锁相环电路的设计技巧

CD4046是一种应用较广的低频数字锁相环集成芯片，是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（3～18 V），输入阻抗高，动态功耗小；其最高工作频率是1 MHz，能够满足一般的跟踪要求。CD4046内含PDⅠ、PDⅡ两个鉴相器，PDⅡ是边沿触发式鉴相器，与占空比无关，灵敏度为（Kφ=V DD/2π），相位范围宽为2π，入锁时与基准信号相位一致。因此，可以选用PDⅡ来实现电路的锁相功能。

CD4046压控振荡器的频率调节参数f L、f H由外围电路R1、R2和C1确定，它们之间近似关系为

一般情况下，假设通过理论分析知道，谐振器的固有频率在30 kHz附近，因此可以将CD4046的锁定频率设定在20～50 kHz即可，又因其中间加有二分频电路，所以CD4046压控振荡的范围应设定在40～100 kHz。

取C1=1 000 pF，由式（4.1）、式（4.2）得

根据压控振荡器调节范围的要求，可以通过公式计算获得外围电路参数值：R041=16 kΩ，R042=24 kΩ，C042=1 000 pF。(www.xing528.com)

如图4.4所示，所设计的锁相环由CD4046、CD4013分频器、MAX297低通滤波器、LM393电压比较器四个部分构成。

图4.4　锁相环电路

CD4046不断比较3脚的检测信号和14脚输入信号的频率、相位，产生相位差，再通过相差来控制其压控振荡，不断调整跟踪信号，直至频率相同、相差为零后，立刻“锁定”。

MAX297低通滤波滤掉高频干扰，且将输入方波信号转换成正弦波，该信号经放大后驱动活动梳齿，使其维持谐振。

LM393比较器将正弦波转换成方波（便于比较），输入CD4046检测端用于相位比较。

上电后，CD4046的压控振荡以某一设计频率驱动，其鉴相器比较检测信号和驱动信号的相位差，并使压控振荡产生相应信号去动态跟踪谐振器固有频率，当相差为零时迅速锁定。