現(xiàn)代測試課程設(shè)計(jì)--高速數(shù)字鎖相環(huán)路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　鎖相環(huán)路（PLL）是一個相位誤差控制系統(tǒng)，是將輸入信號（參考信號）和輸出信號之間的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生相位誤差電壓來調(diào)整輸出信號的相位，使輸出信號頻率與參考信號頻率相同。</p><p>　　信號鎖相技術(shù)廣泛應(yīng)用于自動化控制等領(lǐng)域。利用該技術(shù)可以產(chǎn)生同步于被鎖輸入信號的整數(shù)倍頻或者分?jǐn)?shù)倍頻的輸出控制信

2、號。鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)是由鑒相、環(huán)路濾波、可控振蕩器和M倍分頻等模塊組成的一個反饋環(huán)路。輸入的被鎖信號首先與同步倍頻信號經(jīng)過M倍分頻后產(chǎn)生的鎖相信號進(jìn)行鑒相處理，輸出相位誤差信號。環(huán)路濾波模塊通常具有低通特性，它將相位誤差信號轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的控制信號，從而控制可控振蕩器模塊，產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號輸出。這個頻率信號就是所需的同步倍頻信號。如果整個反饋環(huán)路鎖相穩(wěn)定，鎖相環(huán)輸出的同步倍頻信號的頻率就是其輸入的被鎖信號頻率的M倍。假如被鎖信號在輸入鑒相

3、模塊之前又先被分頻了L倍，則鎖相獲得的同步倍頻信號的頻率就是被鎖信號頻率的M/L倍。</p><p>　　鎖相環(huán)路的應(yīng)用十分廣泛。在穩(wěn)頻技術(shù)中的應(yīng)用，如：鎖相倍頻器，鎖相分頻器，鎖相混頻器，鎖相合成器等；在調(diào)制解調(diào)技術(shù)中的應(yīng)用，如：鎖相調(diào)頻和鑒頻，同步檢波等。除了以上所介紹的鎖相環(huán)路的應(yīng)用外，它還應(yīng)用于空間技術(shù)（例如，由于各種原因使地面接收的空間信號十分微弱，采用鎖相接收機(jī)可使接收機(jī)接收微弱空間信號的能力大大加強(qiáng)

4、）等方面。由于鎖相環(huán)路易集成化，鎖相環(huán)路已成為繼集成運(yùn)放之后，又一個用途廣泛的多功能集成電路。</p><p>　　目前鎖相環(huán)應(yīng)用廣泛，比如：在通信中應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)自動頻率微調(diào)等系統(tǒng)；在雷達(dá)中應(yīng)用于天線自動跟蹤與精密輔角偏轉(zhuǎn)測量等系統(tǒng)；在空間技術(shù)中主要應(yīng)用于測速定軌、測距與遙測數(shù)據(jù)獲取等系統(tǒng)；在電視機(jī)中應(yīng)用于電視機(jī)同步、門限擴(kuò)展解調(diào)的同步檢波。</p><p><b>　　1.總

5、體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鎖相環(huán)是一種反饋控制電路，作用是實(shí)現(xiàn)設(shè)備外部的輸入信號與內(nèi)部的振蕩信號同步。傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)有較短的鎖定時間，可以保證參考時鐘源和輸出時鐘的穩(wěn)態(tài)相差。但其中心頻點(diǎn)受VCO的限制而范圍較小，環(huán)路帶寬較寬；當(dāng)參考源出現(xiàn)瞬斷或者參考時鐘源切換時， VCO輸出時鐘頻率會出現(xiàn)較大的相位瞬變。全數(shù)字鎖相環(huán)與傳統(tǒng)的模擬電路實(shí)現(xiàn)的相比，具有精度高且不受溫度和電壓影響，環(huán)路帶寬和

6、中心頻率編程可調(diào)，并且應(yīng)用在數(shù)字系統(tǒng)中時，不需A/D及D/A轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　1.1 方案1</b></p><p>　　基本的鎖相環(huán)路是由鑒相器（ＰＤ）、環(huán)路濾波器（LF）、壓控振蕩器（VCO）組成。</p><p>　　鑒相器是相位比較器，能夠?qū)⑤斎胄盘枺▍⒖夹盘枺┑南辔缓蛪嚎卣袷幤鬏敵鲂盘柕南辔贿M(jìn)行比較，產(chǎn)生對應(yīng)于這兩個

7、信號的相位差為的誤差電壓。環(huán)路濾波器用來消除誤差電壓中的高頻分量及噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，它輸出控制電壓。壓控振蕩器受控制，使其輸出信號頻率與參考信號頻率之差減小，直至最后兩頻率相等，壓控振蕩器頻率被鎖定在參考信號頻率處。壓控振蕩器輸出的是與需要頻率很接近的等幅信號，把它和由相位參考提取電路從信號中提取的參考信號同時送入相位比較器，用比較形成的誤差通過控制電路使壓控振蕩器的頻率向減小誤差絕對值的方向連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)鎖相，從而達(dá)到同步。&l

8、t;/p><p>　　但是中心頻點(diǎn)受VCO的限制而范圍較小，環(huán)路帶寬較寬；當(dāng)參考源出現(xiàn)瞬斷或者參考時鐘源切換時， VCO輸出時鐘頻率會出現(xiàn)較大的相位瞬變。 </p><p><b>　　1.2 方案2</b></p><p>　　主要由相位參考提取電路、晶體振蕩器、分頻器、相位比較器、脈沖補(bǔ)抹門等組成。分頻器輸出的信號頻率與所需頻率十分接近，把它和

9、從信號中提取的相位參考信號同時送入相位比較器，比較結(jié)果示出本地頻率高了時就通過補(bǔ)抹門抹掉一個輸入分頻器的脈沖，相當(dāng)于本地振蕩頻率降低；相反，若示出本地頻率低了時就在分頻器輸入端的兩個輸入脈沖間插入一個脈沖，相當(dāng)于本地振蕩頻率上升，從而達(dá)到同步。</p><p>　　圖1.2方案2設(shè)計(jì)圖</p><p>　　由于要求設(shè)計(jì)高速鎖環(huán)電路，故鑒相器采用AD9901。AD9901是一種性能優(yōu)越的超高

10、速數(shù)字鑒頻鑒相器，它具備模擬混頻器的相位穩(wěn)定性、傳統(tǒng)鑒相器內(nèi)的鎖定速度，同時無鑒相“死區(qū)”問題，其直接鑒相頻率高達(dá)200MHz。</p><p>　　綜上所述，經(jīng)過比較方案1與方案2，采用方案2，具有精度高且不受溫度和電壓影響，環(huán)路帶寬和中心頻率編程可調(diào)，并且應(yīng)用在數(shù)字系統(tǒng)中時，不需A/D及D/A轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　2.單元模塊設(shè)計(jì)</b></p

11、><p><b>　　2.1鑒相器</b></p><p>　　2.1.1 AD9901簡介</p><p>　　AD9901是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的超高速鑒頻鑒相器，其功能如圖l所示。它的主要特點(diǎn)就是無需預(yù)分頻就可以對中頻輸入進(jìn)行鑒相或鑒頻，而且支持高達(dá)200 MHz的鑒相速度。AD9901由于采用了特殊的設(shè)計(jì)方式，線性檢測范

12、圍不存在其他數(shù)字鑒相器常見的不穩(wěn)定的相位檢測區(qū)，從而使鎖定時的相位噪聲明顯減小。而且僅需+5 V電源，就能在1TrL或CMOS邏輯電平及在-5．2 V的ECL輸入電平下工作。其集電極開路的輸出結(jié)構(gòu)還可使輸出擺幅易于達(dá)到后續(xù)電路的輸入要求。</p><p>　　AD9901即屬于異或門式的數(shù)字邏輯電路鑒相器。它的主要電路包括四個D觸發(fā)器，一個異或門和一些輸出邏輯電路。從功能模塊上分，主要由線性鑒相部分和鑒頻部分組成

13、。當(dāng)參考頻率和振蕩器頻率十分接近或在鎖定狀態(tài)時，只有鑒相電路有效。</p><p>　　圖2.1AD9901的功能框圖</p><p>　　圖2.2 AD9901鎖定時的波形圖</p><p>　　正如圖2.1所示的，首先輸入信號1和2，分別經(jīng)參考輸入觸發(fā)器和振蕩器輸入觸發(fā)器整形，形成規(guī)則的方形脈沖序列，之后進(jìn)行二分頻，見波形3和4。經(jīng)整形的信號(3和4)，在異或門

14、中通過比較，輸出信號為5；同時，7和8處將出現(xiàn)連續(xù)的高電平，對鑒頻部分不起作用，輸出仍為信號5。當(dāng)振蕩器輸入超前或滯后參考輸入時，信號5的占空比分別變大或減小，從而使輸出經(jīng)低通濾波器的直流平均值隨相位差呈線性變化，即AD9901的輸出信號占空比與兩種輸入信號間的相位差成比例。其轉(zhuǎn)移函數(shù)可表示為K ( ，- O)，K 等于AD9901允許輸出的電壓范圍除以2竹。對幅值為1．8 V的典型輸出，轉(zhuǎn)移函數(shù)可表示為(1．8 V／2"tr

15、=0285 V／rad)。如果兩個信號頻率相差很大，由鑒頻電路取代鑒相電路，驅(qū)動振蕩器頻率會跟蹤參考頻率，持續(xù)輸出最高或最低的電平。鑒頻鑒相的特性如圖2.3所示。由以上原理可以看出，由于AD9901采用異或門的數(shù)字邏輯電路進(jìn)行鑒相，未在輸入端加入?yún)⒖碱l率的前置分頻，故可支持極高頻率的鑒相。</p><p>　　另外AD9901將其他數(shù)字鑒相器普遍存在的鎖定狀態(tài)附近相位增益不確定的區(qū)域（死區(qū)）移到了鑒相范圍的兩邊，

16、如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 AD9901鑒頻鑒相特性</p><p>　　這種非線性鑒相區(qū)的產(chǎn)生，是出于在線性檢測范圍的兩端，參考信號和振蕩器的輸出信號相位接近，鑒相器輸出脈寬變得很窄和鑒相器擺速增大，使相位增益迅速向鑒頻區(qū)(即最高值和最低值處)拉近的原因。通常這種非線性的跳變發(fā)生在輸出信號脈寬小于3．6／IS時，這里必須說明的是，隨著頻率的增加，非線性工作范圍也會隨之

17、增加。典型的檢測范圍可用[(1／廠-3．6／IS)／(I／D]*360。來計(jì)算。如在200／VlHz時，線性鑒相范圍為100．8。。因此這種設(shè)計(jì)有效地減小了鎖定狀態(tài)時的相位噪聲。更為重要的是，由于非線性工作區(qū)的擴(kuò)展，也有助于在失鎖狀態(tài)下迅速將誤差頻率拉入快捕帶，從而改善了鑒相器的捕捉特性，特別是對高頻的作用尤為明顯。</p><p>　　2.1.2鑒相器AD原理</p><p>　　鑒相器

18、是相位比較器，參考信號和壓控振蕩器輸出信號作為它的兩個輸入信號。它的作用是比較兩個輸入信號的相位，它的輸出信號是兩個輸入信號的相位差的函數(shù)，可以表示為</p><p>　　=F[ ]=F[- ] （2-1）</p><p>　　AD9901是一種性能優(yōu)越的超高速數(shù)字鑒頻鑒相器，它具備模擬混頻器的相位穩(wěn)定性、傳統(tǒng)鑒相器內(nèi)的鎖定速度，同時無鑒相“死區(qū)”問題，

19、其直接鑒相頻率高達(dá)200MHz。</p><p>　　AD9901引腳圖：</p><p>　　圖2.4 AD9901引腳圖</p><p>　　AD9901內(nèi)部框圖：</p><p>　　圖2.5 AD9901內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　AD9901能兼容COMS/TTL/ECL輸入，這里選用具有互補(bǔ)輸出的ECL

20、型AD9901，因?yàn)镋CL電路具有速度快，邏輯功能強(qiáng)，扇出能力高，噪聲低等特點(diǎn)。ECL電路的工作電源通常接法是Vcc接地，負(fù)電源Vee接-5.2V，輸出直流偏置電壓Vref接-1.29V，然而根據(jù)不同使用要求，ECL電路的工作電源可以采用正電源斷Vcc接5.2V,負(fù)電源端Vee接地，輸出直流偏置點(diǎn)電壓Vref接3.76V，這里，整個環(huán)路工作電壓為正電源模式，1為了不額外增加電源，選用正電源+5V，所以需要直流偏壓+3.76V。</

21、p><p>　　鑒相器的工作原理：設(shè)外接輸入的信號電壓和壓控振蕩器的輸出信號的電壓分別為：</p><p>　　式中的Wo為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或?yàn)橹绷麟妷旱恼袷幗穷l率，稱為電路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓UD為：</p><p>　　用低通濾波器LF將上式中的頻分量濾掉，剩下的差額分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓Uc（t）。即Uc（t）為：<

22、/p><p>　　式中的Wi為輸入信號的瞬時角頻率，和分別為輸入信號和輸出信號的瞬時相位，根據(jù)向量關(guān)系可得瞬時頻率和瞬時相位關(guān)系為：</p><p>　　上式等于零，說明鎖相環(huán)進(jìn)入相位鎖定的狀態(tài)，此時輸出和輸入信號的頻率和相位保持恒定不變的狀態(tài)，為恒定值。當(dāng)上式不等于零時，說明鎖相環(huán)的相位還未鎖定，輸入信號和輸出信號的頻率不等，隨時間而變。</p><p>　　2.2環(huán)

23、路濾波器LF</p><p>　　環(huán)路濾波器是一個線性低通濾波器，用來濾除中的高頻分量和噪聲，保證環(huán)路達(dá)到要求的性能，并能提高環(huán)路的穩(wěn)定性。在鎖相環(huán)路中，常用的環(huán)路濾波器有RC積分濾波器、無源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器。</p><p>　　2.2.1 LM741芯片</p><p>　　LM741芯片引腳圖：</p><p>　　圖

24、2.6 LM741芯片引腳圖</p><p>　　在LM741反相和同相輸入接入電壓，在6腳對地測輸出電壓。反相和同相輸入，這是差分放大的接法，只能輸出一路，并且輸出的是兩路輸入的區(qū)別信息。想搞兩路信號的話，用兩塊741，或者用雙運(yùn)放比如lm358，接成同相或反相放大器。這樣就是放大信號了。典型區(qū)別：1.偏置 2.反相輸入端 3.正向輸入端 4.電源負(fù)極 5.偏置 6.輸出端 7.電源正極 8.地線主要參數(shù): 功

25、耗: 85mW 總電壓: 30V 電壓增益: 86dB 轉(zhuǎn)換速率SR: 0.5V/μs 共模抑制比CMRR: 70dB 輸入阻抗: 300kΩ 失調(diào)電壓: 7.5mV。典型運(yùn)用：如果是由方波生成三角波，那接好電源后把正向輸入端接地，負(fù)向輸入端接一塊電阻接方波輸入，輸出端接一個電容并一個電阻接負(fù)向輸入端。參數(shù)得用方波和三角波的幅度和頻率決定。LM741光電檢測電路</p><p>　　此電容測量電路的測量原理是被測

26、電容Cx充、放電而形成三角波，測量三角波的振蕩周期就可知電容量的大小。由A1可構(gòu)成密勒積分電路，經(jīng)A2構(gòu)成的施密特電路形成正反饋而產(chǎn)生振蕩。其振幅由R4和R3決定，等于電源電壓的1/3。Cx的充電電流由電源電壓和R2決定，放電電流由電源電壓和(R1+R2)決定。從原理上講，振蕩周期應(yīng)不受電源電壓的影響，但實(shí)際上，由于A2差動輸入電壓的限制與晶體管驅(qū)動電路的常數(shù)等影響，故不允許電源電壓大幅度的變動。電源電壓的范圍為±13~

27、77;15V，正、負(fù)電源電壓的絕對值需要相等。lm741 pdf datasheet 。不接電容Cx時，A2以延遲約20μS的時間進(jìn)行振蕩，可以計(jì)算出Cx對此進(jìn)行補(bǔ)償。Cx電容量為1000μF時的測量時間為10S。若R1和R2采用1KΩ的電阻，則測量時間可縮短到1/10。</p><p><b>　　圖2.7LM741</b></p><p>　　LM741還可以用于

28、電話自動錄音控制裝置，市面上出售的帶錄音功能的電話，按記錄載體一般分為磁帶記錄、半導(dǎo)體錄音兩種，前者其機(jī)芯質(zhì)量一般不太好，而后者的時間又太短且不便長期貯存信息，同時價格都比普通電話機(jī)高出許多，因結(jié)構(gòu)緊湊維護(hù)、維修也不方便。利用家中閑置的錄音機(jī)與電話機(jī)相連接，在電話時可自動錄通話內(nèi)容，平時仍可使用錄音機(jī)原有功能。</p><p>　　2.2.2環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)</p><p>　　由于高階環(huán)路

29、存在不穩(wěn)定問題，而二階環(huán)無條件穩(wěn)定，因此基本鎖相環(huán)設(shè)計(jì)為二階環(huán)，即采用有源比例積分濾波器的二階環(huán)。其中，鑒相器選用AD9901壓控振蕩器選用中心頻率160MHz的正斜率振蕩器，壓控靈敏度為15MHz/V。</p><p>　　環(huán)路濾波器具有平滑輸出和濾除高頻成分的作用。由于AD9901有反向和同向的雙端輸出，因此把運(yùn)放接成差動工作方式，如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8環(huán)路濾波

30、器圖</p><p><b>　　具體參數(shù)計(jì)算如下：</b></p><p><b>　　，及有：</b></p><p>　?。ǎ?（2-8）</p><p><b>　　由，及</b></p><p&g

31、t;<b>　　（2-9）</b></p><p>　　其中為鑒相器靈敏度（V/rad）， 為壓控靈敏度（rad/s/V），為濾波器電阻，為環(huán)路自然角頻率，N為環(huán)路分頻比，為積分電阻，C為積分電容，為濾波電容。</p><p>　　環(huán)路噪聲帶寬與環(huán)路自然角頻率之間有如下關(guān)系：</p><p><b>　?。?-10） </b&g

32、t;</p><p>　　其中，=50KHz，=15MHz/N，N=1，</p><p>　　又由AD9901的線性鑒相區(qū)和鑒相靈敏度的計(jì)算公式：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　對于本課程設(shè)計(jì)的要求，其中，得：</p><p>　　由（1）、（2），取C=0

33、.1uF，有：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　因此可分別選用阻值為。</p><p>　　另外，為了提高環(huán)路對鑒相頻率的抑制，在環(huán)路濾波器中引入由、組成的輔助濾波器電路，但要使輔助濾波器電路不影響二階環(huán)路的基本特性，要求其截止頻率。由輔助濾波器傳輸函數(shù)，因此電容可以選用容值為100pf的電容。</p

34、><p>　　2.3壓控振蕩器VCO</p><p>　　壓控振蕩器實(shí)際上是一種電壓-頻率變換器，其特性用輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線(圖2.9)來表示。圖中,uc為零時的角頻率ω0,0稱為自由振蕩角頻率；曲線在ω0,0處的斜率K0稱為控制靈敏度。在通信或測量儀器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測量的信號（調(diào)制信號）。人們通常把壓控振蕩器稱為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號。在自動頻率控

35、制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個受控部件。</p><p>　　2.3.1壓控振蕩器類型</p><p>　　壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。對壓控振蕩器的技術(shù)要求主要有：頻率穩(wěn)定度好，控制靈敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關(guān)系并宜于集成等。晶體壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，但調(diào)頻范圍窄，RC壓控振蕩器的頻率穩(wěn)

36、定度低而調(diào)頻范圍寬，LC壓控振蕩器居二者之間</p><p>　　圖2.9輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線</p><p>　　在鎖相環(huán)路中，壓控振蕩器的輸出作用于鑒相器，對于鑒相器起作用的是它的瞬時相位。2.3.2 74LS124振蕩器</p><p>　　74LS124單穩(wěn)態(tài)多諧振振蕩器，通過一定的外圍電路就可以構(gòu)成壓控振蕩器。</p>

37、<p>　　74LS124芯片的引腳圖：</p><p>　　圖2.1074LS124芯片的引腳圖</p><p><b>　　3.電路仿真 </b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)使用了TINA軟件，繪畫電路圖并進(jìn)行電路的仿真，依據(jù)鎖相環(huán)路的原理（將輸入信號（參考信號）和輸出信號之間的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生相位誤差電壓來調(diào)整輸出信號

38、的相位，使輸出信號頻率與參考信號頻率相同。）設(shè)計(jì)鎖相環(huán)路電路。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，使用了性能優(yōu)越的超高速數(shù)字鑒頻鑒相器AD9901，</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)的功能</p><p>　　設(shè)計(jì)高速數(shù)字鎖相環(huán)電路，技術(shù)指標(biāo)要求如下：</p><p>　　1．輸入信號，頻率50MHz，電平-13~-9 dBm/50Ω.</p><p>　

39、　2．輸出信號，頻率50MHz，電平-13~-9 dBm/50Ω，諧波抑制>20db,雜波抑制>50db.</p><p>　　3．環(huán)路帶寬,50KHz</p><p>　　將輸入信號（參考信號）和輸出信號之間的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生相位誤差電壓來調(diào)整輸出信號的相位，使輸出信號頻率與參考信號頻率相同。輸入信號，頻率50MHz，電平-13~-9 dBm/50Ω.，輸出信號，頻率50M

40、Hz，電平-13~-9 dBm/50Ω，諧波抑制>20db,雜波抑制>50db.。環(huán)路帶寬,50KHz。</p><p>　　3.2電路指標(biāo)參數(shù)測試及分析</p><p>　　數(shù)字鑒相器AD9901能兼容COMS/TTL/ECL輸入，這里選用具有互補(bǔ)輸出的ECL型AD9901，因?yàn)镋CL電路具有速度快，邏輯功能強(qiáng)，扇出能力高，噪聲低等特點(diǎn)。ECL電路的工作電源通常接法是Vcc接

41、地，負(fù)電源端VEE接-5.2V，輸出直流偏置電壓VREF接-1.29V。</p><p>　　振蕩器(VCO) 構(gòu)成的的形式與模擬鎖相環(huán)路相當(dāng), 14腳用于控制頻率范圍,1腳用于控制頻率調(diào)節(jié),12、13腳選用AD9901壓控振蕩器選用中心頻率160MHz的正斜率振蕩器，壓控靈敏度為15MHz/V。</p><p>　　圖3.1振蕩器(VCO)</p><p><

42、;b>　　鎖相環(huán)參數(shù)測試:</b></p><p>　　1．調(diào)節(jié)參考輸入信號電壓幅度值的大小,可改變壓控輸出頻率,同時觀察和記錄參考輸入信號的幅值及頻率的變化,畫出壓迫特性曲線.</p><p>　　2．一階鎖相環(huán)同步帶和捕獲帶的測試,高參考界入信號的頻率由低到高,記錄波形剛好能鎖定及失鎖時信號彈的頻率;現(xiàn)調(diào)節(jié)頻率由高到低,記錄波形剛好能鎖定及失鎖時信號的頻率.兩次鎖定之

43、間的頻差就是帶,兩次失鎖之間的頻差就是同步帶.</p><p>　　圖3.2捕捉帶與同步帶</p><p>　　3．二階鎖相環(huán)同步帶捕獲帶測試</p><p>　　連接二階鎖相環(huán)電路Lm741.其它操作與一階環(huán)測試方式相同</p><p>　　4．觀察鎖相環(huán)的鑒相特性</p><p>　　重復(fù)C的步驟.觀測鑒相輸出點(diǎn)(

44、AD9901的10足或6足)在捕獲,牽引.鎖定及失鎖的鑒相波形.</p><p>　　5．當(dāng)AD9901的鑒相頻率為50MHZ時,環(huán)路特性是否正常.即達(dá)到輸出信號指標(biāo)的要求.調(diào)整AD9901外圍電路R7;R8.R7觀察對鑒相靈敏及增益的影響.</p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p><b>　　4.1小結(jié)&l

45、t;/b></p><p>　　隨著通信和控制向數(shù)字化方向發(fā)展，需要采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)信號的鎖相處理。此次設(shè)計(jì)根據(jù)鎖相環(huán)電路原理，依據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用超高速數(shù)字鑒頻鑒相器AD9901，其中，鑒相器選用AD9901壓控振蕩器選用中心頻率160MHz的正斜率振蕩器，壓控靈敏度為15MHz/V，高階環(huán)路存在不穩(wěn)定問題，而二階環(huán)無條件穩(wěn)定，因此基本鎖相環(huán)設(shè)計(jì)為二階環(huán)，即采用有源比例積分濾波器的二階環(huán)。另外，為了提高環(huán)路

46、對鑒相頻率的抑制，在環(huán)路濾波器中引入由、組成的輔助濾波器電路，但要使輔助濾波器電路不影響二階環(huán)路的基本特性，要求其截止頻率。選用74LS124單穩(wěn)態(tài)多諧振振蕩器，通過一定的外圍電路就可以構(gòu)成壓控振蕩器。將各個模塊連接起來，通過仿真軟件對初設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行測試，并進(jìn)行調(diào)試，使得電路所實(shí)現(xiàn)的功能滿足設(shè)計(jì)的要求，完成設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.2設(shè)計(jì)收獲、體會</p><p>　　通過此次設(shè)計(jì)

47、，體會到設(shè)計(jì)時所經(jīng)歷的困難，及完成設(shè)計(jì)后所得結(jié)果的歡樂。尤其，對鎖相環(huán)路有進(jìn)一步的認(rèn)識和了解，然而，設(shè)計(jì)全數(shù)字鎖相環(huán)存在許多問題。首先，由于在全數(shù)字的鎖相環(huán)中，各種模擬電平信號變成了方波脈沖或者離散數(shù)據(jù)的形式，而且數(shù)字控制的振蕩信號源不再具有類似于模擬壓控振蕩器的近似線性特征，這使得數(shù)字鎖相系統(tǒng)難以設(shè)計(jì)和分析。其次，傳統(tǒng)的數(shù)字鎖相系統(tǒng)仍然希望通過采用具有低通特性的環(huán)路濾波，從而獲得穩(wěn)定的振蕩控制數(shù)據(jù)。但是，在基于數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)

48、系統(tǒng)中，利用邏輯算法實(shí)現(xiàn)低通濾波是比較困難的。于是，出現(xiàn)了一些脈沖序列低通濾波計(jì)數(shù)電路，其中最為常見的是“N先于M”環(huán)路濾波器。這些電路通過對鑒相模塊產(chǎn)生的相位誤差脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)運(yùn)算，獲得可控振蕩器模塊的振蕩控制參數(shù)。脈沖序列低通濾波計(jì)數(shù)方法是一個比較復(fù)雜的非線性處理過程，難以進(jìn)行線性近似，所以無法采用系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分析方法確定鎖相環(huán)中的設(shè)計(jì)參數(shù)，以及進(jìn)一步分析鎖相性能。此外，有一些數(shù)字鑒相方法產(chǎn)生的相位誤差脈沖，不僅能反映被鎖信號和鎖相

49、信號之間的頻率差別，還能夠利用脈沖寬度反映信號的相位差距。“N先于M”環(huán)路濾波方法只對相位誤差脈沖的個數(shù)進(jìn)行</p><p>　　鑒于上述原因，提出了采用具有比例積分特性的數(shù)字控制方法來實(shí)現(xiàn)環(huán)路濾波，從而得到一種新型的全數(shù)字鎖相環(huán)。設(shè)計(jì)中給出了這種鎖相環(huán)的具體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是可以基于數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)的。在鎖相環(huán)中應(yīng)用比例積分控制不僅能夠使鎖相系統(tǒng)有效地工作，而且通過線性化近似手段，可以定量地計(jì)算鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)參數(shù)、評

50、估鎖相性能。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] David Rosemarin Accurately Compute PLL Active-Filter Parameters [外文期刊] 2000 </p><p>　　[2] 張厥盛;張會寧;刑靜 鎖相環(huán)頻率合成器 1997 </p>

51、<p>　　[3] 高碼速率鎖相FM解調(diào)器設(shè)計(jì) - 電訊技術(shù) - 2002, 42(4) </p><p>　　[4] 葉華;駱永健;林鎮(zhèn)材 數(shù)字鑒相穩(wěn)頻的8mm固態(tài)源 1994(04)</p><p>　　[5] 方建邦 鎖相環(huán)原理及應(yīng)用 1988 </p><p>　　[6] 劉彩霞、劉波粒 高頻電子線路 科學(xué)出版社 2008.7</

52、p><p>　　[7] 羅蘭 鎖相環(huán)的設(shè)計(jì),模擬與應(yīng)用 2003 </p><p>　　[8] 宋麗梅 李剛 《國外電子元器件》 1999 第6期 - 維普資訊網(wǎng) </p><p>　　[9] 陳霞 《電訊技術(shù)》 2003 第4期 - 萬方數(shù)據(jù) </p><p>　　[10] 黃繼江 王彥瑜 《核電子學(xué)與探測技術(shù)》 2007 第5期 - 維

53、普資訊網(wǎng) </p><p><b>　　附1</b></p><p><b>　　相關(guān)設(shè)計(jì)圖</b></p><p><b>　　附圖1</b></p><p><b>　　附2</b></p><p><b>　　元器件

54、清單</b></p><p>　　電平轉(zhuǎn)換器E10505·····························

55、······················1塊</p><p>　　數(shù)字鑒相器AD9901········

56、3;····································&#

57、183;·····1塊</p><p>　　LM741芯片·························

58、3;································1塊</p><p>　　7

59、4LS124芯片···································&#

60、183;····················1塊</p><p>　　不同阻值電阻···········

61、;····································

62、83;·······19個</p><p>　　不同容值電容························