鎖相環(huán)解調(diào)資料

1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課 程咼頻電子線(xiàn)路題目鎖相環(huán)解調(diào)的設(shè)計(jì)院系電子科學(xué)學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2013年3月1日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程咼頻電子線(xiàn)路題目 鎖相解調(diào)電路的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè) 電子信息工程姓名學(xué)號(hào)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(jì)之一，即利用鎖相環(huán)路設(shè)計(jì)已調(diào)信號(hào)的解調(diào)電路。通過(guò)本次電路設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)調(diào) 頻解調(diào)電路及調(diào)幅解調(diào)電路的設(shè)計(jì)原理及過(guò)程。加深對(duì)高頻電子線(xiàn)路課程理論知識(shí) 的理解，提高電路設(shè)計(jì)及電子實(shí)踐能力。2、基本要求(1) 利用集成鎖相環(huán)路設(shè)計(jì)調(diào)頻(FM )信號(hào)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(jì)調(diào)幅(AM、DSB)信號(hào)的解調(diào)電路，并分析工作原理；(3)給出設(shè)計(jì)電路圖。3、主要參考資料1 陽(yáng)昌漢高頻電子線(xiàn)路哈爾濱：高等教育出版社，2006.2 吳運(yùn)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(xiàn)路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).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(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人2013 年 2 月 22 日東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)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(guò)采集并分頻； 和基準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)

3、輸入鑒相器； .鑒相器通過(guò)比較上述兩個(gè)信號(hào)的相位差（注 顧名思義為相位差，非頻率 差），然后輸出一個(gè)直流脈沖電壓； .控制vco使它的頻率改變； .這樣經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的時(shí)間，VCO的輸出就會(huì)穩(wěn)定于某一期望值。鎖相環(huán)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出和輸入兩個(gè)信號(hào)之間的相位差同步。當(dāng)沒(méi)有基準(zhǔn)（參考）輸入信號(hào)時(shí)，環(huán)路濾波器的輸出為零（或?yàn)槟骋还潭ㄖ担?。這時(shí)，壓控振蕩器按其 固有頻率fv進(jìn)行自由振蕩。當(dāng)有頻率為fR的參考信號(hào)輸入時(shí)，uR和uv同時(shí)加到 鑒相器進(jìn)行鑒相。如果fR和fv相差不大，鑒相器對(duì)uR和uv進(jìn)行鑒相的結(jié)果，輸 出一個(gè)與uR和uv的相位差成正比的誤差電壓 ud，再經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器濾去ud中的 高頻成分，輸出

4、一個(gè)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(hào)的頻率靠攏，最后使 fv= fR，環(huán)路鎖定。環(huán)路一旦進(jìn)入鎖定 狀態(tài)后，壓控振蕩器的輸出信號(hào)與環(huán)路的輸入信號(hào)（參考信號(hào)）之間只有一個(gè)固定 的穩(wěn)態(tài)相位差，而沒(méi)有頻差存在。這時(shí)我們就稱(chēng)環(huán)路已被鎖定。環(huán)路的鎖定狀態(tài)是對(duì)輸入信號(hào)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(hào)，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(hào)的頻率和相位變化，則這時(shí)環(huán)路所處的狀態(tài)稱(chēng)為跟蹤狀態(tài)。鎖相環(huán)路在鎖定后，不僅能使輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率嚴(yán)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(gè)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(jiǎn)諧震動(dòng)，里面有講頻率跟相位。這些都學(xué)過(guò)，可是還是不明白。 兩個(gè)正弦波如果頻率不同是不是相位一定不同？我覺(jué)得如果要比較兩個(gè)波形的相 位，前提應(yīng)該是兩個(gè)波的頻率要相同才行，但又不對(duì)，因?yàn)殍b相器的兩個(gè)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(huà)，相位差時(shí)刻都是變化的。鎖相 環(huán)穩(wěn)定后，鑒相器兩個(gè)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(shí) 的相位，即初相位。頻率不同就無(wú)從談相差了re頻率和相位是周期園函數(shù)

6、的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，想像一下兩個(gè)人圍著一個(gè)圓形場(chǎng)地跑步，離起跑點(diǎn)的圓弧距離是運(yùn)動(dòng)位 置與起跑點(diǎn)所夾圓心角的函數(shù)，這個(gè)夾角就是相位，而一定時(shí)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(gè)相位差大小取決于后跑者比先跑者延后起跑的時(shí)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(hào)給控制器對(duì)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(shí)的相位，即初相

7、位?！辨i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(shí)際是通過(guò) 瞬時(shí)頻率的積分達(dá)到相位控制，最終使反饋到鑒相器的瞬時(shí)相位與輸入的瞬時(shí)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(hào)頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率的變化，環(huán)路鎖定后輸入?yún)⒖夹盘?hào)和輸出參考信號(hào)之間的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過(guò)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(hào)頻率隨輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率變化的特性稱(chēng)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(shí) 現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸，收信端接收到信號(hào)后必須進(jìn)行解調(diào)才能恢復(fù)原信號(hào)。所謂的 解調(diào)就是用攜帶信息的輸出信號(hào) uo來(lái)還原載波信號(hào)ui的參

8、數(shù)，載波信號(hào)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(diǎn)是頻率與載波信號(hào)的頻率相等，幅度隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào) 頻波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，頻率隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào) 相波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，相位隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化。調(diào) 頻波（經(jīng)過(guò)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(guò)低通濾波器被濾掉其高頻成份，繼而獲得隨調(diào)制 信號(hào)頻率變化而變化的信號(hào)，經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過(guò) 程。2、設(shè)計(jì)框圖圖1-1-1設(shè)計(jì)框架、設(shè)計(jì)方案1、總體設(shè)計(jì)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(jì)（報(bào)告）#東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）將調(diào)制信號(hào)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(hào)的變化而變化，于是生成了調(diào)頻波。當(dāng)載波頻率與自由振蕩頻率相近時(shí)， 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(shí)所產(chǎn)生的相位誤差電壓通 過(guò)，該電壓與調(diào)制信號(hào)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(guò)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(guò)低通濾波器被濾掉其高頻成份，繼而獲得隨調(diào)制信號(hào)頻率變化而變化的信號(hào)，經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過(guò) 程。（2）總體電路設(shè)計(jì)#東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）4東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)（報(bào)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(jì)主要是用 CD4046芯片來(lái)實(shí)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(diǎn)是電源電壓范圍寬（為 3V - 18V），輸入 阻抗高（約100血）,動(dòng)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(jì)（報(bào)告）鎖相芯片CD4046特點(diǎn)1. 電源電壓范圍寬（為3V 18V）;2. 輸入阻抗高（約100MQ）;3. 動(dòng)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(shí)為高電平，環(huán)路失鎖時(shí)為

12、低電平。2腳相位比較器I的輸出端。3腳比較信號(hào)輸入端。4腳壓控振蕩器輸出端。5腳禁止端，高電平時(shí)禁止，低電平時(shí)允許壓控振蕩器工作。& 7腳外接振蕩電容。8、16腳電源的負(fù)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(hào)輸入端。15腳內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓管負(fù)極。三、電路調(diào)試與仿真分析用雙蹤示波器觀(guān)察波形時(shí)要注意波形的鎖定，通常是用低頻信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)這樣更容易觀(guān)測(cè)到波形本次試驗(yàn)的結(jié)果如下圖所示:解調(diào)信號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖圖3-1四、總結(jié)及體會(huì)通過(guò)做此次課程設(shè)計(jì)，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(dòng)控制，能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位 同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)（phase-locked loop）,簡(jiǎn)稱(chēng)PLL=鎖相環(huán)廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動(dòng)控制及時(shí)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(lái)鑒別輸入信號(hào)Ui與輸出信號(hào)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(hào)頻率fi ,當(dāng)二者相等時(shí)， 環(huán)路被鎖定，稱(chēng)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(gè)輸入信號(hào)間留有一定的相位差。本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。并且該解調(diào)系統(tǒng)不需要更改電路結(jié)構(gòu)就可以實(shí)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(jì)（報(bào)告）參考資料1陽(yáng)昌漢.2 吳運(yùn)昌.3 謝自美.4 高吉祥.2000.2000.2002.高頻電子線(xiàn)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(xiàn)路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試.武漢：華中科技大學(xué)出版社, 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，9東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱(chēng)高頻電子線(xiàn)路題目名稱(chēng)鎖相環(huán)解調(diào)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教學(xué)號(hào)師姓名職稱(chēng)