基于鎖相環(huán)的精確自動增益控制電路

1、基于鎖相環(huán)的精確自動增益控制電路 字號顯示：大 中 小2006-07-25 12:45:24來源：電子查詢網(wǎng)1引言 集成鎖相環(huán)作為現(xiàn)代電子線路中的常用組件被廣泛應用于信號產(chǎn)生、調(diào)頻及解調(diào)、頻 率合成、調(diào)幅、調(diào)相、電機控制等領域。在此結合鎖相環(huán)路的特性討論其在自動增益 控制方面的應用。 在很多電子功能電路中都需要對電平變化的信號加以穩(wěn)幅。例如，在調(diào)相制式的通信系 統(tǒng) 中，含有正弦鑒相特性PD的鎖相環(huán)解調(diào)電路對幅度非常敏感，需要預先去掉寄生調(diào)幅。通 常使用的有二極管鉗位電路、工作點特別設計的三極管限幅電路、AGC電路以及高頻中普遍 應用的工作于過壓狀態(tài)下的諧振放大器。前2種電路結構簡單，但其不足也

2、是顯而易見的： 一 方面由于在原理上引入了器件非線性機制，導致這種電路的頻域失真較大，而且通常隨 著輸 入波動態(tài)范圍增大引入的非線性更加強烈；另一方面由于是開環(huán)結構，所以穩(wěn)幅精度不高。 過 壓區(qū)放大器由于自身回路濾波作用使得頻率失真較小，但仍為開環(huán)結構，精度不高。傳統(tǒng) AGC電路在性能上比前面幾種電路有很大改善，不過高精度的傳統(tǒng)AGC電路對比較級、誤差 放大級的要求都高，總體比較復雜；又因為各個單元一般是分立的，所以可靠性會受影響。 筆者通過多次總結，設計了一種通過鎖相環(huán)來自動穩(wěn)幅的電路結構，這種電路結構由 2片集成模擬器件實現(xiàn)，簡單可靠，仿真與實測結果表明該電路穩(wěn)幅性能優(yōu)良。 2原理說明電路

3、原理如圖1所示。設vi=A(1+cost)cost ，環(huán)路濾波器LP采用一階RC電路， （經(jīng)過檢波及低通濾波后可忽略載波成分對整個控制過程的影響）、乘法器輸 出電壓vo，檢波器輸出電壓vd，VCO壓控靈敏度，VCO自由振蕩頻 率fo，令乘法器各通道增益為1，則當環(huán)路鎖定時，存在：因fr，fo、K是常數(shù)，故vd亦為常數(shù)。 又因為vd是vo幅度的單調(diào)增函數(shù)，所以vo幅度為常數(shù)，即vo為等幅 波。且鎖定時設環(huán)路濾波器輸出控制電壓為Vcontrol，其滿足：如圖2所示，在Protel環(huán)境下實施圖1機制的電路圖。其中PLL1是自由振蕩頻率為100 kHz ，壓控靈敏度20 kHz/V的低頻鎖相環(huán)，M1,

4、M2是乘法器，正弦信號源MOD與調(diào)頻信號源SI GNAL 相乘產(chǎn)生帶寄生調(diào)幅的調(diào)頻信號INPUT，F(xiàn)REF是頻率為110 kHz的環(huán)路參考頻率源。環(huán)路的控 制電壓CONTROL加到M1的V1端與INPUT相乘，去掉寄生調(diào)幅而輸出OUTPUT。 圖3中從上到下依次是INPUT，CONTROL，OUTPUT信號，可以清晰地看到調(diào) 節(jié)環(huán)路從初始狀態(tài)逐漸進入穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)的過程,在1.5 ms后鎖相環(huán)進入鎖定狀態(tài),調(diào)節(jié) 電壓Vcontrol與輸入波形相乘的結果是穩(wěn)幅波。圖4是仿真圖形的穩(wěn)定部分局部放大。 3對電路參數(shù)的分析 這種電路正常工作的重要前提是鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)，即輸入電壓的變動不能超 出 鎖相

5、環(huán)同步帶所決定的范圍。如果把各個環(huán)節(jié)都近似看成線性的（在這里這種近似是比 較可靠的），那么輸入電壓最大相對變化范圍應正比于同步帶。目前通用集成鎖相環(huán)芯片的 相對同步帶大約為60%，對應的最大輸入調(diào)幅系數(shù)為0.3?？紤]到高階環(huán)路捕捉帶 比同步帶要小，故要想環(huán)路自動入鎖，則輸入信號的調(diào)制度還要比這個小。 以上是粗略估計，為了能夠使環(huán)路鎖定，具體環(huán)路參數(shù)還是要做一定考慮。經(jīng)過 多次試 驗總結了一些基本原則：首先要對輸入波形做科學的預測，再通過式(3)預計環(huán)路中需要通 過的信號，然后合理選擇R1C1電路的時間常數(shù)，以保證此信號落入環(huán)路濾波器通帶 內(nèi)。對于門電路 鑒相器，為了保證環(huán)路濾波器輸出波形質(zhì)量，

6、減少抖動，參考頻率應該取為寄生調(diào)制頻率的 若干倍以上的數(shù)值，因此要求鎖相環(huán)最高工作頻率高于這個數(shù)值。檢波器的設計應遵循解 出信號的真實包絡并且使時間常數(shù)最大的原則，這一級如果反映不出較真實的寄生信號，則 系 統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)從根本上就是盲目的，不可能得到正確結果；時間常數(shù)太小會使VCO控 制信號 抖動厲害，不利于捕捉。所有參量基本確定后再驗證系統(tǒng)是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定再修改、驗證， 直至穩(wěn)定。 4結語 鎖相環(huán)穩(wěn)幅電路性能優(yōu)良且便于模塊化。鎖相環(huán)自身工作頻率和所穩(wěn)定的信號頻率沒有 任何關系，完全可以用廉價的低頻鎖相環(huán)（如CD4046，LM567等）解決高頻信號精確穩(wěn)幅問 題。本文提出的電路亦應包含于AGC電路的概念中，但把傳統(tǒng)AGC電路和本文提出的電路比 較可知，他們優(yōu)點分別是可控動態(tài)范圍大和精度高，若在適當時候兩者做成前后級，則可以 相得 益彰，實現(xiàn)寬作用范圍、高精度AGC電路。驗證電路中的乘法器可以是任何可控增益放大器 ，不計增益時甚至可以用場效應管和電阻構成的可控衰減網(wǎng)絡來代替。 這種電路的溫度穩(wěn)定性主要由提供參考頻率的晶體、VCO自由振