PLL電路設計原理及製作

2020-12-23 電子產品世界

在通信機等所使用的振蕩電路，其所要求的頻率範圍要廣，且頻率的穩定度要高。

無論多好的LC振蕩電路，其頻率的穩定度，都無法與晶體振蕩電路比較。但是，晶體振蕩器除了可以使用數字電路分頻以外，其頻率幾乎無法改變。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/188024.htm

如果採用PLL(相位鎖栓迴路，PhaseLockedLoop)技術，除了可以得到較廣的振蕩頻率範圍以外，其頻率的穩定度也很高。此一技術常使用於收音機，電視機的調諧電路上，以及CD唱盤上的電路。

一 PLL電路的基本構成

PLL電路的概要
圖1所示的為PLL電路的基本方塊圖。此所使用的基準信號為穩定度很高的晶體振蕩電路信號。
此一電路的中心為相位此較器。相位比較器可以將基準信號與VCO (Voltage Controlled Oscillator……電壓控制振蕩器)的相位比較。如果此兩個信號之間有相位差存在時，便會產生相位誤差信號輸出。

(將VCO的振蕩頻率與基準頻率比較，利用反饋電路的控制，使兩者的頻率為一致。)

利用此一誤差信號，可以控制VCO的振蕩頻率，使VCO的相位與基準信號的相位(也即是頻率)成為一致。

PLL的構成
PLL可以使高頻率振蕩器的頻率與基準頻率的整數倍的頻率相一致。由於，基準振蕩器大多為使用晶體振蕩器，因此，高頻率振蕩器的頻率穩定度可以與晶體振蕩器相比美。
只要是基準頻率的整數倍，便可以得到各種頻率的輸出。
從圖1的PLL基本構成中，可以知道其是由VCO，相位比較器，基準頻率振蕩器，迴路濾波器所構成。在此，假設基準振蕩器的頻率為fr，VCO的頻率為fo。
在此一電路中，假設frgt;fo時，也即是VC0的振蕩頻率fo比fr低時。此時的相位比較器的輸出PD會如圖2所示，產生正脈波信號，使VCO的振蕩器頻率提高。相反地，如果frlt;fo時，會產生負脈波信號。

(此為利用脈波的邊緣做二個信號的比較。如果有相位差存在時，便會產生正或負的脈波輸出。)
此一PD脈波信號經過迴路濾波器(LoopFilter)的積分，便可以得到直流電壓VR，可以控制VCO電路。
由於控制電壓vr的變化，VCO振蕩頻率會提高。結果使得fr=f。在f與f的相位成為一致時，PD端子會成為高阻抗狀態，使PLL被鎖栓(Lock)。

相位比較器的工作原理
此所說明的相位比較器為相位．頻率比較器(PFC：Phase-Frequency Comparator)之型式，後述之LSI MC145163P便內藏有此一電路。
此一型式的相位此較器並非只做相位的比較，也即是，並非只做之比較，在頻率f不同的場合，也可以做為頻率比較器工作原理。
所謂相位差利時△與時間t的關係為

在只做相位檢出的場合，例如，可能分辨不出是延遲300°或前進60°。可是，在相位-頻率比較器中，如果frgt;fo則被視為是相位延遲。

迴路濾波器的選擇方法
迴路濾波器的時間常數與PLL控制的良否有很大的關係。其詳細的計算方法雖然不在此說明，但是，基準頻率fr為l0kHz時，輸往迴路濾波器的脈波周期為0.1mS。
為了保持電壓值VR而增大迴路濾波器的時間常數時，便無法追蹤VCO的振蕩頻率的變化。如果時間常數太小時，會在VR上出現漣波，使PLL的穩定度惡化。
因此，根據經驗，迴路濾波器的時間常數，選擇大約為基準頻率的周期(1/fr)的數百倍。在此選擇約為數十mS。

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