快速鎖定鎖相環(huán)技術綜述

許莎莎　盧萌

【摘 要】鎖相環(huán)是把輸出相位和輸入相位相比較的負反饋系統(tǒng)?？焖冁i定的鎖相環(huán)電路一直以來都是鎖相環(huán)研究工作中的重點。本文對快速鎖定鎖相環(huán)技術做了綜述性介紹，歸納得出快速鎖定鎖相環(huán)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀。

【關鍵詞】快速鎖定;鎖相環(huán);專利分析

中圖分類號： TN763.3文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）30-0219-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.112

1 鎖相環(huán)技術簡介

鎖相環(huán)是一種自動調節(jié)系統(tǒng)，檢測兩信號的相位差，主要控制的是信號的相位而不是電壓幅值。在鎖定狀態(tài)下，鎖相環(huán)輸入信號的相位差值為零或保持不變，如果出現(xiàn)相位差，一種控制機理會作用在振蕩器上，之后將振蕩器的輸出信號反饋回去，使相位差值不斷減小，直到最后使輸出信號的相位與參考信號的相位相同，保持在鎖定狀態(tài)。下圖為鎖相環(huán)的基本結構，這個控制回路可以使輸出信號和輸入信號的頻率和相位同步。

圖1 鎖相環(huán)的基本結構框圖

2 快速鎖定鎖相環(huán)的主流技術

目前針對鎖相環(huán)的研究工作，大多在選取合適結構的基礎上，致力于如何提高電路的性能，包括低噪聲、寬輸出頻帶、高輸出頻率、低工作功耗和低響應時間等性能。其中鎖定時間是鎖相環(huán)的一項重要指標，在快速移動設備和藍牙收發(fā)技術等電子系統(tǒng)中都需要具有快速鎖定功能的鎖相環(huán)。

目前快速鎖定鎖相環(huán)領域的研究主要涉及以下四類：延遲鎖相環(huán)，電荷泵鎖相環(huán)，擴展捕獲帶寬，存儲鎖定電壓。其中延遲鎖相環(huán)和電荷泵鎖相環(huán)技術發(fā)展較多，技術相對成熟。接下來對主流技術進行說明。

1）延遲鎖相環(huán)。以一個專利為例說明，申請?zhí)枮镃N200610159334A（發(fā)明名稱：延遲鎖相回路電路，申請人：海力士半導體有限公司）的專利技術方案為（參考圖2）：提供一種與外部時鐘同步地操作的同步存儲器裝置，其包括：DLL，其用于執(zhí)行相位更新以產(chǎn)生鎖定狀態(tài)的DLL時鐘，并在該鎖定狀態(tài)下以小于一個單位延遲的延遲量實施該相位更新;及控制單元，其用于在該鎖定狀態(tài)被外部變化破壞時重設該DLL，從而使其能夠在鎖定狀態(tài)由于指示延遲復制模型化單元的延遲在該鎖定狀態(tài)下的突然變化的外部影響（諸如tCK或電源電壓VDD的變化）而被破壞時，迅速再次恢復該鎖定狀態(tài)。

2）電荷泵鎖相環(huán)。以一個專利為例說明，申請?zhí)枮镃N201610525483（發(fā)明名稱：一種減小環(huán)路鎖定時間的鎖相環(huán)電路，申請人：中國電子科技集團公司第五十八研究所）的技術方案為（參見圖3）：在該鎖相環(huán)電路中，電荷泵（CP）的電流源分為兩部分，并分別由兩個控制電路來控制輸出：一個是由鑒相器的輸出信號直接控制，另一個是由鑒相器輸出信號與相位鎖定檢測電路輸出的Lock信號一同控制。該電路在PLL系統(tǒng)鎖定的過程中開啟由Lock信號控制的電流源部分來增加CP的輸出電流，提高壓控振蕩器（VCO）控制電壓的響應速度、增加環(huán)路帶寬來減小環(huán)路鎖定所需的時間，從而實現(xiàn)PLL系統(tǒng)的快速鎖定。

圖3 一種減小環(huán)路鎖定時間的鎖相環(huán)電路

圖4

3）擴展捕獲帶寬。以一個專利為例說明，申請?zhí)枮镃N00800446A（發(fā)明名稱：鎖相環(huán)裝置，申請人：松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社）的技術方案為（參見圖4）：提供一鐘鎖相環(huán)裝置，它能根據(jù)復制信號檢測相位信息，以及根據(jù)相位信息的瞬時變化檢測頻率信息，與模擬鎖相環(huán)電路的捕獲區(qū)相比，它具有更寬的捕獲區(qū)，當鎖相環(huán)電路被數(shù)字化時，本發(fā)明能高速執(zhí)行相位鎖定。

4）存儲鎖定電壓。以一個專利為例說明，申請?zhí)枮镃N94109157（發(fā)明名稱：PLL頻率合成器和使用該合成器的高速頻率鎖定法，申請人：日本電氣株式會社）的技術方案為（參見圖5）：PLL頻率合成器包括：AD變換器，存儲單元，DA變換器，環(huán)路濾波器，壓控振蕩器，控制單元。其中AD變換器接收頻率穩(wěn)定狀態(tài)中的頻率控制電壓并將頻率控制電壓變換為相應的數(shù)字信號;存儲單元存儲AD變換器發(fā)出的數(shù)字信號;DA變換器將存儲單元中的數(shù)字信號變換為相應的頻率控制電壓模擬信號;控制單元可控制AD變換器和DA變換器的變換，并控制從存儲單元讀取數(shù)字信號;環(huán)路濾波器在頻率合成器起動之前，將模擬信號的輸出電壓由控制單元加到壓控振蕩器上，可穩(wěn)定地實現(xiàn)高速頻率鎖定。

圖5

3 總結

本文針對快速鎖定鎖相環(huán)的主流技術進行了分析，通過對快速鎖定鎖相環(huán)技術專利文獻的研究發(fā)現(xiàn)，快速鎖定鎖相環(huán)的技術相對已經(jīng)很成熟了，隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，對于快速鎖定鎖相環(huán)性能的要求越來越高。我國的快速鎖定鎖相環(huán)技術正處于快速發(fā)展的階段，然而由于起步較晚，與國外還存在一定的差距，因此具有很大的發(fā)展空間。

【參考文獻】

[1]王麗，CMOS快速鎖定鎖相環(huán)的研究與設計[D].合肥工業(yè)大學，2015，04.

[2]任傳陽，快速鎖定電荷泵鎖相環(huán)研究與設計[D].山東大學，2016，04.