數字鎖相環
數字鎖相環
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)。
數字鎖相環主要由相位參考提取電路、晶體振蕩器、分頻器、相位比較器、脈衝補抹門等組成。分頻器輸出的信號頻率與所需頻率十分接近，把它和從信號中提取的相位參考信號同時送入相位比較器，比較結果示出本地頻率高了時就通過補抹門抹掉一個輸入分頻器的脈衝，相當於本地振蕩頻率降低；相反，若示出本地頻率低了時就在分頻器輸入端的兩個輸入脈衝間插入一個脈衝，相當於本地振蕩頻率上升，從而達到同步。
數字鎖相環的結構 數字鎖相環的一般由數字鑒相器（DPD， Digital Phase Detector）、數字環路濾波器（DLF，Digital Loop Filter）、數字壓控振蕩器（DCO，Digital Control Oscillator）三部分組成。
(1)數字環路鑒相器（DPD）
數字鑒相器也稱採樣鑒相器，是用來比較輸入信號與壓控振蕩器輸出信號的相位，它的輸出電壓是 對應於這兩個信號相位差的函數。它是鎖相環路中的關鍵部件，數字鑒相器的形式可分為：過零採樣鑒相器、觸發器型數字鑒相器、超前—滯后型數字鑒相器和奈奎斯特速率取樣鑒相器。
(2)數字環路濾波器（DLF）
數字環路濾波器在環路中對輸入雜訊起抑止作用，並且對環路的校正速度起調節作用。數字濾波器是一種專門的技術，有各種各樣的結構形式和設計方法。引入數字環路濾波器和模擬鎖相環路引入環路濾波器的目的一樣，是作為校正網路引入環路的。因此，合理的設計數字環路濾波器和選取合適的數字濾波器結構就能使DPLL滿足預定的系統性能要求。
(3) 數字壓控振蕩器（DCO）
數控振蕩器，又稱為數字鐘。它在數字環路中所處的地位相當於模擬鎖相環中的壓控振蕩器（VCO）。但是，它的輸出是一個脈衝序列，而該輸出脈衝序列的周期受數字環路濾波器送來的校正信號的控制。其控制特點是：前一採樣時刻得到的校正信號將改變下一個採樣時刻的脈衝時間位置。
全數字鎖相環的基本工作過程如下：
(1) 設輸入信號 Ui(t) 和本振信號（數字壓控振蕩器輸出信號）Uo(t) 分別是正弦和餘弦信號，他們在數字鑒相器內進行比較，數字鑒相器的輸出是一個與兩者間的相位差成比例的電壓Ud(t)。
(2) 數字環路濾波器除數字鑒相器輸出中的高頻分量，然後把輸出電壓Uc(t) 加到數字壓控振蕩器的輸入端，數字壓控振蕩器的本振信號頻率隨著輸入電壓的變化而變化。如果兩者頻率不一致，則數字鑒相器的輸出將產生低頻變化分量，並通過低通濾波器使DCO的頻率發生變化。只要環路設計恰當，則這種變化將使本振信號Uo(t) 的頻率與數字鑒相器輸入信號Ui(t) 的頻率一致。
(3)最後，如果本振信號的頻率和輸入信號的頻率完全一致，兩者的相位差將保持某一個恆定值，則數字鑒相器的輸出將是一個恆定直流電壓（忽略高頻分量），數字環路濾波器的輸出也是一個直流電壓，DCO的頻率也將停止變化，這時，環路處於“鎖定狀態”。
