一个差值信号$V_{PD}$，$V_{PD}$中包含高频分量和低频分量，也就是说$V_{PD}$是一个变化的信号，只有通过LPF处理后变为稳定的低频电压信号$V_{cont}$才可以驱动控制VCO，$V_{cont}$不断控制VCO调整内部振荡频率，最终使$V_{in}$和$V_{out}$的频率与相位达到同步状态。

2.主要应用

频率合成器

其中$÷M$、$÷N$模块为分频器，分别称为“M分频”和“N分频”。

经过上述两个分频器处理，PLL中进入鉴相器的信号有如下关系：
$$
\frac{f_{ref} }{M} = \frac{f_{out} }{N} \Rightarrow f_{out} = \frac{N}{M} f_{ref}
$$
通过调节M、N可以实现对输出频率的灵活控制，而且输出信号的频率稳定性与输入信号的频率稳定性是一致的。