鎖相環(huán)解調(diào)資料

1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計課 程咼頻電子線路題目鎖相環(huán)解調(diào)的設(shè)計院系電子科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師2013年3月1日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程咼頻電子線路題目 鎖相解調(diào)電路的設(shè)計專業(yè) 電子信息工程姓名學(xué)號主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等1主要內(nèi)容本題目為集成鎖相環(huán)路應(yīng)用設(shè)計之一，即利用鎖相環(huán)路設(shè)計已調(diào)信號的解調(diào)電路。通過本次電路設(shè)計，學(xué)習(xí)鎖相環(huán)路的基本原理，掌握利用集成鎖相環(huán)路實現(xiàn)調(diào) 頻解調(diào)電路及調(diào)幅解調(diào)電路的設(shè)計原理及過程。加深對高頻電子線路課程理論知識 的理解，提高電路設(shè)計及電子實踐能力。2、基本要求(1) 利用集成鎖相環(huán)路設(shè)計調(diào)頻(FM )信號的解調(diào)電路，并分析工作原理；

2、 利用集成鎖相環(huán)路設(shè)計調(diào)幅(AM、DSB)信號的解調(diào)電路，并分析工作原理；(3)給出設(shè)計電路圖。3、主要參考資料1 陽昌漢高頻電子線路哈爾濱：高等教育出版社，2006.2 吳運昌.模擬集成電路原理與應(yīng)用.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000.3 謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.4 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2002.完成期限 2月25日-3月1日指導(dǎo)教師專業(yè)負責(zé)人2013 年 2 月 22 日東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）一、電路基本原理1. 工作原理（1）鎖相環(huán)的工作原理： .壓控振蕩器的輸出經(jīng)過采集并分頻； 和基準信號同時

3、輸入鑒相器； .鑒相器通過比較上述兩個信號的相位差（注 顧名思義為相位差，非頻率 差），然后輸出一個直流脈沖電壓； .控制vco使它的頻率改變； .這樣經(jīng)過一個很短的時間，VCO的輸出就會穩(wěn)定于某一期望值。鎖相環(huán)可用來實現(xiàn)輸出和輸入兩個信號之間的相位差同步。當沒有基準（參考）輸入信號時，環(huán)路濾波器的輸出為零（或為某一固定值）。這時，壓控振蕩器按其 固有頻率fv進行自由振蕩。當有頻率為fR的參考信號輸入時，uR和uv同時加到 鑒相器進行鑒相。如果fR和fv相差不大，鑒相器對uR和uv進行鑒相的結(jié)果，輸 出一個與uR和uv的相位差成正比的誤差電壓 ud，再經(jīng)過環(huán)路濾波器濾去ud中的 高頻成分，輸出

4、一個控制電壓 uc，uc將使壓控振蕩器的頻率fv （和相位）發(fā)生變 化，朝著參考輸入信號的頻率靠攏，最后使 fv= fR，環(huán)路鎖定。環(huán)路一旦進入鎖定 狀態(tài)后，壓控振蕩器的輸出信號與環(huán)路的輸入信號（參考信號）之間只有一個固定 的穩(wěn)態(tài)相位差，而沒有頻差存在。這時我們就稱環(huán)路已被鎖定。環(huán)路的鎖定狀態(tài)是對輸入信號的頻率和相位不變而言的，若環(huán)路輸入的是頻率和相位不斷變化的信號，而且環(huán)路能使壓控振蕩器的頻率和相位不斷地跟蹤輸入信 號的頻率和相位變化，則這時環(huán)路所處的狀態(tài)稱為跟蹤狀態(tài)。鎖相環(huán)路在鎖定后，不僅能使輸出信號頻率與輸入信號頻率嚴格相位差同步， 而且還具有頻率跟蹤特性，所以它在電子技術(shù)的各個領(lǐng)域中都

5、有著廣泛的應(yīng)用。頻率就是振蕩的快慢，相位就是出現(xiàn)的遲早建議學(xué)習(xí)三角函數(shù)以及簡諧震動，里面有講頻率跟相位。這些都學(xué)過，可是還是不明白。 兩個正弦波如果頻率不同是不是相位一定不同？我覺得如果要比較兩個波形的相 位，前提應(yīng)該是兩個波的頻率要相同才行，但又不對，因為鑒相器的兩個輸入頻率 是不同的。所以我現(xiàn)在很糊涂。如果頻率不同的話，相位差時刻都是變化的。鎖相 環(huán)穩(wěn)定后，鑒相器兩個輸入頻率是相同的，相位差保持恒定。以正弦函數(shù)為例F（t） = sin（2 n ft + a ） : f就是頻率；2 n ft + a就是相位；a是t = 0時 的相位，即初相位。頻率不同就無從談相差了re頻率和相位是周期園函數(shù)

6、的兩個獨立參數(shù)，想像一下兩個人圍著一個圓形場地跑步，離起跑點的圓弧距離是運動位 置與起跑點所夾圓心角的函數(shù)，這個夾角就是相位，而一定時間所跑圈數(shù)是頻率， 如果兩人速度相同（即頻率相同），則兩人之間的距離是始終不變的，也就是相位 差是一定的，這個相位差大小取決于后跑者比先跑者延后起跑的時間。如果兩人速 度不一樣，則之間距離（相位差）不斷變化。所以頻率不同，相位差不固定。鑒相 器不管頻率只比較相位，只要相位變化，就給信號給控制器對頻率加以控制，使其 二者頻率一致?！癋（t） = sin（2 n ft + a ） : f 就是頻率；2 n ft + a 就是相位；a 是 t = 0 時的相位，即初相

7、位。”鎖相環(huán)的工作原理，表面看是用鑒相器的輸出控制 VCO的頻率，但實際是通過 瞬時頻率的積分達到相位控制，最終使反饋到鑒相器的瞬時相位與輸入的瞬時相位 之差趨于零（2）解調(diào)的工作原理鎖相環(huán)路的輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘栴l率的變化，環(huán)路鎖定后輸入?yún)⒖夹盘柡洼敵鰠⒖夹盘栔g的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益被控 制在所需數(shù)值范圍內(nèi)這種輸出信號頻率隨輸入?yún)⒖夹盘栴l率變化的特性稱為鎖相 環(huán)的跟蹤特性.利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)。為了實 現(xiàn)信息的遠距離傳輸，收信端接收到信號后必須進行解調(diào)才能恢復(fù)原信號。所謂的 解調(diào)就是用攜帶信息的輸出信號 uo來還原載波信號ui的參

8、數(shù)，載波信號的參數(shù)有 幅度、頻率和位相，所以，解調(diào)有調(diào)幅（AM、調(diào)頻（FM和調(diào)相（PM三種。調(diào) 幅波的特點是頻率與載波信號的頻率相等，幅度隨輸入信號幅度的變化而變化；調(diào) 頻波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，頻率隨輸入信號幅度的變化而變化；調(diào) 相波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，相位隨輸入信號幅度的變化而變化。調(diào) 頻波（經(jīng)過放大器放大后）與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器，經(jīng)鑒相獲得變化著 的相位誤差電壓，該誤差電壓通過低通濾波器被濾掉其高頻成份，繼而獲得隨調(diào)制 信號頻率變化而變化的信號，經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號，從而實現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過 程。2、設(shè)計框圖圖1-1-1設(shè)計框架、設(shè)計方案1、總體設(shè)計電

9、路調(diào)頻波輸出載圖2-1-1鎖相環(huán)解調(diào)電路原理框圖（1）鎖相環(huán)調(diào)頻原理3東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）#東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）將調(diào)制信號加到壓控振蕩器（VCO的控制端，使壓控振蕩器的輸出頻率（在自 振頻率（中心頻率）f 0上下）隨調(diào)制信號的變化而變化，于是生成了調(diào)頻波。當載波頻率與自由振蕩頻率相近時， 載波頻率與壓控振蕩器的振蕩頻率鎖定。 低 通濾波器只保證壓控振蕩中心振蕩頻率與載波頻率鎖定時所產(chǎn)生的相位誤差電壓通 過，該電壓與調(diào)制信號同經(jīng)加法器，用以控制壓控振蕩器的頻率，從而獲得與載波頻 率具有同樣頻率穩(wěn)定度的調(diào)頻波。（2）鎖相環(huán)解調(diào)原理圖2-1-2鎖相環(huán)解調(diào)電路原理框圖調(diào)頻波

10、（經(jīng)過放大器放大后）與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器，經(jīng)鑒相獲得變 化著的相位誤差電壓，該誤差電壓通過低通濾波器被濾掉其高頻成份，繼而獲得隨調(diào)制信號頻率變化而變化的信號，經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號，從而實現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過 程。（2）總體電路設(shè)計#東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）4東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）圖2-1-3鎖相環(huán)解調(diào)電路原理圖2.元件參數(shù)此次課程設(shè)計主要是用 CD4046芯片來實現(xiàn)用鎖相環(huán)調(diào)頻調(diào)相解調(diào)的，CD4046 是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，其特點是電源電壓范圍寬（為 3V - 18V），輸入 阻抗高（約100血）,動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600W

11、，屬 微功耗器件。鎖相環(huán)（4046）的結(jié)構(gòu)框圖及引出端功能圖示Hh LT圖2-2-1 CD4046 結(jié)構(gòu)框圖PHASE FWIJE& 丄COMP I OUT COMMRATORIfl)VCOOLT b1h Vno15ZEKEHSIGNALSEi EMaOULATOR OUTVCO UN圖2-2-2CD4046引腳圖5東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）鎖相芯片CD4046特點1. 電源電壓范圍寬（為3V 18V）;2. 輸入阻抗高（約100MQ）;3. 動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600卩W屬微功耗器件 各引腳功能如下：1腳相位輸出端，環(huán)路人鎖時為高電平，環(huán)路失鎖時為

12、低電平。2腳相位比較器I的輸出端。3腳比較信號輸入端。4腳壓控振蕩器輸出端。5腳禁止端，高電平時禁止，低電平時允許壓控振蕩器工作。& 7腳外接振蕩電容。8、16腳電源的負端和正端。9腳壓控振蕩器的控制端。10腳解調(diào)輸出端，用于FM解調(diào)。11、12腳外接振蕩電阻。13腳相位比較器U的輸出端。14腳信號輸入端。15腳內(nèi)部獨立的齊納穩(wěn)壓管負極。三、電路調(diào)試與仿真分析用雙蹤示波器觀察波形時要注意波形的鎖定，通常是用低頻信號作為觸發(fā)信號這樣更容易觀測到波形本次試驗的結(jié)果如下圖所示:解調(diào)信號實驗結(jié)果圖圖3-1四、總結(jié)及體會通過做此次課程設(shè)計，并我學(xué)習(xí)了 CD4046這種芯片的用途，我了解鎖相環(huán)電路

13、 原理是什么，知道了鎖相的意義是相位同步的自動控制，能夠完成兩個電信號相位 同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)（phase-locked loop）,簡稱PLL=鎖相環(huán)廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。鎖 相環(huán)由鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成。鑒相器用來鑒別輸入信號Ui與輸出信號Uo之間的相位差，并輸出誤差電壓 Udo Ud中的噪聲和干擾成分被低通性 質(zhì)的環(huán)路濾波器濾除，形成壓控振蕩器（VCO）的控制電壓Uc。Uc作用于壓控振 蕩器的結(jié)果是把它的輸出振蕩頻率fo拉向環(huán)路輸入信號頻率fi ,當二者相等時， 環(huán)路被鎖定，稱為入鎖。維持鎖定的直流控制電壓由鑒相器提供，因此

14、鑒相器的 兩個輸入信號間留有一定的相位差。本實驗是基于鎖相環(huán)CD4046勺解調(diào)系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有解調(diào)性能好，載頻穩(wěn)定度 高的優(yōu)點。并且該解調(diào)系統(tǒng)不需要更改電路結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)自由震蕩、壓控振蕩、 鎖相解調(diào)的功能。8東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計（報告）參考資料1陽昌漢.2 吳運昌.3 謝自美.4 高吉祥.2000.2000.2002.高頻電子線路哈爾濱：高等教育出版社，2006.模擬集成電路原理與應(yīng)用.廣州：華南理工大學(xué)出版社， 電子線路設(shè)計實驗測試.武漢：華中科技大學(xué)出版社, 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，9東北石油大學(xué)課程設(shè)計成績評價表課程名稱高頻電子線路題目名稱鎖相環(huán)解調(diào)的設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教學(xué)號師姓名職稱