锁相环路构成与工作机制
锁相环由哪三部分组成
锁相环（phase locked loop，pll）通常由以下三部分组成：
1. 相位比较器（phase comparator/phase detector）： 相位比较器用于比较输入信号与反馈信号的相位差，输出一个表示相位差的控制电压或数字值。
2. 电压控制振荡器（voltage controlled oscillator，vco）： 电压控制振荡器接收来自相位比较器的控制信号，根据控制信号的电压或数字值来调节自身的振荡频率。
3. 反馈电路（feedback circuit）： 反馈电路将vco输出的信号反馈给相位比较器，用于与输入信号进行相位比较，进而生成用于控制vco的控制信号。
这三部分相互作用，构成了一个闭环控制系统，使得输出信号的相位与输入信号的相位相互锁定或跟踪。锁相环广泛应用于时钟同步、频率合成、数模转换等领域。
锁相环的工作原理
最基础的锁相环系统主要包含三个基本模块：鉴相器（phase detector：pd）、环路滤波器（l00p filter：lf）其实也就是低通滤波器，和压控振荡器（voltage controlled oscillator：vco）。有了这三个模块的话，最基本的锁相环就可以运行了。但我们实际使用过程中，锁相环系统还会加一些分频器、倍频器、混频器等模块。（这一点可以类比stm32的最小系统和我们实际使用stm32的开发板）
从锁相系统开始运行的那一刻进行分析，这个时候鉴相器有两个输入信号，一个是输入的参考信号vin，另一个是压控振荡器的固有振荡信号vout。
这个时候由于两个信号的频率不相同，会因为频差而产生相位差，如果不对压控振荡器进行任何操作，那么相位差会不断累积，从而跨越2π角度，从零重新开始测相位，这便是测量死区，明明相位在不断变大，但鉴相器只能测出0~2π的范围，测出的相位差最大便是２π，这样就导致了鉴相器的输出电压只能在一定的范围内波动。
理想状态是让这两个信号的相位差一直保持在2π的范围内，不进入测量死区。那么在系统刚开始的时候，鉴相器测出两个信号的相位差，将相位差时间信号转化为误差电压信号输出（具体转化过程见鉴相器讲解）。
通过环路滤波器转化为压控电压加到压控振荡器上，使压控振荡器的输出频率vout逐步同步于输入信号vin，直到两个信号的频率逐渐同步，相位差也在测量误差范围内，那么整个系统就稳定下来了。
两个信号的相位差不会累积变大，而是保持相对固定的相位差。（不是常规意义上的固定不变，而是在误差允许范围内的微小波动）。
锁相环失锁的原因有哪些
锁相环（phase locked loop，pll）失锁可能由以下几个原因引起：
1. 输入信号干扰：当输入信号受到噪声、失真、衰减等干扰时，可能导致相位比较器无法正确地比较输入信号与vco反馈信号之间的相位差，从而造成失锁。
2. 频率偏差过大：如果输入信号的频率与vco输出的振荡频率之间存在较大的偏差，超出pll的跟踪范围，那么pll可能会失锁。
3. 环路带宽设置不当：pll的环路带宽决定了其对输入信号的跟踪速度，如果环路带宽设置得过窄或过宽，都可能导致pll失锁。
4. 相位比较器失效：相位比较器是pll的关键组件之一，如果相位比较器出现故障或不正常工作，可能导致pll失锁。
5. 电源噪声和供电问题：如果pll的供电电源存在噪声或不稳定，可能会对pll的各个组件产生负面影响，导致失锁。
6. 温度变化和环境变化：温度变化可能导致pll内部的电子元件参数发生变化，进而影响pll的性能和稳定性，导致失锁。
7. 其他外部干扰：如电磁干扰、辐射干扰、振荡器质量不良等外部因素也可能引起pll失锁。
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2. 电压控制振荡器（voltage controlled oscillator，vco）： 电压控制振荡器接收来自相位比较器的控制信号，根据控制信号的电压或数字值来调节自身的振荡频率。
3. 反馈电路（feedback circuit）： 反馈电路将vco输出的信号反馈给相位比较器，用于与输入信号进行相位比较，进而生成用于控制vco的控制信号。
这三部分相互作用，构成了一个闭环控制系统，使得输出信号的相位与输入信号的相位相互锁定或跟踪。锁相环广泛应用于时钟同步、频率合成、数模转换等领域。
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从锁相系统开始运行的那一刻进行分析，这个时候鉴相器有两个输入信号，一个是输入的参考信号vin，另一个是压控振荡器的固有振荡信号vout。
这个时候由于两个信号的频率不相同，会因为频差而产生相位差，如果不对压控振荡器进行任何操作，那么相位差会不断累积，从而跨越2π角度，从零重新开始测相位，这便是测量死区，明明相位在不断变大，但鉴相器只能测出0~2π的范围，测出的相位差最大便是２π，这样就导致了鉴相器的输出电压只能在一定的范围内波动。
理想状态是让这两个信号的相位差一直保持在2π的范围内，不进入测量死区。那么在系统刚开始的时候，鉴相器测出两个信号的相位差，将相位差时间信号转化为误差电压信号输出（具体转化过程见鉴相器讲解）。
通过环路滤波器转化为压控电压加到压控振荡器上，使压控振荡器的输出频率vout逐步同步于输入信号vin，直到两个信号的频率逐渐同步，相位差也在测量误差范围内，那么整个系统就稳定下来了。
两个信号的相位差不会累积变大，而是保持相对固定的相位差。（不是常规意义上的固定不变，而是在误差允许范围内的微小波动）。
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1. 输入信号干扰：当输入信号受到噪声、失真、衰减等干扰时，可能导致相位比较器无法正确地比较输入信号与vco反馈信号之间的相位差，从而造成失锁。
2. 频率偏差过大：如果输入信号的频率与vco输出的振荡频率之间存在较大的偏差，超出pll的跟踪范围，那么pll可能会失锁。
3. 环路带宽设置不当：pll的环路带宽决定了其对输入信号的跟踪速度，如果环路带宽设置得过窄或过宽，都可能导致pll失锁。
4. 相位比较器失效：相位比较器是pll的关键组件之一，如果相位比较器出现故障或不正常工作，可能导致pll失锁。
5. 电源噪声和供电问题：如果pll的供电电源存在噪声或不稳定，可能会对pll的各个组件产生负面影响，导致失锁。
6. 温度变化和环境变化：温度变化可能导致pll内部的电子元件参数发生变化，进而影响pll的性能和稳定性，导致失锁。
7. 其他外部干扰：如电磁干扰、辐射干扰、振荡器质量不良等外部因素也可能引起pll失锁。
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