锁相技术实验报告

1《锁相技术》课程结业论文题目：一阶PLL实现FM解调器院系名称：信息科学与工程学院专业班级：电子信息工程12级03班学生姓名：刘海峰学号：201216020307授课教师：朱春华2015年7月8日2摘要锁相环具有良好的跟踪性能。若输入FM信号时，让环路通带足够宽，使信号的调制频谱落在带宽之内，这时压控振荡器的频率跟踪输入信号频率的变化而变化，可以简单地认为压控振荡器的频率与输入信号频率之间的跟踪误差可以忽略，因此在任何瞬时，压控振荡器的角频率)(tv与FM波的瞬时角频率)(tFM相等。关键词锁相环反馈环路滤波器鉴相器3目录1.引言………………………………………………………………………41.1.课题目的和意义……………………………………………………41.2.课题研究内容………………………………………………………42.一阶PLL实现FM解调器工作原理………………………………42.1.锁相环简介…………………………………………………………52.2.PLL实现FM解调器工作原理概述……………………………52.3.锁相环FM鉴频器原理……………………………………………53.Systemview实验电路图……………………………………………63.1.各元器件参数………………………………………………………63.2.仿真结果……………………………………………………………64.结论………………………………………………………………………75.参考文献…………………………………………………………………841引言1.1课题目的和意义大三下学期的锁相环课程设计，巩固了我们对课堂知识的理解，加深了我们对通信系统的认识，同时提高了我们分析问题、交流问题、动手查阅资料，交流合作等多方面的实践能力，让我们对本专业的学习有了深层次的认知，更重要的是让我们学习到SYSTEMVIEW软件，对我们今后的工作或者研究生的学习都大有裨益，真诚感谢老师这么多天认真的授课！1.2课题研究内容1.观察锁相环的输入和输出信号(VCO输入信号)频谱，调整环路参数。2.观察环路增益变化时VCO输入信号即解调信号的频谱，推测其对环路的影响。2.一阶PLL实现FM解调器工作原理2.1锁相环简介锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。2.2PLL实现FM解调器工作原理概述根据FM信号的性质，其瞬时角频率可表示为5)()(tfKtFcFM假设VCO具有线性控制特性，其斜率(压控灵敏度)为oK(rad/s)/V，而VCO在0)(tud时的振荡角频率为0，则当有控制电压时，VCO的瞬时角频率为)()(0tuKtdov令上两式相等，即)()(ttvFM，可得)()(tfKKKtuofoocd其中c为FM波的载频，0为压控振荡器的固有振荡频率，两者皆为常数。因此上式第一项为直流项，可用隔直元件消除，或者开始时把压控振荡器的频率调整为0c。因此上式还可进一步写成)()(tfKKtuofd可见，除了常系数ofKK之外，锁相环的输出就近似等于原调制信号)(tf，因而达到了频率调制的目的。同理，锁相环也可用于解调PM信号，此时只需要在输出端接入一个积分器就可以了。通过合理选择环路参数(主要是环路滤波器的参数)可以在满足解调要求的条件下使闭环带宽尽可能窄，以便抑制噪声，因此锁相环具有良好的噪声性能。当接收信号电平微弱，噪声成为主要考虑因素时，采用PLL解调器可以改善解调性能，它可用于各种移动FM电台、微波接力系统、卫星通信系统以及电视、遥测等系统中，它与普通鉴频器相比，门限的改善可达6dB，所以PLL解调器又称为门限扩张解调器，或低门限解调器。2.3锁相环FM鉴频器原理6PDLFVCO()iut()out()cut()dut(FM信号)LPF()ut3.Systemview实验电路图3.1各元器件参数1.正弦信号图符块，输入参数为幅度为50V，频率为25Hz，相位为0。2.FM图符块，设置参数为幅度为1.414V，频率为1000Hz，相位为0，调制增益为1Hz/V。3.分析图符块，不需设置参数。4.贝塞尔IIR低通滤波器的参数为极点数为3，截止频率为500Hz，FM的参数设置为幅度为1.414V，频率是1000Hz,相位为0，调制增益为159.1549e-3Hz/V。5.VCO简单地用了一个与信号源载波频率一致的FM图符代替，其调制增益设为0.159V/。6.系统增益为628.315，作为环路补偿。3.2仿真结果图1：实验电路原理图解释：自左向右依次是正弦信号发生器、FM调制器、模拟乘法器（鉴相器）、贝塞尔低通滤波器、增益放大器7图:2：工作原理解释：原理1：正弦信号发生器产生正弦信号作为调制信号法f（x）原理2：FM调制器把正弦信号调制产生已调信号F(X)原理3：模拟乘法器输入信号分别为F(X)和V(X)后者来自压控振荡器VCO原理4：模拟乘法器输出F(X)和V(X)的和频分量（高频）和差频分量（低频）原理5：贝塞尔低通滤波器滤除高频分量（低频分量作为压控振荡器控制信号）原理6：压控振荡器输出V(X)反馈给模拟乘法器8图3：FM调制信号波形图图4：改变FM调制频率后信号波形图（提高1.5倍）解释：调制信号频率增加，导致模拟乘法器输出的和频分量和差频分量均增大，低通滤波后差频分量依然影响VCO的振荡频率（也增大）见下图：9图5：改变低通滤波器低通截止频率（缩小一半）解释：差频分量减小导致VCO振荡频率减弱见下图：图6：增大环路制度增益效果图（显然）10图6：解调器输出图解释：因为满足)()(tfKKtuofd，当系数远大于1时，输出频率将比输入频率大很多，故如下两图11结论综上所述，通过用SystemView对一阶PLL实现的FM解调器的仿真，验证了在数字通信中的应用，PLL解调器可以具有很好的性能，同时也可以看出SystemView是一个系统仿真和分析强有力的工具，工程设计人员利用它进行系统仿真分析和设计是十分方便的！12参考文献1、樊昌信、曹丽娜，通信原理，国防工业出版社，2006.2、罗卫兵等，SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计，西安电子科技大学出版社。3、郑继禹，锁相技术，西安电子科技大学出版社，2012.4、朱春华，锁相技术实验指导书，内部资料，2013.