鎖相環(huán)可不可以用于倍頻非周期信號(hào)？

鎖相環(huán)可不可以用于倍頻非周期信號(hào)？

鎖相環(huán)（Phase Locked Loop，簡稱PLL）是一種常用的電子電路，可以用來鎖定輸入信號(hào)的相位和頻率。它具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如通信系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、射頻電路、控制系統(tǒng)等。其中，對(duì)于周期信號(hào)，PLL的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛研究。但是，對(duì)于非周期信號(hào)，是否可以使用PLL進(jìn)行鎖相呢？這個(gè)問題值得深入探討。

一、PLL基本原理

在介紹PLL在非周期信號(hào)中的應(yīng)用之前，首先需要了解PLL的基本原理。PLL通常由相鎖環(huán)控制器、振蕩器和分頻器等組成。其基本原理是將待鎖定的信號(hào)與本地的振蕩器輸出的信號(hào)進(jìn)行比較，并通過相鎖環(huán)控制器調(diào)整本地振蕩器的頻率和相位，以達(dá)到將輸入信號(hào)鎖定在一個(gè)穩(wěn)定的相位和頻率上的目的。具體過程如下圖所示：

其中，VCO為電壓控制振蕩器，它可以實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)通過改變電壓控制輸出頻率。

二、PLL在周期信號(hào)中的應(yīng)用

對(duì)于周期信號(hào)，由于其具有明顯的周期性，可以通過分頻器先將輸入信號(hào)分頻，使其變?yōu)閘ow頻信號(hào)，再將low頻信號(hào)與VCO輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鎖相。

此時(shí)，PLL的基本結(jié)構(gòu)可以簡化為下圖所示：

其中，N為分頻器分頻系數(shù)，fref為參考信號(hào)頻率，fout為輸出信號(hào)頻率。

如果輸入信號(hào)的頻率為f，那么經(jīng)過分頻器分頻后得到的low頻信號(hào)頻率為f/N，于是可以將low頻信號(hào)與VCO輸出的信號(hào)進(jìn)行比較，從而得到反饋信號(hào)，通過相鎖環(huán)控制器，可以對(duì)VCO的電壓進(jìn)行控制，從而控制其輸出頻率，并最終鎖定輸入信號(hào)的頻率。

三、PLL在非周期信號(hào)中的應(yīng)用

對(duì)于非周期信號(hào)，其本質(zhì)上是一種可能頻率分布比較廣泛的信號(hào)，具有突發(fā)性、隨機(jī)性和不可預(yù)測性等特點(diǎn)。這種信號(hào)在電路中經(jīng)常出現(xiàn)，如噪聲、電磁干擾等。

對(duì)于這種不規(guī)則的信號(hào)，傳統(tǒng)的PLL可能無法實(shí)現(xiàn)鎖相。因?yàn)樗捎昧朔诸l和比較的方式進(jìn)行鎖相，需要具有明顯的周期性，才能保證輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。而非周期信號(hào)的特點(diǎn)就是沒有任何的周期性，因此也就無法用傳統(tǒng)PLL的方法進(jìn)行鎖相。

但是，在實(shí)際應(yīng)用中，仍有一些方法可以用來實(shí)現(xiàn)非周期信號(hào)的鎖相，下面分別介紹一下。

1、模擬PLL

模擬PLL是一種基于鎖相放大器（Phase Locked Amplifier，簡稱PLA）的鎖相技術(shù)，它主要用于對(duì)非周期性的信號(hào)進(jìn)行鎖相。與傳統(tǒng)PLL不同的是，模擬PLL不需要分頻器，采用放大器代替了VCO作為主要的信號(hào)源。

模擬PLL的基本原理是將輸入信號(hào)放大后，與參考信號(hào)進(jìn)行比較，從而得到一個(gè)誤差信號(hào)，通過放大器控制輸出信號(hào)的幅度和相位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的鎖相。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

其中，RF為放大器反饋回路，Vref為參考信號(hào)，Vin為輸入信號(hào)，Vout為輸出信號(hào)。

模擬PLL主要用于接收、遙控、調(diào)制解調(diào)等領(lǐng)域，具有鎖相速度快、靈敏度高、線性度好等優(yōu)點(diǎn)。

2、數(shù)字PLL

數(shù)字PLL是基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的鎖相器，它采用數(shù)字信號(hào)替代傳統(tǒng)的模擬信號(hào)，在數(shù)字域中進(jìn)行鎖相控制。由于是數(shù)字化的信號(hào)，具有更高的精確度和可編程性。

數(shù)字PLL的基本原理與傳統(tǒng)PLL類似，是通過數(shù)字控制器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)鎖相的目的。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

其中，f1為輸入信號(hào)頻率，f2為輸出信號(hào)頻率，N為數(shù)字控制器。

數(shù)字PLL主要應(yīng)用于數(shù)字通信、數(shù)字信號(hào)處理、光纖通信等領(lǐng)域，具有高速、高精度、可編程等優(yōu)點(diǎn)。

四、總結(jié)

綜上所述，針對(duì)非周期信號(hào)環(huán)境下，傳統(tǒng)的PLL無法直接鎖相的缺陷，科學(xué)家們研究發(fā)展出了各種方法，如模擬PLL和數(shù)字PLL等。盡管具體方法有所區(qū)別，但都是基于對(duì)輸入信號(hào)的快速采樣、分析并產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)鎖相。目前這些新的PLL算法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域中，為電子科技行業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。