一、设计背景

锁相环作为一个重要的电路零件，存在于各种高频应用中，从简单的时钟净化电路到用于高性能无线电通信链路的本振(LO)，以及矢量网络分析仪(VNA)中的超快开关频率合成器。

锁相环是一种反馈系统，其中电压控制振荡器和相位比较器 相互连接，使得振荡器频率(相位)可以准确跟踪施加的频率 或相位调制信号的频率。锁相环可用来从固定的低频信号生 成稳定的输出频率信号。

因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。

二、锁相环结构

如下图，锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成。

鉴相器：检测输出信号和输入信号的相位差。

环路滤波器：它的作用是滤除掉来自PLL电路中鉴相器输出电压Vd（t）中的高频成分和噪声分量，得到一个干净的控制电压Vc（t）去控制压控振荡器的频率输出。

压控振荡器：指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)，频率是输入信号电压的函数，振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。

通过鉴相器检测输出信号和输入信号之间的相位差，并转化为电压输出，经过低通环路滤波器形成压控振荡器的控制电压，控制压控振荡器输出和输出信号相同相位的信号。

三、设计框图

系统框图使用 Scheme-it 工具绘制。Scheme-it是一款在线原理图和图表绘制工具，能让用户在浏览器网页中创建并分享自己的技术布局设计。该工具包括了构建 电路所需的一整套原理图符号以及集成式 Digi-Key 目录，支持将产品图片和图像插入设计中。该工具还包括一个集成式物料清单 (BOM)，以便用户将每个通用符号或制造商元件与一个 Digi-Key 零件编号相关联。同时，也支持框图导出为 png、pdf 以及 KiCad 做后续开发。

Scheme-it 设计链接：

https://www.digikey.cn/en/schemeit/project/detail/684e08282b68434a9d20840fbdc68686

四、主要元器件介绍

①滤波器：ADMV8913SCCZ-EP

ADMV8913-EP是一种全单片微波集成电路（微波单片集成电路），具有数字可选择的工作频率。该装置具有集成高通滤波器（HPF）和集成低通滤波器（LPF），其允许在6.6ghz到11.9ghz频率范围内的通带响应。
ADMV8913-EP的灵活结构允许独立控制高通和低通滤波器的3 dB截止频率（f3dB）。每个滤波器上的数字逻辑控制为4位宽（16个状态），并控制片上无功元件以调整f3dB。典型的插入损耗为5.3dB，宽带抑制为35dB，非常适合于最小化系统谐波。
这种可调谐滤波器可作为大型开关滤波器组和腔调谐滤波器的小型替代品，ADMV8913-EP在高级通信应用中提供了一种动态可调的解决方案。

②鉴相器：AD8302

AD8302是ADI公司推出的一个款用于测量RF/IF信号幅度和相位的单片集成电路，它能同时测量从低频到 2.7GHz 频率范围内两个输入信号之间的幅度比和相位差，该器件将精密匹配的两个对数检波器集成在一块芯片上 , 因而可将误差源及相关温度漂移减小到最低限度 。该器件在进行幅度测量时 , 其动态范围可扩展到 60dB , 而相位测量范围则可达 180 度 。

自带1.8V基准输出

可在低频至 2.7GHz 频率范围内测量幅度和相位

相位测量0-180°

精确典型值小于 1 度

精确相位测量比例系数为 10mV/度

③压控振荡器：PE1V34001

频率范围 5GHz ~ 10GHz

频率 - 中心 7.5GHz

电压 - 供电 12V

调谐电压 (VDC) 0 V ~ 20 V

二次谐波，典型值（dBc） -15

最大 Icc 195mA

本次项目学习了锁相环的原理，对锁相环的功能与实际应用更加了解明晰。同样的，感谢硬禾活动能给予我一个平台，学着去设计属于自己的产品。