锁相控制系统

锁相是使被控振荡器的相位受标准信号或外来信号控制的一种技术，用来实现与外来信号相位同步，或跟踪外来信号的频率或相位。锁相是相位锁定的简称，其含义是表示两个信号的之间的相位同步。

锁相环技术(PLL)是实现相位自动控制的一门新技术。锁相即相位锁定自动相位 控制(APC)利用相位自动调节的方法实现 两个信号的相位同步。锁相环就是完成这 一任务的相位负反馈控制系统。锁相是促进信号之间的相位同步，从而促进锁相环的运行。

锁相分频器可用于很高频段、甚至微波频段的分频。

数字倍频锁相环模型实际电路中通常选用数字鉴频鉴相器（PFD），压控振荡器（VCO）的输出经 N 分频后进入鉴相器与参考频率鉴相，产生的相差信号经环路滤波器积分，产生直流分量来牵引 VCO 频率入锁。而取样锁相环模型与数字倍频锁相环相比，其采用取样鉴相器（SPD）代替了 PFD。参考频率进入脉冲发生电路后产生含有参考信号各次谐波的脉冲，再用其驱动采样电路，对微波振荡器的信号进行采样，最后经过保持电路输出低频相差信号经环路滤波器的积分，产生直流分量牵引并最终使环路入锁。VCO 频率锁定在参考频率的 N 次谐波上 。

同常规锁相环路相比，在鉴相器之前加入了脉冲形成电路，用取样鉴相器替代了普通鉴相器。脉冲形成电路是利用阶跃恢复二极管( SRD) ， 将参考信号转换为同频率的窄脉冲输出。应用 SRD 生成窄脉冲的主要机理就是半导体中的电荷存储效应。取样鉴相器分取样和保持两步来完成鉴相。 取样脉冲控制取样开关的通断，当取样开关接通时，微波信号为保持电容充电，直到取样开关断开，此时保持电容上的电压将被保持到下个周期， 直到取样开关再次接通， 形成差拍电压。 该电压经环路滤波器处理后对 VCO 频率进行控制 。

环路滤波器是锁相环路中的重要组成部分， 除了滤除高频分量外，还具有调整环路参数的作用，对于环路的捕获特性和稳定性都具有重要作用。因取样鉴相器鉴相增益较低， 仅为几十至几百 mA， 因此， 采用有源的环路滤波器对比较后的误差电压信号进行放大。为保证环路顺利入锁， 还需设计扩捕扫描电路。当环路未锁定时， 扩捕电路开始振荡， 使得 DRO输出频率扫过设定频率，使环路入锁，环路锁定后扩捕电路停止振荡。一般将环路滤波器和扩捕振荡电路集成到一个运放芯片上， 利用电路本身的反馈状态控制扩捕电路能否起振。附加扩捕电路的环路滤波器电路为文氏桥振荡器，采用有源比例积分滤波器作为环路滤波器，其特性接近于理想的积分滤波器， 两个参数独立可调， 并具有滞后 － 导前的作用，有助于对环路进行优化设计 。