锁相环路（Phase Lock Loop，PLL）是一种主动相位操控（APC）体系，是现代电子体系中运用广泛的一个根本部件。它的根本作用是在环路中发生一个振动信号（有时也称本地振动），这个信号的频率受操控电压的作用，当环路锁守时，振动信号的输出频率与输入信号的频率彻底持平，两个信号的相位差坚持安稳。完成了无频率差错的信号盯梢，合理地挑选PLL的直流增益、振动频率和相应带宽可有效地改进环路功用，到达抱负的作用。
1、锁相环路的组成与特性
1．1 锁相环路的组成
锁相环路由3部分组成：鉴相器PD（Phase Detector）、环路滤波器LF（Loop Fillter）和压控振动器VCO（Voltage—Controlled Oscillator）。组成框图如图1所示：
鉴相器PD一般鉴相器由模仿相乘器和低通滤波器组成；作用是将输入信号的相位与VCO的输出信号相位进行比较，并比较成果转化为差错电压Ud（t）；该电压是两个信号相位差的函数。
环路滤波器LF 是低通滤波器，作用是滤除差错电压Ud（t）中的高频重量后得到操控电压Uc（t），并加给压控振动器。
压控振动器VCO 一般由变容二极管和电抗管等组成振动电路；VCO的输出频率受Uc（t）的操控。
当输入信号和输出信号频率相同相差恒守时，鉴相器输出中的低频重量为零，环路滤波器的输出也为零，压控振动器的振动频率不发生改变。假如二者的频率不共同，则鉴相器将发生低频重量，并经过环路滤波器使压空振动器的频率发生改变。环路规划得恰当，这种改变将不断使输出信号的频率与输入信号的频率趋于共同，终究二者频率持平相位差安稳，Ud（t），Uc（t）均为直流电压，VCO的输出频率将中止改变，环路处于“确定”状况。当输入信号的频率发生改变时 （VCO的操控规模），VCO的输出就能跟上这个改变，施行盯梢和捕捉的进程，到达频率持平的要求。
1．2 锁相环路的根本特性
正常作业时锁相环路具有以下根本特性：
（1）杰出的窄带特性：当环路处于确定状况时，鉴相器输出的差错电压Ud（t）是一个能顺畅经过环路滤波器的直流电压，假如此刻输入信号中有搅扰成分，则搅扰信号与VCO的输出信号在鉴相器PD中比较所构成的差错电压遭到环路滤波器的按捺（处于低通的通频带外），所以VCO的输出信号中的搅扰成分大为削减，此刻环路相当于一个滤除噪声的高频窄带滤波器，其通频带能够做得很窄，如在几十兆赫兹至几百兆赫兹的中心频率上完成几赫兹至几十赫兹的窄带滤波。这种窄带滤波特性是LC，RC、石英晶体等滤波器很难到达的。
（2）确定后没有频差：在环路处于确定状况时，环路的输出信号和输入信号的频率持平，没有剩下频差，只要剩下相位差。它比AFC体系更好地完成了频率操控，因而在主动频率操控、频率合等技能方面取得了广泛的运用。
（3）主动盯梢特性：一个现已处于确定状况的环路，当输入信号的频率稍有改变时，VCO的频率当即发生相应的改变，使输出频率与输入频率挨近并终究到达持平。有时环路虽未到达确定状况，经过本身的调节作用能够捕捉到输入信号并终究确定。
（4）易于集成化：组成锁相环路的根本部件都易于选用集成电路，跟着集成技能的开展，整个环路包含一些扩大元件、操控元件等均可集成在1块芯片上，现在常用的主要有L562，L565，L564，CD4046等集成锁相环。集成化能够减小设备体积、下降成本、进步设备的可靠性和安稳性，大大进步整机功用。
2 、锁相环路的运用
因为锁相环路功用优越，现广泛用于无线电通讯技能中，可完成滤波、模仿和数字信号的调制与解调、倍频、分频、混频、频率组成等方面。
2．1 锁相倍频、分频和混频
在根本锁相环路中，若将VCO的振动频率确定在所需求的频率上，就可进行倍频、分频和混频。
（1）倍频：在反应环路中接入一分频器，当环路处于确定状况时，ωi=ωo／n，输出的频率ωo=nωi为输入信号频率的n倍。如图2所示。
（2）分频：同理要在反应环路中接入一倍频器，当环路处于确定状况时，ωi=nωo，ωo=ωi／n，VCO输出的频率为输入频率的1／n。
（3）混频：在反应环路中参加混频器或中频扩大器，就可完成混频功用。如图3所示。
当环路处于确定状况时ωi=ωo一ωL，ωo=ωL+ωi。
2．2 锁相调频与鉴频
（1）调频
用锁相环路调频，能够得到中心频率高度安稳的调频信号如图4所示。
锁相环路的VCO中心频率安稳在晶振频率上，一起调制信号也加到VC0上，然后完成频率调制取得所需的调频信号。调制信号的频谱应处于LF的带通之外，并且调频系数不能太大，因而不构成调制信号的环路，锁相环路仅是载波的盯梢环，调制频率对锁相环路无影响，只对VCO的中心频率不安稳起作用。这样确定后 VCO的中心频率就确定在晶振频率上，输出的调频波中心频率安稳度很高。克服了直接调频中心频率安稳度不高的缺陷。
（2）鉴频
依据锁相环路的频率盯梢特性，在体系处于调频盯梢状况时，可用于调频信号的解调，其框图如图5所示。
若输入为调频波，且其最大瞬时频率满意盯梢条件，则当输入调频波的频率发生改变时，经过PD和LF后，将发生一个与输入信号频率改变规则相对应的操控电压，以确保VCO的输出频率与输入频率相同，经环路滤波输出的操控电压便是解调信号。
2．3 调幅波的同步解调
关于DSB和SSB调幅信号进行解调时，有必要运用同步检波，即确保本振发生的载波信号与调幅信号中的载波信号同频同相，此外在数字通讯中还有位同步、帧同步、网同步等，可见同步信号的发生非常重要。使用滤波法、导频法、重生法所发生的本振信号很难做到与载波信号同频同相。而使用载波盯梢型的锁相环路就能得到这样的信号，再将其移相90°与输入的调幅信号相乘，经过低通滤波就可解调出调制信号。如图6所示。
2．4 锁相接纳机
锁相接纳机本质是一个窄带盯梢锁相环路，其框图如图7所示。
关于一般的超外差接纳机，当接纳机的信号载波频率不安稳，而本振频率又不能主动盯梢时，必将引起混频器输出的中频信号频率的改变，为了习惯这种改变，中频扩大器的频带应有必定的带宽。
对在空间技能中运用的通讯机，这个问题就更显得杰出，当地上接纳站接纳卫星发送到无线电信号时，因为卫星离地间隔远，再加上卫星发射功率小，天线在增益低，地上接纳站收到的信号是极弱小的。卫星盘绕地球飞行时，因为多普勒效应，地上接纳站收到的信号频率将违背卫星发射的信号频率，并且其值往往在较大规模内改变。关于这种中心频率在较大规模内改变的弱小信号若选用一般接纳机，必然要求有满意的带宽，这样接纳机的输出信噪比将严峻下降，无法有效地检出信号，若选用锁相接纳机，使用环路的窄带盯梢特性，就可有效地进步输出信噪比，取得满意的接纳作用。
2．5 频率组成
无线电通讯技能的迅速开展，对振动信号源的要求在不断进步，不光要求它的频率安稳度的精确高度，并且要求能方便地转换频率，频率组成技能就能满意上述要求。
在锁相环路的鉴相器中进行相位比较的2个频率应该持平，而参阅晶振频率是固定值，而频率组成器所需输出的频率（即VC0的频率）则是多个数值。为了使这二者的频率在鉴相器处持平，以便比较它的相位，可选用脉冲操控锁相法、模仿锁相环路法与数字锁相环路法。脉冲锁相法是使用参阅晶振频率的某次谐波（经过脉冲构成电路来取得）与VCO输出频率在鉴相器中比较。如图8所示。
模仿锁相环路法与数字锁相环路法则是使用恰当的降频电路将VCO的频率下降（PD作业于较低的频率），然后与参阅频率在鉴相器中相比较，完成锁相功用。二者的差异在于二者的降频方法不同，模仿式选用加减法降频，数字式选用除法降频。锁相环路的运用不仅如此，还有能够处理专门问题锁相环，如彩电电视五颜六色副载波的提取，振动器的频率安稳与提能，相关应答器等，在电子设备，无线电通讯，航空航天，雷达等范畴被广泛选用。
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