鎖相技術(shù)課件

鎖相技術(shù)課件第一頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.調(diào)制跟蹤特性選擇合適的環(huán)路參數(shù)，使有合適的帶寬，滿足時，輸出信號是輸入信號的復(fù)制品。應(yīng)用：角度調(diào)制信號的調(diào)制器和解調(diào)器。3.低門限特性鎖相環(huán)路能在低輸入信噪比條件下工作，即具有低門限的特性。應(yīng)用：①提取淹沒在噪聲中的信號。②對角度調(diào)制解調(diào)時，可以擴展門限。③對數(shù)字信號解調(diào)時，可以降低誤碼率。本章內(nèi)容：典型的鎖相環(huán)路的應(yīng)用第二頁，共六十五頁，2022年，8月28日§6.1跟蹤濾波器概念：跟蹤濾波器的中心頻率自動的跟蹤輸入信號載波頻率的變化，但相對帶寬不變。鎖相環(huán)路可以實現(xiàn)跟蹤濾波當(dāng)時，是的復(fù)制品。當(dāng)時，是提純的載波，但有的相差。VCO輸出的信號就是經(jīng)過濾波后的輸入信號第三頁，共六十五頁，2022年，8月28日一、跟蹤特性的測量跟蹤特性：環(huán)路和瞬時頻率的變化關(guān)系。是線性掃頻信號，它正比于輸入信號的頻率。正比于VCO的頻率。第四頁，共六十五頁，2022年，8月28日鎖相環(huán)路的跟蹤特性：失鎖點鎖定點鎖定點失鎖點捕獲帶：同步帶：第五頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、頻率特性環(huán)路閉環(huán)頻率響應(yīng)為：閉環(huán)振幅頻率響應(yīng)具有低通特性，它對于跟蹤時，的上限頻率做出了限制。即：

環(huán)路閉環(huán)振幅頻率響應(yīng)第六頁，共六十五頁，2022年，8月28日鎖相環(huán)路對輸入高頻信號的帶通特性是由環(huán)路頻率響應(yīng)的低通特性所決定的。設(shè)輸入信號被正弦音頻信號調(diào)頻，則輸入瞬時頻率為：載頻Δω為峰值頻偏當(dāng)時，，所以實際是疊加到上的。做出的關(guān)系圖，就是環(huán)路對輸入信號瞬時頻率的振幅頻率響應(yīng)：第七頁，共六十五頁，2022年，8月28日①具有帶通濾波特性。帶寬為。-3dB點②由于鎖相環(huán)的跟蹤性能，其中心頻率可以跟蹤輸入信號的載頻，所以理論上的跟蹤帶寬為。實際可用的跟蹤范圍為：第八頁，共六十五頁，2022年，8月28日§6.2調(diào)制器與解調(diào)器鎖相環(huán)路可以做任何調(diào)制方式的調(diào)制器和解調(diào)器

1.調(diào)幅信號

一、調(diào)幅信號的調(diào)制與解調(diào)未調(diào)載波：調(diào)制信號：幅度歸一化調(diào)幅已調(diào)波：為調(diào)幅指數(shù)載波下邊帶上邊帶第九頁，共六十五頁，2022年，8月28日帶載波的雙邊帶調(diào)幅DSB-AM單邊帶調(diào)幅SSB-AM殘留邊帶調(diào)幅VSB-AM抑制載波的雙邊帶調(diào)幅實現(xiàn)方案：第十頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.調(diào)制器---用鎖相環(huán)產(chǎn)生調(diào)幅信號VCO產(chǎn)生載波，不受的控制。PD僅作為乘法器，實現(xiàn)。若，輸出DSB-AMA=0，輸出抑制載波的DSB（平衡調(diào)幅波）LF不工作。用鎖相環(huán)實現(xiàn)調(diào)幅時，選擇VCO有正弦波輸出的集成鎖相環(huán)以滿足通信系統(tǒng)的要求。第十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日電路實現(xiàn)：XR-2206構(gòu)成的AM調(diào)制器調(diào)整正弦波的失真度調(diào)整的直流成分載波頻率調(diào)整第十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日解調(diào)原理：利用同步檢波器實現(xiàn)3.解調(diào)器---用鎖相環(huán)實現(xiàn)調(diào)幅信號解調(diào)LPF調(diào)制信號成分載波的二次諧波經(jīng)LPF后輸出調(diào)制信號第十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日AM信號的PLL同步解調(diào)原理第十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日AM信號PLL同步解調(diào)電路實現(xiàn)（NE561）90度移相第十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日90°移相網(wǎng)絡(luò)LFVCO頻率調(diào)整第十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、模擬調(diào)頻和調(diào)相信號的調(diào)制與解調(diào)1.調(diào)頻與調(diào)相信號調(diào)制信號：未調(diào)載波：調(diào)頻波：峰值頻偏瞬時頻率正比于調(diào)制信號調(diào)相波：峰值相偏瞬時相位正比于調(diào)制信號第十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日調(diào)頻波和調(diào)相波之間的轉(zhuǎn)換：調(diào)頻波的瞬時角頻率：調(diào)頻波的瞬時相位：調(diào)頻波：上式是對的調(diào)頻波，也可以看作是對的調(diào)相波。FM與PM的轉(zhuǎn)換調(diào)頻器輸出信號是對的調(diào)相波第十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日調(diào)制信號經(jīng)微分后得：VCO的瞬時相位為：調(diào)相波控制VCO得到輸出瞬時角頻率為：常數(shù)令，則VCO輸出信號可表示為：第十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.調(diào)制器方法一：VCO直接用作FM調(diào)制器VCO缺點：VCO振蕩頻率的溫度漂移以及控制特性的非線性等因素，不能產(chǎn)生高質(zhì)量的FM信號。方法二：采用鎖相環(huán)路實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相第二十頁，共六十五頁，2022年，8月28日根據(jù)鎖相環(huán)線性相位模型可得：是VCO的輸出角頻率相對于的頻偏，由于具有高通特性，只要在的通帶之內(nèi)，輸出信號頻偏正比于調(diào)制信號的幅度。----調(diào)頻波調(diào)相波：對調(diào)制信號先微分再調(diào)頻輸出信號相位正比于調(diào)制信號的幅度。----調(diào)相波第二十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日3.解調(diào)器調(diào)制信號：第二十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日電路實現(xiàn)：5G4046實現(xiàn)FM解調(diào)電路確定振蕩頻率和FM載頻一致第二十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日NE562實現(xiàn)FM解調(diào)器電路第二十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日三、數(shù)字調(diào)頻和調(diào)相信號的調(diào)制與解調(diào)1.移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）第二十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.FSK調(diào)制器的電路實現(xiàn)（XR-215）PD、LF不使用VCO頻率設(shè)定FSK輸出第二十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日3.FSK解調(diào)器的電路實現(xiàn)方法一：PLL始終對輸入信號的頻率鎖定或跟蹤XR-215的FSK解調(diào)電路FSK輸入輸出整形第二十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日NE565的FSK解調(diào)電路三級LPF電壓比較器整形第二十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日方法二：PLL對FSK信號中的一個頻率鎖定，而對另一個頻率則是失鎖的。利用鎖定指示端獲得解調(diào)信號。NE567方框圖FSK輸入鎖定指示第二十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日NE567電話撥號音解碼電路實現(xiàn)第三十頁，共六十五頁，2022年，8月28日§6.3頻率合成一、概述1.概念

頻率合成器是將一個高精確度和高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)參考頻率，經(jīng)過混頻、倍頻與分頻等對它進行加、減、乘、除的四則運算，最終產(chǎn)生大量的具有同樣精確度和穩(wěn)定度的頻率源。2.應(yīng)用頻率合成器在雷達、通信、遙控遙測、電視廣播和電子測量儀器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。第三十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日3.頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)①頻率范圍：頻率合成器的工作頻率范圍。不同的用途有不同的頻率范圍。②頻率間隔：頻率合成器輸出的相鄰兩個頻率之間的最小間隔。又稱頻率分辨率。③頻率轉(zhuǎn)換時間：頻率合成器輸出頻率轉(zhuǎn)換后，達到穩(wěn)定工作所需的時間。它和采用的的方法有關(guān)。④頻率穩(wěn)定度：在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，頻率合成器輸出頻率偏離規(guī)定值的量。和之間的關(guān)系：工程上可用的經(jīng)驗公式第三十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日4.頻率合成的方法①直接頻率合成：利用混頻器、倍頻器、分頻器和帶通濾波器來完成對頻率的四則運算。雙混頻—分頻模塊：其中：優(yōu)缺點：頻率轉(zhuǎn)換速度快，但體積大，成本高，輸出信號中有寄生頻率。第三十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日鎖相頻率合成的基本框圖②.間接頻率合成----應(yīng)用鎖相環(huán)實現(xiàn)頻率合成環(huán)路鎖定后：參考基準(zhǔn)頻率，一般由晶體振蕩器構(gòu)成?？删幊谭诸l器，N為分頻次數(shù)。

和有相同的頻率穩(wěn)定度。由于N是可編程的，不同的分頻次數(shù)就有不同的頻率輸出，而且相鄰的兩個頻率之間的頻率增量為。比較頻率第三十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日③.直接數(shù)字頻率合成計算機或微處理器根據(jù)某種算法或通過查表獲得所需波形各點的值，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出波形。計算機/微處理器D/A第三十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、變模分頻合成器1.前置分頻PLL頻率合成器環(huán)路鎖定后：問題：①增加前置分頻器，解決了輸出頻率高于程序分頻器的工作頻率的問題，提高了輸出頻率范圍。第三十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日解決的辦法：不改變頻率分辨率，同時提高輸出頻率范圍，采用“變模分頻器”。②輸出頻率增量為，頻率分辨率降低了。③如果保持原有的頻率分辨率，需要使參考頻率降低為，同時又使得增長了V倍。第三十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.雙模分頻PLL頻率合成器模式控制=HV+1模式控制=LV是減法計數(shù)的可編程分頻器，且第三十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日工作原理：①當(dāng)都未計數(shù)到零時，模式控制為“H”，變模分頻器的分頻比為（V+1），其輸出為。②當(dāng)計數(shù)到零時，通過與門使停止工作，同時模式控制為“L”，變模分頻器的分頻比為V，其輸出為。此時總共計數(shù)了個周期。③經(jīng)過次計數(shù)后，計數(shù)器為零，此時又計數(shù)了個周期?？偡诸l比：第三十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日環(huán)路鎖定時：例：頻率分辨率為②頻率合成器的頻率分辨率為，轉(zhuǎn)換時間不受影響?？偨Y(jié)：①采用雙模分頻器，使可編程分頻器的工作頻率降低為或。為頻率粗調(diào)，為頻率細調(diào)。第四十頁，共六十五頁，2022年，8月28日3.下變頻PLL頻率合成器標(biāo)準(zhǔn)參考頻率環(huán)路鎖定時：采用混頻器，使可編程分頻器的工作頻率降低為。第四十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日調(diào)諧時，只需改變N，就可以搜索到頻段內(nèi)所有的電臺信號。實例：調(diào)頻收音機中本振信號的產(chǎn)生FM波段：88----108MHZ；中頻頻率：10.7MHZ；頻段內(nèi)各電臺載頻之間的間隔。要求采用下變頻PLL頻率合成器產(chǎn)生本振信號，且混頻頻率為90MHZ。合成器需產(chǎn)生的信號頻率范圍。第四十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日三、多環(huán)頻率合成器1.后置分頻器的PLL頻率合成器合成器有較高的頻率分辨率，參考頻率也高，轉(zhuǎn)換時間小。問題：輸出頻率低于環(huán)路的工作頻率，有時難以實現(xiàn)。第四十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.三環(huán)鎖相頻率合成器A環(huán)低位環(huán)B環(huán)高位環(huán)C環(huán)相加環(huán)參考頻率第四十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日工作原理分析：A環(huán)：B環(huán)：C環(huán)：討論：①頻率分辨率：A環(huán)1K（細調(diào)）,B環(huán)100K（粗調(diào)）。②頻率轉(zhuǎn)換時間：③實現(xiàn)了高分辨率，高參考頻率，轉(zhuǎn)換時間不變。第四十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日四、小數(shù)分頻頻率合成器分頻原理：利用整數(shù)分頻器實現(xiàn)小數(shù)分頻若：N=10.5對輸入頻率進行10分頻和11分頻交替進行，其結(jié)果相當(dāng)于10.5分頻。推廣：10次分頻中進行7次5分頻，3次6分頻。100次分頻中進行65次27分頻，35次28分頻。第四十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日五、頻率合成器實例例1.用MC145106構(gòu)成的單環(huán)鎖相頻率合成器（民用電臺）設(shè)計要求：①電臺為同頻單工工作方式②各信道之間的頻率間隔為5KHZ③電臺發(fā)射狀態(tài)產(chǎn)生主振載波，26.965--27.405MHZ。④電臺接收狀態(tài)產(chǎn)生第一本機振蕩信號和第二本機振蕩信號。混頻1混頻2第一中頻10.695MHZ第二中頻455KHZ26.965—27.405MHZ混頻1、2采用低本振方式第四十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日電路實現(xiàn)：（MC145106）①頻率分辨率：②頻率合成器的發(fā)射和接收狀態(tài)由R/T端控制，對應(yīng)不同的分頻系數(shù)。第四十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日④發(fā)射狀態(tài)：③鎖定時：⑤接收狀態(tài)：（參考頻率直接得到）由和合成器輸出頻率混頻后獲得，此時環(huán)路的工作頻率和發(fā)射狀態(tài)不同。第四十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日例2.MC145106構(gòu)成的VHF調(diào)頻電臺（雙環(huán)）第五十頁，共六十五頁，2022年，8月28日§6.4載波同步概念：在相干解調(diào)中，接收端需提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個相干載波的提取稱為載波提取或載波同步。獲得相干載波的方法：①導(dǎo)頻法：發(fā)送端在發(fā)送信號時，在適當(dāng)位置插入一個載波信號。接收端可用普通濾波器或窄帶鎖相環(huán)提取載波。②直接法：接收端直接從已調(diào)波中提取相干載波。已調(diào)波中有載波頻譜成分，用普通鎖相環(huán)提取。已調(diào)波中沒有載波頻譜成分，用特殊鎖相環(huán)提取。第五十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日一、平方環(huán)設(shè)已調(diào)信號為：

若中沒有直流分量，則就是抑制載波的DSB-AM或PSK信號，其中沒有載波頻譜成分。解決辦法：是2PSK信號若：成分可以用鎖相環(huán)提取其中的成分，分頻后得到

第五十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日

實現(xiàn)方案：輸入、輸出信號的瞬時相位動態(tài)方程第五十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、同相—正交環(huán)（Costas環(huán)）第五十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日輸入信號：VCO輸出信號：正交支路同相支路正交支路：LPF同相支路：LPF第五十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日同相-正交環(huán)和平方環(huán)的比較：①誤差電壓和平方環(huán)一樣，只是有差別，因此，平方環(huán)的動態(tài)方程及相位模型完全適應(yīng)同相-正交環(huán)。②同相-正交環(huán)中的相乘器、LPF和平方環(huán)中的平方器、帶通濾波器的作用可以等效。③同相-正交環(huán)的工作頻率是載波頻率，平方環(huán)的工作頻率是。第五十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日§6.5位同步1.概念：在通信系統(tǒng)的接收端產(chǎn)生與接收到的碼元重復(fù)頻率和相位一致的定時脈沖序列的過程稱為碼元同步或位同步。位同步脈沖用來確定接收端每個碼元的起止時刻。例：接收碼元位同步脈沖序列10102.產(chǎn)生位同步脈沖的方法①外同步法（插入導(dǎo)頻法）：數(shù)字信號+位同步信號②自同步法：從傳送的數(shù)字信號中提取位同步信號第五十七頁，共