PLL鎖相環(huán)到底是什么？是怎么進(jìn)行倍頻的？

你們有沒(méi)有這樣一個(gè)疑問(wèn)，就是CPU的主頻怎么做到幾個(gè)GHz呢？

每一秒要給處理器幾億個(gè)脈沖，就拿11代I7處理器來(lái)說(shuō)，它的基本頻率就可達(dá)2.5GHz，但在我們常規(guī)的認(rèn)知中，頻率的大小取決于晶振的頻率，比如這個(gè)晶振的頻率是16MHz，那么這個(gè)芯片的工作頻率就是16MHz。那就電腦CPU來(lái)說(shuō)，雖然它的主頻是2.5GHz，也就是2500MHz，但是也沒(méi)有這么高頻率的晶振。

一般常用晶振的頻率是4MHz、8MHz、16MHz等等，最高頻的晶振也才100到200MHz。那CPU的上千兆的主頻又是怎么來(lái)？

比如我們的晶振是100MHz，CPU主頻卻能上千兆，這就需要中間有鎖相環(huán)，它能把晶振的頻率進(jìn)行加倍，然后再給CPU。

它的應(yīng)用極其廣泛，就拿我們熟知的STM32來(lái)說(shuō)，它采用的晶振雖然是8MHz的，那我們可以把它的時(shí)鐘設(shè)置為72MHz，它就是經(jīng)過(guò)了內(nèi)部的鎖相環(huán)電路進(jìn)行了九倍頻，然后我們的時(shí)鐘就從8MHz變成了72MHz。

01、鎖向環(huán)到底是什么？

PLL（鎖相環(huán)）是一個(gè)反饋控制電路，它通過(guò)反饋不斷調(diào)整環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位使其跟隨外部輸入的參考信號(hào)。

當(dāng)外部輸入信號(hào)為時(shí)鐘時(shí)，PLL可作為頻率綜合器用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，也可以作為相位的濾波器過(guò)濾輸入信號(hào)的相位噪聲。

當(dāng)外部輸入信號(hào)為數(shù)據(jù)流時(shí)，PLL可作為數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路用于跟蹤恢復(fù)數(shù)據(jù)。

02、鎖相環(huán)它是怎么進(jìn)行倍頻的？

首先鎖相環(huán)需要有一個(gè)參考頻率，可以是溫補(bǔ)晶振，也可以是恒溫晶振，更可以是衛(wèi)星授時(shí)的秒脈沖，這都是依據(jù)頻率準(zhǔn)確度來(lái)挑選的。另外有一個(gè)輸出頻率。參考頻率為f0，輸出頻率為f1。然后f0與f1同時(shí)輸入一個(gè)叫做鑒相器的裝置中，然后將比較相位后得到的低頻信號(hào)通過(guò)低通濾波器后得到一個(gè)比較平滑的電壓值，作用在壓控振蕩器上形成輸出頻率，這個(gè)頻率就是f1，與f0同步。但此時(shí)的f0 = f1。

如果要倍頻怎么辦呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是對(duì)輸出的f1做N分頻，分頻之后的頻率為f2，如果將分頻器劃分到壓控振蕩器的模塊中的話就比較容易理解了，及此時(shí)的f2相當(dāng)于原來(lái)的f1，即f2 = f0。那真正的壓控振蕩器輸出的頻率是多少呢？即f1 = N * f2 = N * f0，實(shí)現(xiàn)了倍頻。

其實(shí)說(shuō)到這里，有的人還是沒(méi)有明白，這怎么就實(shí)現(xiàn)了倍頻了呢？秘密就在于分頻之后的頻率f2與參考頻率f0之間的相位比較。要鎖相環(huán)變得穩(wěn)定，就只要輸入的參考頻率f0與分頻后的頻率f2之間的相位差值為一常數(shù)，而這個(gè)相位常數(shù)會(huì)使鑒相器輸出不同的電壓值，經(jīng)過(guò)低通濾波器（即環(huán)路濾波器）后作用在壓控振蕩器，使輸出頻率發(fā)生改變，這樣就實(shí)現(xiàn)了倍頻了。

03、鎖相環(huán)升值必備的技能！

由于做鎖相環(huán)對(duì)于系統(tǒng)的更深理解，在職業(yè)發(fā)展中也更容易晉升為項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者。因?yàn)閷W(xué)習(xí)鎖相環(huán)會(huì)更多并且更容易接受到收發(fā)機(jī)，進(jìn)而掌握整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。

但很多同學(xué)在自學(xué)鎖相環(huán)的時(shí)候覺(jué)得很復(fù)雜，其實(shí)有時(shí)候?qū)W了書本理論知識(shí)，并沒(méi)有用到實(shí)際的設(shè)計(jì)電路當(dāng)中，很容易學(xué)完就忘。書本理論知識(shí)需要結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目做，才能理解的更深和透徹。