锁相技术实验报告.docx

1、锁相技术实验报告锁相技术实验报告 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：0307 授课教师：朱春华 2015 年 7 月 8 日 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 与 FM 波的瞬时角频率 相等。关键词 锁相环 反馈 环路滤波器 鉴相器 1.引言

2、4.课题目的和意义 4.课题研究内容 4 2.一阶 PLL 实现 FM 解调器工作原理 4.锁相环简介 5 实现 FM 解调器工作原理概述 5.锁相环 FM 鉴频器原理 5 3.Systemview 实验电路图6.各元器件参数 6.仿真结果 6 4.结论7 5.参考文献8 1引言 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

3、师这么多天认真的授课！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 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。实现 F

4、M 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 假设 VCO 具有线性控制特性，其斜率(压控灵敏度)为(rad/s)/V，而 VCO在 时的振荡角频率为，则当有控制电压时，VCO的瞬时角频率为 令上两式相等，即，可得 其中 为 FM 波的载频，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。因此上式还可进一步写成 可见，除了常系数 之外，锁相环的输出就近似等于原调制信号，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

5、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。锁相环 FM 鉴频器原理 实验电路图 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。图符块，设置参数为幅度为，频率为 1000Hz，相位为 0，调制增益为 1Hz/V。3.分析图符块，不

6、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，频率是 1000Hz,相位为 0，调制增益为 V。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。6.系统增益为，作为环路补偿。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 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

7、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 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：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）图 6：解调器输出图

8、 解释：因为满足，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 结 论 综上所述，通过用 System View 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 System View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！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.