實(shí)驗(yàn)5數(shù)字鎖相環(huán)與位同步

1、實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步 1. 掌握數(shù)字鎖相環(huán)工作原理。 2. 掌握用數(shù)字環(huán)提取位同步信號(hào)的原理及對(duì)信息代碼的要求。3. 掌握位同步器的同步建立時(shí)間、同步保持時(shí)間、位同步信號(hào)同步抖動(dòng)等概念。 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察數(shù)字環(huán)的失鎖狀態(tài)、鎖定狀態(tài)。2. 觀察數(shù)字環(huán)鎖定狀態(tài)下位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)現(xiàn)象及相位抖動(dòng)大小與固有頻差、信息代碼的關(guān)系。3. 觀察數(shù)字環(huán)位同步器的同步保持時(shí)間與固有頻差之間的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 鎖相環(huán)是一個(gè)相位反饋控制系統(tǒng)，在數(shù)字鎖相環(huán)中，由于誤差控制信號(hào)是離散的數(shù)字信號(hào)，而不是模擬電壓，因而受控的輸出電壓的改變是離散的而不是連續(xù)的;此外，環(huán)路組成部件也全用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，故而這種

2、鎖相環(huán)就稱之為全數(shù)字鎖相環(huán)(簡(jiǎn)稱DPLL)。 數(shù)字鎖相環(huán)主要由相位參考提取電路、晶體振蕩器、分頻器、相位比較器、脈沖補(bǔ)抹門等組成。分頻器輸出的信號(hào)頻率與所需頻率十分接近，把它和從信號(hào)中提取的相位參考信號(hào)同時(shí)送入相位比較器，比較結(jié)果示出本地頻率高了時(shí)就通過(guò)補(bǔ)抹門抹掉一個(gè)輸入分頻器的脈沖，相當(dāng)于本地振蕩頻率降低；相反，若示出本地頻率低了時(shí)就在分頻器輸入端的兩個(gè)輸入脈沖間插入一個(gè)脈沖，相當(dāng)于本地振蕩頻率上升，從而達(dá)到同步。三、基本原理全數(shù)字鎖相環(huán)的基本工作過(guò)程如下：(1) 設(shè)輸入信號(hào) Ui(t) 和本振信號(hào)（數(shù)字壓控振蕩器輸出信號(hào)）Uo(t) 分別是正弦和余弦信號(hào)，他們?cè)跀?shù)字鑒相器內(nèi)進(jìn)行比較，數(shù)字鑒

3、相器的輸出是一個(gè)與兩者間的相位差成比例的電壓Ud(t)。(2) 數(shù)字環(huán)路濾波器除數(shù)字鑒相器輸出中的高頻分量，然后把輸出電壓Uc(t) 加到數(shù)字壓控振蕩器的輸入端，數(shù)字壓控振蕩器的本振信號(hào)頻率隨著輸入電壓的變化而變化。如果兩者頻率不一致，則數(shù)字鑒相器的輸出將產(chǎn)生低頻變化分量，并通過(guò)低通濾波器使DCO的頻率發(fā)生變化。只要環(huán)路設(shè)計(jì)恰當(dāng)，則這種變化將使本振信號(hào)Uo(t) 的頻率與數(shù)字鑒相器輸入信號(hào)Ui(t) 的頻率一致。(3)最后，如果本振信號(hào)的頻率和輸入信號(hào)的頻率完全一致，兩者的相位差將保持某一個(gè)恒定值，則數(shù)字鑒相器的輸出將是一個(gè)恒定直流電壓 （忽略高頻分量），數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出也是一個(gè)直流電壓，

4、DCO的頻率也將停止變化，這時(shí)，環(huán)路處于“鎖定狀態(tài)”。 據(jù)通信雙方的計(jì)算機(jī)在時(shí)鐘頻率上存在差異，而這種差異將導(dǎo)致不同的計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘周期的微小誤差。盡管這種差異是微小的，但在大量的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，這種微小誤差的積累足以造成傳輸?shù)腻e(cuò)誤。因此，在數(shù)據(jù)通信中，首先要解決的是收發(fā)雙方計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率的一致性問(wèn)題。一般方法是，要求接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率，來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)鐘頻率，這個(gè)過(guò)程叫位同步?？梢姡煌降哪康氖鞘菇邮斩私邮盏拿恳晃恍畔⒍寂c發(fā)送端保持同步。目前實(shí)現(xiàn)位同步的方法主要有外同步法和自同步法兩種： 1、外同步法。外同步的方法是，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前先發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)，

5、接收方用這一同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率，以此來(lái)達(dá)到收發(fā)雙方位同步的目的； 2、自同步法。接收方利用包含有同步信號(hào)的特殊編碼（如曼徹斯特編碼）從信號(hào)自身提取同步信號(hào)來(lái)鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率，達(dá)到同步目的。本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元和位同步單元。 1、熟悉位同步單元工作原理。將數(shù)字信源單元的NRZ-OUT用信號(hào)連線連接到位同步單元的S-IN點(diǎn)，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。調(diào)整信源模塊的K1、K2、K3開關(guān)，使NRZ-OUT的連“0”和連“1”個(gè)數(shù)較少。 2、觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。將示波器的兩個(gè)探頭分別接數(shù)字信源單元的NRZ-OUT和位同步單元的BS-OUT，調(diào)節(jié)位同步單元上的可變電容C2，觀察數(shù)字

6、環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。鎖定時(shí)BS-OUT信號(hào)上升沿位于NRZ-OUT信號(hào)的碼元中間且在很小范圍內(nèi)抖動(dòng)；失鎖時(shí)，BS-OUT的相位抖動(dòng)很大，可能超出一個(gè)碼元寬度范圍，變得模糊混亂。四、實(shí)驗(yàn)步驟 3、觀察位同步信號(hào)抖動(dòng)范圍與位同步器輸入信號(hào)連“1”或連“0”個(gè)數(shù)的關(guān)系。調(diào)節(jié)可變電容使環(huán)路鎖定且BS-OUT信號(hào)相位抖動(dòng)范圍最小（即固有頻差最小），增大NRZ-OUT信號(hào)的連“0”或連“1”個(gè)數(shù)，觀察BS-OUT信號(hào)的相位抖動(dòng)變化情況。 4、觀察位同步器的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號(hào)相位抖動(dòng)大小及同步保持時(shí)間與環(huán)路固有頻差的關(guān)系。 先使BS-OUT信號(hào)的相位抖動(dòng)最小，按一下復(fù)位鍵，觀察NRZ-OUT與BS-OUT信號(hào)的之間的相位關(guān)系變化快慢情況，再按一下復(fù)位鍵，觀察快速捕捉現(xiàn)象（位同步信號(hào)BS-OUT的相位一步調(diào)整到位）。再微調(diào)位同步單元的可變電容C2（即增大固有頻差）當(dāng)BS-OUT相位抖動(dòng)增大時(shí)按一下復(fù)位鍵，觀察NR