最後更新:2026年10月8日設計・架構設計・架構中國大陸:PLL(锁相环)

PLL(鎖相迴路)是什麼

Phase-Locked Loop (PLL)

PLL(鎖相迴路)是產生與參考訊號相位一致之訊號的電路,可從數十MHz的石英參考時脈產生數GHz的時脈。由相位比較器・電荷幫浦・迴路濾波器・VCO・除頻器構成回授,用於CPU與SoC的時脈、無線通訊的頻率合成器,以及SerDes的時脈回復。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

PLL(Phase-Locked Loop,鎖相迴路)是產生與輸入參考訊號相位一致(同步)之訊號的電路。能以石英振盪器等輸出的數十MHz穩定參考時脈為基礎,產生其數十倍的數GHz時脈,是CPU與SoC的運作時脈、通訊時脈,以及無線頻率產生不可或缺的類比與數位混合電路。

基本構成有相位比較器(相位頻率偵測器,PFD)、電荷幫浦、迴路濾波器、壓控振盪器(VCO)、除頻器5個部分。將VCO輸出經除頻器除以1/N後的訊號與參考訊號比較相位,再以迴路濾波器將對應偏差的電壓平滑化後回饋給VCO。透過這種回授,除頻後訊號的相位會維持與參考一致的狀態(鎖定),VCO的輸出即為參考頻率的N倍。除頻比不僅可為整數、也可為小數的分數N型(fractional-N)PLL,用於需要精細頻率設定的無線頻率合成器。

PLL的性能以輸出時脈的抖動(jitter,頻域中稱為相位雜訊)、鎖定所需時間、功耗、佔用面積等評估。抖動會直接影響CPU運作頻率的餘裕與高速通訊的錯誤率。在高速串列通訊(SerDes)的接收端,從接收資料本身取出時脈的時脈資料回復(CDR)也使用PLL技術。在先進製程中,將類比部分以數位電路取代的全數位PLL(ADPLL)也被廣泛使用。

PLL(鎖相迴路)的常見問題

PLL為什麼能將頻率倍增?
因為將振盪器(VCO)的輸出以除頻器除以1/N後與參考訊號比較相位,並控制VCO使兩者一致。當除頻後的訊號與參考達到相同頻率時便會穩定下來,因此VCO的輸出正好是參考頻率的N倍。
PLL的抖動是什麼?
指PLL輸出時脈上升時機的細微波動,從頻率面看則稱為相位雜訊。抖動大時,CPU的時序餘裕會減少,高速通訊的資料錯誤率會上升,因此是PLL最重要的性能指標之一。

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