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PLL锁相环相关基础知识,pll锁相环分频

时间:2023-05-04 07:32:02 阅读:185456 作者:1693

背景知识

在通信机等所使用的振荡电路,其所要求的频率范围要广,且频率的稳定度要高。无论多好的LC振荡电路,其频率的稳定度,都无法与晶体振荡电路比较。但是,晶体振荡器除了可以使用数字电路分频以外,其频率几乎无法改变。如果采用PLL(锁相环)(相位锁栓回路,PhaseLockedLoop)技术,除了可以得到较广的振荡频率范围以外,其频率的稳定度也很高。此一技术常使用于收音机,电视机的调谐电路上,以及CD唱盘上的电路。
PLL(phase-locked loop),即锁相环。是 FPGA 中的重要资源。由于一个复杂的 FPGA 系统往往需要多个不同频率,相位的时钟信号。所以,一个 FPGA 芯片中 PLL 的数量是衡量 FPGA 芯片能力的重要指标。FPGA 的设计中,时钟系统的 FPGA 高速的设计极其重要,一个低抖动, 低延迟的系统时钟会增加 FPGA 设计的成功率。

基本原理

锁相环PLL是由一个鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO)组成。
锁相环的最基本配置是将参考信号(FR)的相位与可调反馈信号F0的相位进行比较,如图1所示。此一电路的中心为相位此较器。如果此两个信号之间有相位差存在时,便会产生相位误差信号输出。利用此一误差信号,可以控制VCO的振荡频率,使VCO的相位与基准信号的相位(也即是频率)成为一致。

① 鉴相器(PD)
在此一电路中,假设fr>fo时,也即是VC0的振荡频率fo比fr低时。此时的相位比较器的输出PD会如图2所示,产生正脉波信号,使VCO的振荡器频率提高。相反地,如果fr<fo时,会产生负脉波信号。


② 低通滤波器(LPF)
此一PD脉波信号经过回路滤波器(LoopFilter)的积分,便可以得到直流电压VR,可以控制VCO电路。

③ 压控振荡器(VCO)
由于控制电压VR的变化,VCO振荡频率会提高。结果使得fr=f0在f与f的相位成为一致时,PD端子会成为高阻抗状态,使PLL(锁相环)被锁栓(Lock)。

④ 分频器(FD)
那么PLL是如何实现倍频的呢?其实就是对输出fo作N分频,即fN,将分频后的频率送入鉴相器中与参考频率进行比较。当PLL进入锁定状态时,输出频率fo就实现了倍频,此时fo=N*fi。

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