【摘要】 信号分为模拟信号和数字信号，本文主要论述锁相环技术，如何输出频率稳定、准确的模拟信号。锁相环技术广泛应用于通信、航空航天、自动控制等领域，用途广且重要。本文将重点论述锁相环技术的基本原理、组成和发展应用。
【关键词】 锁相环 信号 频率
一、锁相环技术的基本原理
现代频率合成技术常应用间接合成法、电路的反馈，通过锁相环技术将主振源的频率和参考信号的频率通过鉴相比较联系起来，所需硬件设备少，可靠性高，频率范围大。其核心是锁相环路，原理框见下图1：
锁相环路是一种典型反馈电路，锁相环的英文全称为Phase-Locked Loop简称PLL。锁相环路（PLL）是一个闭环的跟踪系统，它能够跟踪输入信号的相位。确切地讲，锁相环是一个使输出频率（由振荡器产生的）与参考频率产生频率和相位上同步的电路。在同步（通常称为锁定）状态，振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为零，或者保持常数。
二、锁相环技术的基本组成
在PLL中，鉴相器是一个相位比较器，比较参考信号（输入信号）与输出信号之间的相位偏差，并由此产生误差信号；环路滤波器是一个低通滤波器，用来 滤除误差信号中的高频成分，起滤波平滑作用，以保证环路稳定和改善环路跟踪性能，也决定着输出信号相位噪声的好坏。最终输出控制电压，压控振荡器VCO是一个电压、频率变换装置，产生本地振荡频率，其振荡频率受误差信号电压控制，产生频率偏移，从而跟踪输入参考信号的频率。整个锁相环路根据输入参考信号频率与本地振荡信号频率之间的相位误差对压控振荡器产生信号的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使VCO输出信号相位跟参考频率相位一致或保持常数。
1、鉴相器。鉴相器是一个相位比较器，比较两个输入信号的相位，产生误差相位，并转换为误差电压。鉴相器一般由分频器、电荷泵等组成，把参考信号频率和反馈输出信号进行R分频和N分频，对分频完的频率进行相位比较，产生误差电压，误差电压经电荷泵调节，最后输出。
2、环路滤波器 。环路滤波器是一个线性低通滤波器，通常由RC无源滤波器或环路中有放大器的有源滤波器组成，具有低通特性。改变环路的带宽，可以适量调整输出信号的相噪好坏。
3、压控振荡器 。在锁相环路中，压控振荡器是受外控电压来改变振荡频率的器件。起着电压转换为相位的作用。其振荡频率的相位受滤波器输出电压的控制，而其输出信号的相位随参考频率相位变化而变化，从而保持相位跟踪。
4、参考频率。在锁相环中，参考频率一般由晶振产生，晶振是由晶体的压电效应与内部电路产生谐振的频率，晶振的频率稳定性相当的好。常用的参考频率100MHz、10MHz等。
5、单片机分频器。单片机在锁相环中一般对应鉴相器，在开机时起到为鉴相器置数的作用。常用的单片机为51系列。鉴相器一般包含了分频器，分频器在锁相环中很少作为一个单独器件出现。
三、锁相环技术的发展应用
近百年以来，无论是有线相连的电话，还是无线发送的广播电视，很长的时间内都是用模拟信号来传递信号。由于锁相环路结构简单，性能可靠等特点，在当今的调频广播技术中得到广泛应用。
另外锁相环技术应用于频率综合器，由参考信号频率获得不同频率的组件称为频率综合器；也用于调制解调器，其本身就是一个调频解调器，经过合理的设计应用，锁相环路可以做任何方式的调制器和解调器；锁相环也可以用作时钟发生器，锁相环锁定后输出时钟频率是输入参考时钟的N倍，锁相环可以从低频输入时钟产生高频输出时钟，系数N是固定的称为时钟发生器；也可以用于频率合成技术，将一个参考信号频率如晶振参考源，经过电路运算，变成具有同一稳定度和准确度的多个所需频率的技术，称为频率合成技术。该技术广泛应用在超外差接收中进行自动频率控制、标准信号的倍频和分频、空间技术和频率合成中。
四、结论和展望
21世纪注定是通信技术迅猛发展的世纪。而产生信号源的锁相环技术锁出的频率有频率稳定性和准确性非常高的优点，同时也能很好的抑制杂散，避免大量使用滤波器，因而有利于小型化和集成化。而锁相环中鉴相器分频比可以使用单片机进行控制，易于实现输出频率的变换及其频率显示的程控和遥控，促进信号源模块的数字化、集成化和智能化。将广泛的应用于科研、生产、生活中。
参 考 文 献
[1]张厥盛，郑继禹，万心平. 锁相技术M] .西安电子科技大学出版社， 2003.9
[2]樊昌信.通信原理[M] .国防工业出版社，2002