《高頻電子技術(shù)與應(yīng)用》課件第8章

8.1概述8.2自動(dòng)增益控制(AGC)電路8.3自動(dòng)頻率控制(AFC)電路8.4鎖相環(huán)路(PLL)8.5利用PLL完成無線數(shù)字廣播小結(jié)習(xí)題本章要點(diǎn)

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·自動(dòng)增益控制(AGC)電路

·自動(dòng)頻率控制(AFC)電路

·鎖相環(huán)路(PLL)電路

本章難點(diǎn)

·自動(dòng)增益控制(AGC)電路原理分析

·自動(dòng)頻率控制(AFC)電路原理分析

·利用PLL完成無線數(shù)字廣播8.1概述

在電子電路中，為提高系統(tǒng)的性能，廣泛采用具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用的控制電路，如自動(dòng)增益控制(AGC)電路、自動(dòng)頻率控制(AFC)電路和自動(dòng)相位控制(APC)電路。在具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用的控制電路中，最常用反饋控制電路，其電路組成如圖8-1所示。其中Xi為系統(tǒng)的輸入量，也就是反饋控制電路的比較標(biāo)準(zhǔn)量；Xo為系統(tǒng)輸出量。根據(jù)工作的實(shí)際需要，每個(gè)反饋控制電路的Xi和Xo之間都具有確定的關(guān)系，例如滿足Xi＝g(Xo)。系統(tǒng)在工作過程中，這一關(guān)系一旦受到破壞，反饋控制電路能夠檢測出輸出量與輸入量的偏離程度，并產(chǎn)生相應(yīng)的誤差量Xe控制被控對(duì)象對(duì)輸出量Xo進(jìn)行調(diào)整，使輸出量與輸入量之間的關(guān)系接近或恢復(fù)到預(yù)定的關(guān)系Xi＝g(Xo)。圖8-1反饋控制電路的組成框圖

自動(dòng)增益控制(AutomaticGainControl，AGC)電路是一種反饋控制電路，是接收機(jī)的重要輔助電路，需要比較和調(diào)節(jié)的參量為電流和電壓，用來控制輸出信號(hào)的幅度。8.2自動(dòng)增益控制(AGC)電路

8.2.1AGC電路的作用與組成

1.AGC電路的作用接收機(jī)工作時(shí)，其輸入信號(hào)取決于輸入信號(hào)和接收機(jī)的增益。而接收機(jī)的輸入信號(hào)由于發(fā)射臺(tái)功率的大小，接收機(jī)與發(fā)射臺(tái)距離的遠(yuǎn)近，接收環(huán)境的迅速改變和電波在傳播過程中衰落等原因而強(qiáng)弱相差很大，例如從幾微伏到幾百毫伏，如果接收機(jī)的增益恒定不變，則輸出信號(hào)也相差很大。

若接收機(jī)的增益高，則弱信號(hào)時(shí)能夠正常接收，但強(qiáng)信號(hào)時(shí)將會(huì)使接收機(jī)造成信號(hào)阻塞，甚至損壞負(fù)載；若接收機(jī)的增益低，則強(qiáng)信號(hào)時(shí)能夠正常接收，而弱信號(hào)時(shí)卻接收不到。因此，為使接收機(jī)能夠正常工作，要求在弱信號(hào)接收時(shí)增益高，在強(qiáng)信號(hào)接收時(shí)增益低，必須增加自動(dòng)增益控制電路。AGC電路的作用是：當(dāng)輸入信號(hào)變化很大時(shí)，保持接收機(jī)的輸出信號(hào)基本穩(wěn)定(變化不大)。即當(dāng)輸入信號(hào)弱時(shí)，接收機(jī)增益高；而當(dāng)輸入信號(hào)強(qiáng)時(shí)，接收機(jī)增益低。

2.AGC電路的組成為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，必須產(chǎn)生一個(gè)隨輸入信號(hào)而自動(dòng)變化的AGC電壓，利用這個(gè)電壓去控制接收機(jī)某些級(jí)的增益，從而達(dá)到AGC的控制目的。圖8-2為具有AGC的調(diào)幅接收機(jī)的方框圖。圖8-2為具有AGC的調(diào)幅接收機(jī)的方框圖。

圖中，天線將接收到的信號(hào)經(jīng)高放、混頻、中放、檢波、前置放大和低功放，推動(dòng)揚(yáng)聲器工作。當(dāng)接收信號(hào)較弱時(shí)，高放AGC、中放AGC都不起作用，此時(shí)高放級(jí)、中放級(jí)增益最大，完成正常信號(hào)的接收、還原；當(dāng)接收信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，檢波器輸出信號(hào)幅度大，經(jīng)低通濾波器濾波，取出反映輸入信號(hào)大小的直流分量，即AGC電壓，去控制中放級(jí)的增益，不致于檢波輸出信號(hào)幅度過大；若接收信號(hào)幅度大到一定的數(shù)值，此時(shí)中放AGC已無法控制中放級(jí)的增益，延遲AGC開始起作用，進(jìn)而控制高放級(jí)的增益，使檢波器輸出信號(hào)幅度降低，從而保證接收機(jī)接收不同幅度的信號(hào)時(shí)，檢波器輸出信號(hào)基本不變。8.2.2AGC電壓的產(chǎn)生接收機(jī)的AGC電壓大都是利用它的中頻輸出信號(hào)經(jīng)檢波后產(chǎn)生的。按照AGC電壓產(chǎn)生的方法不同，有平均值式AGC電路、延遲式AGC電路等。

1.平均值式AGC電路平均值式AGC電路是利用檢波器輸出電壓中的平均直流分量作為AGC電壓的，如圖8-3所示為典型的平均值式AGC電路，常用于超外差收音機(jī)電路中。圖8-3平均值式AGC電路

圖中，由D、C1、C2、RL1、RL2構(gòu)成大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器。中頻信號(hào)ui(t)經(jīng)檢波后，在負(fù)載RL2兩端得到原調(diào)制信號(hào)和直流成分，其中一路經(jīng)Cc耦合送至低頻放大器，得到調(diào)制信號(hào)uΩ(t)(收音機(jī)中即為音頻信號(hào))。另一路經(jīng)Rp、Cp組成的低通濾波器，得到直流電壓UAGC，去控制中放級(jí)的增益。由于此電路中得到的UAGC為檢波輸出電壓中的平均值，因此稱之為平均值式AGC電路。

低通濾波器的Rp、Cp值要正確地選擇。若τ＝RpCp太小，則AGC電壓中還含有殘余的低頻調(diào)制信號(hào)分量，UAGC將隨外來信號(hào)的包絡(luò)變化，這樣會(huì)使放大器產(chǎn)生額外的反饋?zhàn)饔?，從而使調(diào)幅波受到反調(diào)制；若τ＝RpCp太大，則UAGC跟不上外來信號(hào)的變化，接收機(jī)的增益得不到及時(shí)的調(diào)整，失去應(yīng)有的AGC作用。一般選擇RpCp＝(5～10)/Ωmin。2.延遲式AGC電路

如圖8-4所示為電視機(jī)采用的峰值延遲式AGC控制框圖。圖8-4電視機(jī)AGC控制框圖

在電視接收機(jī)中，通常由聲表面波濾波器(SAWF)和IC內(nèi)的中放構(gòu)成集成寬帶放大器，中放通常由三級(jí)雙差分放大電路組成。AGC電路由AGC檢波和AGC放大電路組成。AGC檢波采用峰值A(chǔ)GC檢波電路，先將視頻信號(hào)中的同步脈沖切割出來加以放大，然后對(duì)同步脈沖進(jìn)行平均值檢波。

AGC檢出電壓按不同比例分送三級(jí)中放，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度，從第三級(jí)到第二級(jí)、第一級(jí)依次控制三級(jí)中放的增益。當(dāng)電視信號(hào)增強(qiáng)至中放增益已不能再減小時(shí)，高放AGC起控，去控制高頻調(diào)諧器內(nèi)高放級(jí)的增益。在電路中都設(shè)置調(diào)整高放AGC起控點(diǎn)的電路，從而準(zhǔn)確完成延遲式AGC控制。延遲AGC特性曲線如圖8-5所示。圖8-5延遲AGC特性曲線

當(dāng)接收信號(hào)電平較低(0~5μV之間)時(shí)，高放、中放AGC均不起作用，高放、中放的增益均為最大，總增益也最大；當(dāng)接收電平升到5μV時(shí)，中放AGC起控，隨接收電平上升，中放增益下降，且高放增益最大(不變)，總增益下降；當(dāng)接收電平升到5mV時(shí)，中放AGC控制不了，中放增益降至最小，此時(shí)高放AGC起控，隨接收電平上升，高放增益下降，總增益下降。

采用這種延遲AGC分段控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)中放和高放的增益，可以提高信噪比。例如，電視機(jī)接收強(qiáng)弱不同的電視信號(hào)時(shí)，采用延遲AGC可使檢波電路輸出的視頻信號(hào)幅度保持穩(wěn)定。8.2.3實(shí)現(xiàn)AGC的方法

實(shí)現(xiàn)AGC的方法很多，這里僅介紹兩種常用的方法。

1.改變發(fā)射極電流IE

這是在分立元件電路組成的接收機(jī)中常用的實(shí)現(xiàn)AGC的方法。由于放大器的增益與晶體管參數(shù)β有關(guān)，而β又與管子的工作點(diǎn)電流IE有密切關(guān)系，因此可以通過改變IE來控制放大器的增益。

(1)AGC的控制方式。如圖8-6所示為AGC管的β~IE曲線。改變IE可達(dá)到改變?chǔ)轮?，完成AGC作用。通常用的有兩種控制方式，一種是IE增大，β減小，即為正向AGC控制；另一種是IE減小，β減小，即為反向AGC控制。圖8-6AGC管的β~IE曲線(2)電路舉例。在分立元件AGC控制電路中，經(jīng)常采用正向、反向AGC控制方式，圖8-7(a)為正向AGC控制電路，圖8-7(b)為反向AGC控制電路。在圖8-7(a)中，UAGC通過R5、Tr1次級(jí)繞組加至晶體管基極，可產(chǎn)生如下變化：UAGC↓→UBE↓→IB↓→IC↓→IE↓→β從而實(shí)現(xiàn)正向AGC控制。在圖8-7(b)中，UAGC通過R5加至晶體管發(fā)射極，產(chǎn)生UAGC↑→UBE↑→IB↑→IC↑→IE↑→β控制，從而實(shí)現(xiàn)反向AGC控制。圖8-7正向與反向AGC控制電路2.改變放大器的負(fù)載這是在集成電路組成的接收機(jī)中常用的實(shí)現(xiàn)AGC的方法。由于放大器的增益與負(fù)載密切相關(guān)，因此通過改變負(fù)載就可以控制放大器的增益。在集成電路中，受控放大器的部分負(fù)載常是三極管的射極輸入電阻，若用AGC電壓控制管子的偏流，則該電阻也隨著改變，從而達(dá)到控制放大器增益的目的。8.3自動(dòng)頻率控制(AFC)電路

自動(dòng)頻率控制(AutomaticFrequencyControl，AFC)電路是一種反饋控制電路，它能夠自動(dòng)調(diào)整振蕩器的工作頻率，使之穩(wěn)定在某一預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)頻率附近。8.3.1AFC電路的組成

AFC電路的原理框圖如圖8-8所示，它由鑒頻器、低通濾波器和壓控振蕩器組成。壓控振蕩器(VoltageControlledOscillator，VCO)的輸出頻率fo和標(biāo)準(zhǔn)頻率fr在鑒頻器中進(jìn)行頻率比較，當(dāng)fo＝fr時(shí)，鑒頻器輸出ud(t)=0，壓控振蕩器不受影響；當(dāng)fo≠fr，鑒頻器輸出ud(t)，經(jīng)低通濾波器后，獲取誤差直流控制電壓uc(t)，去控制壓控振蕩器，使其輸出頻率fo趨近于fr，經(jīng)過多次循環(huán)，最后fo與fr

的誤差減小到某一最小值Δf(稱為剩余頻差)，環(huán)路進(jìn)入頻率鎖定狀態(tài)，輸出fo＝fr+Δf。

圖8-8AFC電路原理框圖AFC電路利用負(fù)反饋?zhàn)饔每刂芕CO，使剩余頻差Δf最小。在整個(gè)自動(dòng)頻率控制過程中，系統(tǒng)頻差Δf始終存在，這是AFC電路的一個(gè)重要特點(diǎn)。系統(tǒng)的自動(dòng)頻率控制也有一定的控制范圍。8.3.2AFC電路的應(yīng)用

AFC電路廣泛應(yīng)用于接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中的自動(dòng)頻率微調(diào)電路、調(diào)頻接收機(jī)中的解調(diào)電路及測量儀器中的線性掃描電路等。

1.用于超外差接收機(jī)中穩(wěn)定中頻頻率

在超外差接收機(jī)中，選擇性和靈敏度主要取決于中頻放大器，而中頻頻率的穩(wěn)定則是系統(tǒng)選擇性與靈敏度的重要保證。為穩(wěn)定中頻頻率，在高質(zhì)量的接收機(jī)中，常采用AFC電路來實(shí)現(xiàn)中頻頻率的穩(wěn)定。

(1)采用AFC的調(diào)頻收音機(jī)。具有AFC的調(diào)頻收音機(jī)框圖如圖8-9所示。高放電路把88~108MHz調(diào)頻廣播接收頻率范圍的射頻信號(hào)進(jìn)行放大，加到混頻器，本振信號(hào)也加到混頻器，完成差頻(fI=fL－fc)。本振、高放二者統(tǒng)調(diào)，與混頻器一起完成超外差接收，產(chǎn)生10.7MHz的中頻信號(hào)，經(jīng)中放、限幅放大、鑒頻、去加重及前置放大和功放，推動(dòng)揚(yáng)聲器工作。同時(shí)，鑒頻后另一路信號(hào)經(jīng)低通濾波器，取出誤差直流，控制本振頻率fL。利用負(fù)反饋回路完成AFC作用，減小fI的頻率漂移，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。圖8-9具有AFC的調(diào)頻收音機(jī)框圖(2)調(diào)幅接收機(jī)AFC系統(tǒng)。調(diào)幅接收機(jī)AFC電路的組成框圖如圖8-10所示?；祛l器輸出中頻信號(hào)fI＝fL-fc，當(dāng)不加AFC電路時(shí)，若本振頻率fL發(fā)生偏移，變?yōu)閒L+ΔfL，中頻輸出也將變?yōu)閒I+ΔfL。加AFC電路時(shí)，若本振頻率fL發(fā)生偏移，變?yōu)閒L+ΔfL，中頻輸出為fI+ΔfL，鑒頻器輸出誤差電壓ud經(jīng)低通濾波器變?yōu)檎`差直流電壓uc，去控制壓控振蕩器，使壓控振蕩器頻率降低，從而使中頻頻率fI降低。反之亦然，達(dá)到穩(wěn)定中頻的目的。圖8-10調(diào)幅接收機(jī)AFC電路組成框圖2.用于穩(wěn)定調(diào)頻發(fā)射機(jī)的中心頻率

采用AFC電路穩(wěn)定調(diào)頻發(fā)射機(jī)中心頻率的原理框圖如圖8-11所示。調(diào)頻振蕩器的中心頻率為fo，晶體振蕩器輸出的參考信號(hào)頻率為fr，鑒頻器中心頻率設(shè)置在頻率fr-fo上，也就是混頻器輸出的中心頻率上。由于晶體振蕩器輸出的參考頻率穩(wěn)定度很高，因此混頻器輸出端產(chǎn)生的頻率誤差Δf主要是由fo的不穩(wěn)定造成的，通過AFC電路的調(diào)節(jié)作用減少頻率誤差值，使輸出調(diào)頻信號(hào)的頻率fo達(dá)到穩(wěn)定。圖8-11具有AFC的調(diào)頻器框圖8.4鎖相環(huán)路(PLL)

鎖相環(huán)(PhaseLockedLoop，PLL)是實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)控制的負(fù)反饋系統(tǒng)，使振蕩器的相位和頻率與輸入信號(hào)的相位和頻率同步，即自動(dòng)相位控制(AutomaticPhaseControl，APC)，廣泛應(yīng)用于通信、電視、激光和空間技術(shù)等各行業(yè)。鎖相技術(shù)是相位負(fù)反饋控制技術(shù)，其特點(diǎn)為：①鎖定時(shí)，無剩余頻差；②具有良好的窄帶高頻跟蹤性能（稱載波跟蹤型）；③具有良好的帶通濾波性能（稱調(diào)制跟蹤型）；④具有良好的門限特性；⑤易于集成化、數(shù)字化。8.4.1PLL電路的組成

1.PLL的構(gòu)成

PLL的構(gòu)成框圖如圖8-12所示。圖8-12PLL的構(gòu)成框圖圖中，PD是鑒相器，把輸入信號(hào)ui(t)與壓控振蕩器輸出信號(hào)uo(t)的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于相位差的誤差電壓ud(t)。

LPF是低通濾波器，由于處在環(huán)路中，也常稱為環(huán)路濾波器。LPF用以濾除誤差電壓ud(t)中的高頻成分和噪聲，讓輸入信號(hào)中的低頻分量或直流分量通過，以保證環(huán)路所要求的性能，增強(qiáng)環(huán)路的穩(wěn)定性。

VCO為壓控振蕩器，受LPF輸出的控制電壓uc(t)的控制，使其頻率向輸入信號(hào)的頻率靠攏，直至頻差消失，環(huán)路鎖定。

2.PLL相位模型所以，PLL的相位模型如圖8－13所示。圖8-13PLL相位模型

3.PLL環(huán)路方程

根據(jù)PLL構(gòu)成的相位模型，可以寫出環(huán)路的基本方程式，如下式：pθi(t)=pθe

(t)+KdKoF(p)sinθe(t)可見，此方程為非線性微分方程，表達(dá)了鎖相環(huán)路的相位控制過程與各種基本組件的相互關(guān)系。其中，為瞬時(shí)頻差，表示壓控振蕩器角頻率ωo偏離輸入信號(hào)角頻率ωi的數(shù)值。

為輸入固有角頻差，它表示輸入信號(hào)角頻率ωi偏離ωo0的數(shù)值。KdKoF(p)sinθe(t)=Δωo(t)=ωo－ωo0為控制角頻差，它表示壓控振蕩器在uc(t)=KdKoF(p)sinθe(t)的作用下，產(chǎn)生振蕩角頻率ωo偏離ωo0的數(shù)值，即Δωi(t)=Δωe(t)+Δωo(t)。

如果輸入固有角頻差Δωi(t)=Δωi為常數(shù)，即ui(t)為恒定頻率的輸入信號(hào)，則在環(huán)路進(jìn)入鎖定過程中，瞬時(shí)角頻差Δωe(t)不斷減小，而控制角頻差Δωo(t)不斷增大，兩者之和恒等于Δωi(t)，直到瞬時(shí)角頻差減小到零，即。，控制角頻差增大到Δωi，壓控振蕩器振蕩角頻率ωo等于輸入信號(hào)的角頻率ωi時(shí)，環(huán)路便進(jìn)入鎖定狀態(tài)。這時(shí)，相位誤差θe(t)為一固定值，用θe∞表示，稱為剩余相位誤差或穩(wěn)態(tài)相位誤差。正是由于θe∞，才使鑒相器輸出一直流電壓，控制壓控振蕩器振蕩的角頻率等于輸入信號(hào)的角頻率。

4.PLL的捕捉與跟蹤

PLL在鎖相過程中，先是經(jīng)過頻率的牽引過程，再經(jīng)過相位的鎖定過程。鎖相環(huán)路根據(jù)初始狀態(tài)的不同，有兩種自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。若環(huán)路初始狀態(tài)是失鎖的，通過自身的調(diào)節(jié)，使壓控振蕩器頻率逐漸向輸入信號(hào)頻率靠近，當(dāng)達(dá)到一定程度后，環(huán)路即能進(jìn)入鎖定，這種由失鎖進(jìn)入鎖定的過程稱為捕捉過程。相應(yīng)地，能夠由失鎖進(jìn)入鎖定的最大輸入固有頻差稱為環(huán)路捕捉帶，常用ΔωP表示。若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻率發(fā)生變化，環(huán)路通過自身的調(diào)節(jié)來維持鎖定的過程稱為跟蹤過程。相應(yīng)地，能夠保持跟蹤的輸入信號(hào)頻率與壓控振蕩器頻率最大頻差范圍稱為環(huán)路同步帶(又稱跟蹤帶)，常用ΔωH表示。8.4.2PLL電路的類型隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)、集成技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種類型的鎖相環(huán)路，有模擬鎖相環(huán)(APLL)、數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)、全數(shù)字鎖相環(huán)(ADPLL)和軟件鎖相環(huán)(SPLL)等。

1.模擬鎖相環(huán)模擬鎖相環(huán)的鑒相器通常由模擬乘法器等構(gòu)成，通過環(huán)路濾波器得到誤差直流信號(hào)，控制壓控振蕩器的頻率，完成相位鎖定。其典型構(gòu)成如圖8-14所示。圖8-14模擬鎖相環(huán)構(gòu)成框圖2.數(shù)字鎖相環(huán)

常用的數(shù)字鎖相環(huán)路，通常有以下兩種形式。①數(shù)字邏輯電路式DPLL，如圖8-15所示。圖8-15由異或門構(gòu)成的DPLL②數(shù)字信號(hào)處理式DPLL，如圖8-16所示。圖8-16由模擬乘法器構(gòu)成的DPLL3.全數(shù)字鎖相環(huán)全數(shù)字鎖相環(huán)路模式如圖8-17所示。圖8-17全數(shù)字鎖相環(huán)路模式4.軟件鎖相環(huán)(TheSoftwarePLL)

軟件鎖相環(huán)路如圖8-18所示。圖8-18軟件鎖相環(huán)路的構(gòu)成8.4.3PLL電路的應(yīng)用

鎖相環(huán)路是實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)控制的負(fù)反饋系統(tǒng)，使振蕩器的相位和頻率與輸入信號(hào)的相位和頻率同步。鎖相環(huán)路相位鎖定時(shí)，沒有剩余頻差，很好地完成頻率跟蹤。鎖相技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、廣播與電視、導(dǎo)航、儀器儀表測量、生物醫(yī)學(xué)、激光音視設(shè)備和空間技術(shù)等。1.構(gòu)成單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘在凌陽SPCE061A等單片機(jī)中，利用PLL構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器。利用軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選擇控制時(shí)鐘源，獲取不同頻率的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)。如圖8-19所示，32768Hz為振蕩頻率，利用軟件設(shè)置，如圖中的b7、b6、b5、b

2、b1、b0均由系統(tǒng)時(shí)鐘選頻P_SystemClock單元的第b7、b6、b5、b2、b1、b0位決定；經(jīng)過PLL倍頻電路之后，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)fosc，在同一個(gè)fosc下，又可選擇不同的CPU時(shí)鐘，方便單片機(jī)完成不同時(shí)間的延時(shí)等控制。圖8-19單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘框圖2.實(shí)現(xiàn)電視的色度解碼

電視系統(tǒng)中，將(B-Y)、(R-Y)色差信號(hào)分別壓縮成U、V兩個(gè)分量，采用頻譜交錯(cuò)的方式，將U、V串插到亮度信號(hào)的頻譜中，不再占用另外的頻帶傳輸U(kuò)、V。如圖8-20所示，電視機(jī)利用PLL來恢復(fù)色副載波，分別與FU、FV一起，完成同步檢波，恢復(fù)U、V分量，去壓縮得到(B-Y)、(R-Y)，再合成(G-Y)，最后利用基色矩陣將三個(gè)色差信號(hào)與Y一起合成R、G、B信號(hào)，完成色度解碼。圖8-20電視機(jī)利用PLL恢復(fù)副載波3.實(shí)現(xiàn)電視機(jī)行、場同步

如圖8-21所示，電視機(jī)利用晶體振蕩器、PLL和數(shù)字分頻技術(shù)，使電視機(jī)完成行、場同步，省去原來的行、場同步調(diào)整電位器。圖8-21電視機(jī)用PLL技術(shù)實(shí)現(xiàn)行、場同步

4.實(shí)現(xiàn)鎖相接收

在衛(wèi)星、航天器等空間技術(shù)中，由于離地面距離很遠(yuǎn)，發(fā)射功率又比較小，致使向地面發(fā)回的信號(hào)很弱，再加上多普勒效應(yīng)，頻漂嚴(yán)重，采用普通接收機(jī)無法檢出有用信號(hào)。在鎖相接收機(jī)，利用環(huán)路的窄帶跟蹤特性，可有效提高信噪比，獲得滿意的接收效果。如圖8-22所示，利用PLL完成信號(hào)接收。圖8-22利用PLL完成信號(hào)接收5.實(shí)現(xiàn)頻率合成

如圖8-23所示，利用PLL完成頻率合成。頻率合成器達(dá)到鎖定時(shí)，將會(huì)滿足所以，即改變N、R值，可完成多種頻率的輸出。圖8-23利用PLL完成頻率合成在FM立體聲收音機(jī)中，利用PLL完成倍頻作用，產(chǎn)生立體聲解碼器需要的與副載波同步的38kHz開關(guān)信號(hào)，如圖8－24所示。PLL利用壓控振蕩器產(chǎn)生76kHz開關(guān)信號(hào)，經(jīng)兩次二分頻得到19kHz開關(guān)信號(hào)并移相90°，從立體聲復(fù)合信號(hào)中來的19kHz導(dǎo)頻信號(hào)作為同步信號(hào)，經(jīng)鑒相器相位比較后輸出誤差電壓，從而迫使振蕩頻率與導(dǎo)頻信號(hào)同步。圖8-24利用PLL完成倍頻

6.實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)同步控制

VCD、DVD是集激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、伺服控制技術(shù)和精密機(jī)械制造技術(shù)于一體的典型設(shè)備。其中主軸伺服就是保持光盤與激光頭之間作恒線速運(yùn)動(dòng)，才能保證記錄數(shù)據(jù)的正確還原。如圖8－25所示，利用PLL完成主軸伺服控制。圖8-25利用PLL完成主軸伺服控制在VCD、DVD的每個(gè)數(shù)據(jù)幀中，都設(shè)有同步碼。若主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速正確，則所讀取的幀同步信號(hào)的頻率為7.35kHz；若轉(zhuǎn)速偏快，則幀同步信號(hào)的頻率大于7.35kHz；若轉(zhuǎn)速偏慢，則幀同步信號(hào)的頻率小于7.35kHz。把EFM中所含的同步碼作為速度檢測信息，與標(biāo)準(zhǔn)參考頻率7.35kHz進(jìn)行比較，將誤差信息放大、控制主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，完成速度伺服控制。

7.實(shí)現(xiàn)位時(shí)鐘恢復(fù)

在VCD、DVD中，位時(shí)鐘是數(shù)字信號(hào)的讀/寫時(shí)鐘，要解調(diào)其數(shù)字信號(hào)，必須還原出正確的位時(shí)鐘。如圖8－26是利用PLL完成位時(shí)鐘恢復(fù)的框圖。圖8-26利用PLL完成位時(shí)鐘的恢復(fù)用輸入的EFM信號(hào)通過邊沿檢測的方法得到EFM邊沿脈沖，用此邊沿脈沖與VCO振蕩頻率進(jìn)行相位比較，得到與EFM信號(hào)同相的位時(shí)鐘，波形見圖8-27。圖8-27產(chǎn)生位時(shí)鐘的波形8.5利用PLL完成無線數(shù)字廣播

FM無線廣播采用的是模擬音頻傳送，存在噪聲大、抗干擾能力差和音頻保真度低等問題，而隨數(shù)字無線電技術(shù)的發(fā)展，利用PLL，采用模塊化設(shè)計(jì)，使無線數(shù)字廣播越來越普及。下面簡單介紹一種小型無線數(shù)字廣播系統(tǒng)，方便用于制作無線音箱、無線耳機(jī)等。1.無線數(shù)字音頻收發(fā)模塊的原理發(fā)射模塊如圖8-28所示，當(dāng)普通的立體聲音頻信號(hào)L、R輸入后，首先由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)進(jìn)行處理，產(chǎn)生44.1kHz/(16bit)的數(shù)據(jù)流，然后將數(shù)據(jù)流送到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中進(jìn)行處理，最后由2.4GHz鎖相環(huán)的GFSK(高斯頻移鍵控的簡寫，在調(diào)制之前通過一個(gè)高斯低通濾波器來限制信號(hào)的頻譜寬度)調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，射頻信號(hào)通過放大后從天線發(fā)送出去。圖8-28發(fā)射模塊框圖接收模塊原理如圖8-29所示，接收到的信號(hào)首先由低噪聲放大器(LNA)進(jìn)行放大，然后進(jìn)入2.4GHz鎖相環(huán)的GFSK解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入到數(shù)字處理器(DSP)中進(jìn)行處理，處理后輸出44.1kHz/(16bit)的數(shù)據(jù)流，最后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)。圖8-29接收模塊框圖

2.數(shù)字無線廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

數(shù)字無線收發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖8-30所示。將發(fā)射機(jī)接上MP3或DVD等音源并設(shè)好頻率，就可對(duì)無數(shù)臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行高保真的音頻廣播。將AW2403R數(shù)字接收機(jī)嵌入到有源音箱或耳機(jī)中，就可構(gòu)成具有無線接收的音箱或耳機(jī)。圖8-30數(shù)字無線收發(fā)系統(tǒng)框圖(1)發(fā)射機(jī)電路。發(fā)射機(jī)電路如圖8-31所示，發(fā)射機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，AW2403T模塊盡量垂直布局，讓內(nèi)置天線不受周邊元件影響。SW1、SW2、SW3可采用編碼開關(guān)，三個(gè)開關(guān)狀態(tài)組合可設(shè)定八組頻率。圖8-31發(fā)射機(jī)電路(2)接收機(jī)電路。接收機(jī)電路如圖8-32所示。其中AW2403R為無線數(shù)字音頻接收模塊，RP為雙聯(lián)電位器，同時(shí)完成L、R兩路音頻信號(hào)的音量控制。IC1(PT2308)是采用CMOS技術(shù)構(gòu)成的雙聲道音頻放大器，可以在消耗不太多功率的情況下使原音頻信號(hào)做低失真放大，特別適合低輸入阻抗的耳機(jī)，具有輸出振幅大、信噪比高(S/N=110Db)、失真度(THD=0.001%)等優(yōu)點(diǎn)。圖8-33為PT2308的內(nèi)部框圖，圖8-34為PT2308的管腳排列。圖8-32接收機(jī)電路圖8-33PT2308的內(nèi)部框圖圖8-34PT2308的管腳排列

整個(gè)數(shù)字無線收發(fā)系統(tǒng)在安裝時(shí)要注意，首先不要裝上模塊，在裝完外圍元件后，要對(duì)發(fā)射機(jī)穩(wěn)壓電源進(jìn)行測試，確定為5V后，再裝上發(fā)射模塊。而接收機(jī)同樣要檢測電源的極性是否正確、功放電路是否正常工作，然后再裝上模塊。全部安裝完成后，打開接收機(jī)電源SW1，接收機(jī)狀態(tài)指示燈D1在閃爍，然后接上發(fā)射機(jī)音源、電源，電源指示燈亮，此時(shí)接收機(jī)的狀態(tài)指示燈由閃爍變?yōu)槌Ａ?，耳塞中傳出悠揚(yáng)的音樂聲。如果有幾臺(tái)發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，只要輕輕按下SW2既可切換頻道。

圖8-35給出由WWW.FMSKY.NET網(wǎng)站提供的接收、發(fā)射模塊，焊好的成品圖。接收模塊實(shí)際尺寸為22mm×37mm×8mm，發(fā)射模塊實(shí)際尺寸為22mm×33mm×8mm。

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