把相位差变成调节量
锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)是一类利用反馈使振荡信号与参考信号保持相位关系的电子系统。典型结构包括鉴相器或鉴相鉴频器、环路滤波器和受控振荡器,反馈支路还可以含分频器。它是电路类别,不是某一种芯片的专有名称。
比较器检测参考与反馈信号的差异,滤波器把比较结果变为适合控制振荡器的信号。以电荷泵结构为例,参考较快时,充电电流可推动控制电压改变,使振荡器加快;反馈较快时则反向调节。正确的反馈极性只是条件之一,滤波器和器件动态还必须使整个闭环稳定。
锁住分频后的相位
在整数N频率合成器中,把振荡器输出除以N,再与参考比较。锁定时,比较器两端频率相等,因此输出可为比较参考频率的N倍。例如,比较频率为10兆赫、反馈分频比为10,理想锁定输出就是100兆赫;这一关系仍受振荡器可调范围限制。
锁定表示相位差不再持续累积,并不要求所有结构在稳态下相位差都严格为零。频率改变后,电路需要经历捕获和稳定过程,可能出现过冲或振铃。频率合成是在产生受控频率;即使PLL被用于时钟恢复或调制信号接收,相位同步本身也不等于已经解释了信号携带的全部内容。
能捕获与能保持是两种能力
捕获范围描述环路原先未锁定时,在哪些输入频率条件下能够进入锁定;保持或跟踪范围描述已经锁定后,输入缓慢变化时还能维持锁定的范围。二者取决于鉴相方式、滤波器和振荡器,不可用一个固定比例套用所有PLL。
TI的器件应用报告还区分可能经过周跳的捕获,以及不发生周跳的lock-in过程。中文“锁定范围”有时混用这些术语,阅读指标必须核对测试定义。超出调谐能力、变化过快或输入噪声过大,都可能使环路失锁,并非有负反馈就能跟随任意变化。
锁定不意味着没有抖动
抖动是信号边沿相对理想时刻的偏移,已锁定的输出仍可能有抖动。环路带宽决定对不同快慢变化的跟随与抑制,调整带宽要在稳定时间、参考噪声、振荡器噪声和杂散之间取舍,不能简单认为越窄或越宽越好。
锁定检测器通常按相位或频率误差是否落在阈值内给出状态。AD9548的应用说明特别指出,这类检测器只是状态指示,不参与获得锁定;阈值与统计判据选得不合适时,噪声会使指示反复跳变。因此,锁定标志、实际误差和输出抖动应作为相关但不同的指标检查。