鑒相器

英文名：phasedetector

鑒相器，顧名思義，就是能夠鑒別出輸入信號的相差的器件。它是PLL，即鎖相環的重要組成部分。

使輸出電壓與兩個輸入信號之間的相位差有確定關係的電路。表示其間關係的函數稱為鑒相特性。鑒相器是鎖相環的基本部件之一，也用於調頻和調相信號的解調。常見的鑒相特性有餘弦型、鋸齒型與三角型等。

鑒相器特性用表示。式中kd為鑒相器的增益係數；，表示兩個輸入信號之間的相位差。函數表示鑒相特性，它反映鑒相器的輸出電壓 與相位差的關係。常見的鑒相特性有餘弦型、鋸齒型與三角型等。

鑒相器可以分為模擬鑒相器和數字鑒相器兩種。

二極體平衡鑒相器是一種模擬鑒相器。兩個輸入的正弦信號的和與差分別加於檢波二極體，檢波后的電位差即為鑒相器的輸出電壓。其鑒相特性通常為餘弦型的。鑒頻鑒相器是一種數字鑒相器。兩個輸入信號是脈衝序列，其前沿（或后沿）分別代表各自的相位。比較這兩個脈衝序列的頻率和相位即可得到與相位差有關的輸出。這種鑒相器的鑒相特性為鋸齒形。因它兼具鑒頻作用，故稱鑒頻鑒相器。

二極體平衡鑒相器 這是一種模擬鑒相器，原理電路如圖1。二極體和、構成兩個峰值檢波器。兩個輸入的正弦信號 的和與差分別加於檢波二極體和，檢波后的電壓差即為鑒相器的輸出電壓。當時,。在這種情況下，它的鑒相特性是餘弦型的(圖2)。

鑒相器

鑒頻鑒相器 這是一種數字鑒相器。兩個輸入信號是脈衝序列，其前沿(或后沿)分別代表各自的相位。比較這兩個脈衝序列的頻率和相位即可得到與相位差有關的輸出。圖3是一種鑒頻鑒相器的框圖。比相器可由觸發器構成。當兩個輸入信號和同頻同相時，觸發器沒有輸出，充電電流等於零。當脈衝序列超前於時，觸發器產生一個其寬度與相位差成正比的正脈衝，充電電路被充電，其輸出電壓為正值，大小與充電脈衝寬度成正比。若落後於,則觸發器輸出一個負脈衝，充電電路的輸出為負值。這種鑒相器的鑒相特性為鋸齒形（圖2）。這種鑒相器兼具鑒頻作用，故稱鑒頻鑒相器。

取樣鑒相器 由取樣器和保持電路兩部分組成。圖4是原理電路,4個二極體構成取樣器，電容器Cd構成保持電路。當被鑒相信號的頻率正好等於取樣脈衝的頻率fi的整數倍時，每次取樣的電壓值相等。鑒相器的輸出電壓為保持電容器上的直流電壓。當厵nfi時，每次取樣的電壓值不等，輸出電壓為階梯形的交流電壓。取樣鑒相器輸出的電壓和相位差成正弦關係。

背景知識：

隨著數字電路技術的發展，數字鎖相環在調製解調、頻率合成、FM 立體聲解碼、彩色副載波同步、圖象處理等各個方面得到了廣泛的應用。數字鎖相環不僅吸收了數字電路可靠性高、體積小、價格低等優點，還解決了模擬鎖相環的直流零點漂移、器件飽和及易受電源和環境溫度變化等缺點，此外還具有對離散樣值的實時處理能力，已成為鎖相技術發展的方向。鎖相環是一個相位反饋控制系統，在數字鎖相環中，由於誤差控制信號是離散的數字信號，而不是模擬電壓，因而受控的輸出電壓的改變是離散的而不是連續的；此外，環路組成部件也全用數字電路實現，故而這種鎖相環就稱之為全數字鎖相環(簡稱DPLL)。數字鎖相環主要由數字鑒相器、可逆計數器、頻率切換電路及N分頻器四部分組成。數字鑒相器就是DPLL的主要單元。

基本原理：

在比相的信號雖然經過了一系列處理，但仍可能含有干擾信號。其信號的特點:

1.雜訊的影響在轉變成方波后只存在於理想方波的前後沿附近，而高低電平 中 間部分不受雜訊影響;

2.被鑒相信號的頻率一致，而且存在一定的相位差，使兩路信號的沿互相錯開，每一路受雜訊影響的前後沿正好對應於另一路不受影響的電平部分。

而一般的鑒相器都沒有抑制雜訊的能力，即使是一點小的抖動也將導致鑒相的失敗。故本設計利用觸發器的邊沿觸發和鎖存功能設計了高抗雜訊數字鑒相器，採用VHDL語言編製調試了鑒相器功能。如圖是經過編譯以後生成的原理圖。

輸入信號的相位Φa與反饋輸人信號的相位Фb的相位差時，鑒相器輸出低電平。當時，鑒相器輸出信號 輸出正比於相位差的脈寬信號， 輸出低電平。當時，鑒相器的輸出信號輸出正比於相位差的脈寬信號，輸出低電平。線性鑒相範圍為，線性鑒相增益。

下面對該鑒相器的抗干擾能力作定量分析。若設干擾信號是峰值為An的正弦信號，被鑒別的兩路信號的相位差為α，其值為As，則有:

實際上，大多數干擾為隨機白雜訊，所以信噪比為:

從上式可以看出該鑒相器具有較強的抗干擾能力，這也保證了整個系統對惡劣環境的適應能力。