一.前言

最近想把之前学过的知识都统一整理一下，打算在这里进行记录，里面都是我个人阶段性理解的内容，可能理解有误，欢迎各位大佬批评指正。

二.背景

在23年电赛的时候我参加的是H题。最终的作品在最后并不能很好地实现“稳定同频显示”

在比赛结束后想使用CD4046锁相环对频率进行锁定，先不管能不能用吧，这里只描述一下我对这个芯片的使用过程和调试心路。

三.什么是锁相环

通过万能的百度我们可以知道：

锁相环 (phase locked loop)是一种利用相位同步产生的电压，去调谐压控振荡器以产生目标频率的负反馈控制系统。根据自动控制原理，这是一种典型的反馈控制电路，利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。

一般情况下锁相环都由以下几部分组成，分别是鉴相器，低通滤波器和压控振荡器。

当输入频率和输出频率存在相位差时，鉴相器会将偏差的这一部分进行处理，通过低通滤波器进入到压控振荡器中，从而改变输出频率。这个过程始终存在，直到输入输出相位差为零。

 

这里我们可以根据CD4046手册中的图进行分析。

由手册中给出的图我们可以知道这个芯片内部有两种鉴相器。其中鉴相器1是一个异或门。也就是说当输入的两个信号相同的时候输出0，两个信号不同的时候输出1。鉴相器1的使用非常简单易懂。手册里也给出了相关的信息：

具体的过程和上文中提到的内容是相同的。当输入的信号和VCO输出的信号存在相位差的时候，通过鉴相器1，也就是一个异或门输出给低通滤波器，由于鉴相器输出的是方波，通过滤波器之后将信息更好地输入到VCO中。

四.面包板验证

这个芯片的VCO和鉴相器是可以单独引出使用的，我在测试的时候想先验证一下VCO是否能按照我想要的方式去工作。使用一个电位器创造出了一个可以调整的电压，用来控制VCO，接上示波器观察VCO输出应该是随着输入电压变化而变化的。

我第一次测试的时候忘记给5号引脚接地，示波器波形是这样的。后来检查了半天才发现是5号引脚没有接地导致的，接地之后便能正常工作。所以我们平时一定要仔细哇。

发现VCO工作状态和我想象的结果是一样的之后，使用鉴相器1，输入信号进入之后通过一个简单的低通滤波器直接进入到VCO IN。VCO输出不分频，直接连接到鉴相器1当中。构成整个电路，最后能够成功生成一个和输入信号稳定同频显示的波形。测试波形如下：

可以看到这个时候示波器仍然正在触发的状态，并没有暂停。波形都可以稳定显示，没有失真。其中C1是VCO输出的方波，C2是鉴相器1也就是异或门的输出，C3是我们输入的需要锁定的方波，C4是低通滤波器输出的波形。测试功能正常。

最后补一张测试时候的全家福用作结尾。

五.总结

这里是我个人在使用CD4046锁相环芯片的一些心路历程，仅作经验分享给大家参考，其中大部分都是我个人自己的理解，如果有错误的地方还请大佬批评指正，希望大家和谐讨论，我们一起共同进步。