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1、4.4數字鎖相環(huán)鎖相環(huán)（PLL）電路是一種反饋控制電路。圖1-37所示是基本鎖相環(huán)電路的框圖。當相位比較器的兩個輸入的相位差（θi－θo）不變時，這兩個信號的頻率一定相等，即fi=fo從而實現輸出信號的頻率和相位對輸入信號的頻率和相位的自動跟蹤。圖1-1基本鎖相環(huán)電路框圖根據實際需要，對基本鎖相環(huán)電路做相應的改動，增加必要的其他電路，人們設計出了有各種各樣用途的鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)電路在通訊、儀器、機電控制的領域有著十分廣泛的應用。在鎖相環(huán)電路中，若相位比較器的功能是比較兩個模擬信號，壓控振蕩器輸出的是正弦波，則稱其為模擬鎖相環(huán)電路；若相位比較器的功能是比較兩個
2、方波信號，壓控振蕩器輸出的是方波，則稱其為混合型鎖相環(huán)電路（因為，低通濾波器通?？偸悄M電路），亦稱其為數字鎖相環(huán)電路。4.4.1．數字鎖相環(huán)集成電路74HC4046本實驗使用數字鎖相環(huán)集成電路74HC4046。圖1-38是其的電路原理示意圖。由圖可見，它由一個方波壓控振蕩器（VCO）和三個相位比較器。三個相位比較器分別是：異或相位比較器（NOR），即PC1，其相位鎖定范圍為0～180°；相位-頻率比較器（PFD），即PC2，其相位鎖定范圍為-360°~360°；JK觸發(fā)相位比較器（JK），即PC3，其相位鎖定范圍為0~360°。圖1-274HC4046的電路
3、原理示意圖在使用相位比較器的選擇方面，PC1是比較容易鎖定的，但要求輸入的信號是50%占空比，或者是一個波形較好的小信號正弦波。如果有條件達到這個要求，盡可能使用PC1。8不對稱的大信號如能得到一個比要求輸出倍頻的基準，用一個觸發(fā)器分頻就可以得到很嚴格的50%占空比。如果沒有條件得到50%占空比，就要考慮用PC2以得到穩(wěn)定的鎖相。對照圖1-37可知，圖1-38所示電路的框圖就是圖1-37。其使用的相位比較器是PC2，R3、R4、C2組成低通濾波器，其傳遞函數Kf（s）與Kp、Ko/s、Kn將確定環(huán)路的動態(tài)特性，R1、C1將確定鎖相輸出的頻帶范圍，R2、C1將確
4、定輸出的頻率偏移。圖1-38中虛線部分是相位比較器PC2。它的兩個輸入之間可以有三種關系：SIGIN超前COMPIN；SIGIN與COMPIN同相位；SIGIN滯后COMPIN。若SIGIN超前COMPIN，如圖39(b)，當SIGIN的上升沿到達時UP置0，P管導通，DOWN依舊為1，N管截止。PC2OUT輸出高電平，記為1。當COMPIN的上升沿到達時，DOWN也置0，但這時刻，兩個D觸發(fā)器的Q端都為1，與非門輸出置低，D觸發(fā)器被復位，使UP和DOWN都為1，P管和N管都截止，此時為高阻狀態(tài)，PC2輸出為VCC/2，記為0。若SIGIN與COMPIN同相位
5、，如圖1-39(b)，當SIGIN、COMPIN的上升沿同時到達時，UP、DOWN同時置0，但這時刻，兩個D觸發(fā)器的Q端都為1，與非門輸出置低，D觸發(fā)器被復位，使UP和DOWN都為1，P管和N管都截止，此時為高阻狀態(tài)，PC2輸出為VCC/2，記為0。圖1-3PC2相位比較器圖1-4VCCS原理電路圖1-574HC4046中的VCO的頻率特性若SIGIN滯后COMPIN，如圖1-39(b)，當COMPIN的上升沿到達時DOWN置0，N管導通，UP依舊為1，P管截止。PC2OUT輸出低電平，記為－1。當SIGIN8的上升沿到達時，UP也置0，但這時刻，兩個D觸發(fā)器
6、的Q端都為1，與非門輸出置低，D觸發(fā)器被復位，使UP和DOWN都為1，P管和N管都截止，此時為高阻狀態(tài)，PC2輸出為VCC/2，記為0。PC2的輸出經低通濾波器輸出直流電壓，即圖1-39(b)中的VDEMOUT(AV)。由圖1-39(b)可得方波VCO由電壓控制電流源（VCCS）和電容交叉充放電式壓控振蕩器組成。圖1-40為VCCS的原理電路。當INH=1時，T1管截止整個電路不工作。當INH=0時，T1導通，電路允許工作。T2、T3組成鏡像電流源。T4和R2是T2的漏極負載，流過T2的漏源電流受輸入電壓VVCO和外接電阻R1、R2控制，圖1-6典型的鎖相頻率
7、范圍與R1C1的關系流過T3的漏源電流IO是ID2的鏡像電流，兩者相等。至此可見，若選定R1、R2后，輸入電壓VVCO與輸出電流IO成線性關系。8電容交叉充放電式壓控振蕩器的原理示意圖如圖1-38左側虛線內的電路。若設G1輸出為1，G2輸出為0，則P1、N2導通，P2、N1截止，來自VCCS的電流經P1、PIN6、C、N2由左向右給C充電。當PIN6點的電壓上升到G1的高電平門限時，G1輸出1變?yōu)?，G2輸出由0變?yōu)?，這時，P2、N1導通，P1、N2截止，來自VCCS的電流經P2、PIN7、C、N1由右向左給C充電。當PIN7點的電壓上升到G2的高電平門限時
8、，G2輸出1變?yōu)?，G1輸出由0變?yōu)?
