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(fù)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(diǎn)。本文對(duì)快速鎖定鎖相環(huán)技術(shù)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(guān)鍵詞】快速鎖定;鎖相環(huán);專利分析

中圖分類號(hào)： TN763.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）30-0219-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.112

1 鎖相環(huán)技術(shù)簡(jiǎn)介

鎖相環(huán)是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，檢測(cè)兩信號(hào)的相位差，主要控制的是信號(hào)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(hào)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(jī)理會(huì)作用在振蕩器上，之后將振蕩器的輸出信號(hào)反饋回去，使相位差值不斷減小，直到最后使輸出信號(hào)的相位與參考信號(hào)的相位相同，保持在鎖定狀態(tài)。下圖為鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)，這個(gè)控制回路可以使輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的頻率和相位同步。

圖1 鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)框圖

2 快速鎖定鎖相環(huán)的主流技術(shù)

目前針對(duì)鎖相環(huán)的研究工作，大多在選取合適結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(yīng)時(shí)間等性能。其中鎖定時(shí)間是鎖相環(huán)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在快速移動(dòng)設(shè)備和藍(lán)牙收發(fā)技術(shù)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(lǐng)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(kuò)展捕獲帶寬，存儲(chǔ)鎖定電壓。其中延遲鎖相環(huán)和電荷泵鎖相環(huán)技術(shù)發(fā)展較多，技術(shù)相對(duì)成熟。接下來對(duì)主流技術(shù)進(jìn)行說明。

1）延遲鎖相環(huán)。以一個(gè)專利為例說明，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200610159334A（發(fā)明名稱：延遲鎖相回路電路，申請(qǐng)人：海力士半導(dǎo)體有限公司）的專利技術(shù)方案為（參考圖2）：提供一種與外部時(shí)鐘同步地操作的同步存儲(chǔ)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(shí)鐘，并在該鎖定狀態(tài)下以小于一個(gè)單位延遲的延遲量實(shí)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(shí)重設(shè)該DLL，從而使其能夠在鎖定狀態(tài)由于指示延遲復(fù)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(shí)，迅速再次恢復(fù)該鎖定狀態(tài)。

2）電荷泵鎖相環(huán)。以一個(gè)專利為例說明，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201610525483（發(fā)明名稱：一種減小環(huán)路鎖定時(shí)間的鎖相環(huán)電路，申請(qǐng)人：中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所）的技術(shù)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(gè)控制電路來控制輸出：一個(gè)是由鑒相器的輸出信號(hào)直接控制，另一個(gè)是由鑒相器輸出信號(hào)與相位鎖定檢測(cè)電路輸出的Lock信號(hào)一同控制。該電路在PLL系統(tǒng)鎖定的過程中開啟由Lock信號(hào)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(yīng)速度、增加環(huán)路帶寬來減小環(huán)路鎖定所需的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)PLL系統(tǒng)的快速鎖定。

圖3 一種減小環(huán)路鎖定時(shí)間的鎖相環(huán)電路

圖4

3）擴(kuò)展捕獲帶寬。以一個(gè)專利為例說明，申請(qǐng)?zhí)枮镃N00800446A（發(fā)明名稱：鎖相環(huán)裝置，申請(qǐng)人：松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社）的技術(shù)方案為（參見圖4）：提供一鐘鎖相環(huán)裝置，它能根據(jù)復(fù)制信號(hào)檢測(cè)相位信息，以及根據(jù)相位信息的瞬時(shí)變化檢測(cè)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(dāng)鎖相環(huán)電路被數(shù)字化時(shí)，本發(fā)明能高速執(zhí)行相位鎖定。

4）存儲(chǔ)鎖定電壓。以一個(gè)專利為例說明，申請(qǐng)?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(qǐng)人：日本電氣株式會(huì)社）的技術(shù)方案為（參見圖5）：PLL頻率合成器包括：AD變換器，存儲(chǔ)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(yīng)的數(shù)字信號(hào);存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)AD變換器發(fā)出的數(shù)字信號(hào);DA變換器將存儲(chǔ)單元中的數(shù)字信號(hào)變換為相應(yīng)的頻率控制電壓模擬信號(hào);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(chǔ)單元讀取數(shù)字信號(hào);環(huán)路濾波器在頻率合成器起動(dòng)之前，將模擬信號(hào)的輸出電壓由控制單元加到壓控振蕩器上，可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高速頻率鎖定。

圖5

3 總結(jié)

本文針對(duì)快速鎖定鎖相環(huán)的主流技術(shù)進(jìn)行了分析，通過對(duì)快速鎖定鎖相環(huán)技術(shù)專利文獻(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)，快速鎖定鎖相環(huán)的技術(shù)相對(duì)已經(jīng)很成熟了，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(shù)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(xiàn)】

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

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