通信原理实验模拟锁相环模块.docx

1、通信原理实验报告二模拟锁相环模块实验 2 模拟锁相环模块一、实验原理和电路说明模拟锁相环模块在通信原理综合实验系统中可作为一个独立的模块进行测试。在系统工作中模拟锁相环将接收端的 256KHz 时钟锁在发端的 256KHz 的时钟上，来获得系统的同步时钟，如 HDB3 接收的同步时钟及后续电路同步时钟。f0=256KHz 64KHzUP04UP03B UP02 UP01512KHz分 频 器4分 频 器8HDB3 环 路滤 波 器放大器图 2.1 模 拟 锁 相 环 组 成 框 图TP02TES跳线器KP02VCOTP03TP06TP04TP05256KbitpsTP07带 通滤 波 器 TP

2、01UP03A64KHz该模块主要由模拟锁相环 UP01（MC4046） 、数字分频器 UP02（74LS161 ） 、D 触发器UP04（74LS74） 、环路滤波器和由运放 UP03（TEL2702）及阻容器件构成的输入带通滤波器（中心频率：256KHz ）组成。在 UP01 内部有一个振荡器与一个高速鉴相器组成。该模拟锁相环模块的框图见图 2.1.1。因来自发端信道的 HDB3 码为归零码，归零码中含有256KHz 时钟分量，经 UP03B 构成中心频率为 256KHz 有源带通滤波器后，滤出 256KHz时钟信号，该信号再通过 UP03A 放大，然后经 UP04A 和 UP04B 两个

3、除二分频器（共四分频）变为 64KHz 信号，进入 UP01 鉴相输入 A 脚；VCO 输出的 512KHz 输出信号经 UP02进行八分频变为 64KHz 信号，送入 UP01 的鉴相输入 B 脚。经 UP01 内部鉴相器鉴相之后的误差控制信号经环路滤波器滤波送入 UP01 的压控振荡器输入端；WP01 可以改变模拟锁相环的环路参数。正常时，VCO 锁定在外来的 256KHz 频率上。模拟锁相环模块各跳线开关功能如下：1、 跳线开关 KP01 用于选择 UP01 的鉴相输出。当 KP01 设置于 1_2 时（左端） ，选择异或门鉴相输出，环路锁定时 TPP03、TPP05 输出信号将存在一定

4、相差；当KP01 设置于 2_3 时（右端） ，选择三态门鉴相输出，环路锁定时 TPP03、TPP05 输出信号将不存在相差，详情请参见 4046 器件性能资料。调整电位器 WP01 可以改变模拟锁相环的环路参数。2、 跳线开关 KP021 是用于选择输入锁相信号：当 KP021 置于 1_2 时（HDB3：左端），输入信号来自 HDB3 编码模块的 HDB3 码信号；当 KP021 置于 2_3 时（TEST：右端）选择外部的测试信号（J007 输入） ，此信号用于测量该模拟锁相环模块的性能。在该模块中，各测试点的定义如下：1、 TPP01：256KHz 带通滤波器输出2、 TPP02：隔离

5、放大器输出3、 TPP03：鉴相器 A 输入信号（64KHz）4、 TPP04：VCO 输出信号（512KHz）5、 TPP05：鉴相器 B 输入信号（ 64KHz）6、 TPP06：环路滤波器输出7、 TPP07：锁定指示检测（锁定时为高电平）二、实验仪器1、 JH5001 通信原理综合实验系统 一台2、 20MHz 双踪示波器 一台3、 函数信号发生器 一台三、实验目的1、 熟悉模拟锁相环的基本工作原理2、 掌握模拟字锁相环的基本参数及设计四、实验内容准备工作：将输入信号选择开关 KP02 设置在 TEST 位置，鉴相输出开关 KP01 设置在2_3 位置（右端） 。1. VCO 自由振荡

6、频率测量（选做）（1） 将测试信号输入端口 J007 接地，把函数信号发生器方式设置为记数（频率计功能） ，闸门时间放在 100ms 或 1s，测量 TPP04 监测点的 VCO 输出振荡频率f0。记录闸门每次闪动的频率读数（其读数不太稳定） 。（2） 求出 VCO 在频率 512KHz 时的短期频率稳定度（f/ f 0） 。2. 锁定状态观测（1） 用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256 KHz 的 TTL 方波信号。用示波器同时测量鉴相器输入 A、B 脚的波形 TPP03、TPP05 的相位关系。环路锁定该两信号将不存在相差。（2） 将鉴相输出开关 KP01 设置在

7、 1_2 位置（左端） ，重复上述测量步骤。环路锁定该两信号将存在相差。3. 锁定频率测量和分频比计算将函数信号发生器设置在记数状态（频率计） 。参见图 2.1.1 模拟锁相环模块的框图，测量各频率。记录测量结果，计算分频比。4. 环路锁定过程观测用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256KHz 的 TTL 方波信号。用示波器同时观测 TPP03、TPP05 的相位关系，测量时用 TPP03 同步；反复断开和接入测试信号，让锁相环进行重新锁定状态。此时，观察它们的变化过程（锁相过程） 。5. 锁定检测信号观测将跳线器 KP01 设置在 2_3 位置（由端） ，用函数信号发生

8、器产生一个 256KHz 的 TTL信号送入数字数字信号测试端口 J007，用示波器观测锁定检测点 TPP07 点的波形。调整函数信号发生器输出频率使环路失锁和锁定，记录 TPP07 点的波形变化。6. 同步带测量（1） 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007。用示波器同时测量 J007、TPP04 的相位关系，测量时用 J007 同步；正常时环路锁定，该两信号应为同步。（2） 缓慢增加函数信号发生器输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形失步，记录下失步前的频率。（3） 调整函数信号发生器频率为 256KHz，使环路锁定。缓慢降低函数信号

9、发生器输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形失步，记录下失步前的频率。（4） 计算同步带。7. 捕捉带测量（1） 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007。用示波器同时测量 J007、TPP04 的相位关系，测量时用 J007 同步；正常时环路锁定，该两信号应为同步。（2） 增加函数信号发生器输出频率，使 J007、TPP04 两点波形失步；然后缓慢降低函数信号发生器输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形同步。记录下同步一刻的频率。（3） 降低函数信号发生器输出频率，使 J007、TPP04 两点波形失步；然后缓慢增加函数信号发生器

10、输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形同步。记录下同步一刻的频率。（4） 计算捕捉带。8. VCO 压控灵敏度测量用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007，将示波器放在 DC 输入位置，示波器幅度显示设置500mv/DIV，用示波器检测 VCO 输入的压控电压（TPP06 ） 。缓慢增加函数信号发生器输出频率到 276KHz，记录此时 TPP05 的电压值V1；缓慢降低函数信号发生器输出频率到 236KHz，记录此时 TPP05 的电压值 V2。计算压控灵敏度：40KHz/（V1-V2） 。亦可用数字三用表测量 TPP06 点的直流电压。五

11、、实验报告1、 根据环路参数，解释为什么 TPP04 的波形存在抖动？2、 画出各测量点的波形。3、 分析总结各项测量结果。六、 实验结果1.锁定状态观测（1）用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256 KHz 的 TTL 方波信号。用示波器同时测量鉴相器输入 A、B 脚的波形 TPP03、TPP05 的相位关系。环路锁定该两信号将不存在相差。（2）将鉴相输出开关 KP01 设置在 1_2 位置（左端） ，重复上述测量步骤。环路锁定该两信号将存在相差。2.环路锁定过程观测用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256KHz 的 TTL 方波信号。用示波器同时

12、观测 TPP03、TPP05 的相位关系，测量时用 TPP03 同步；反复断开和接入测试信号，让锁相环进行重新锁定状态。此时，观察它们的变化过程（锁相过程） 。3.锁定检测信号观测将跳线器 KP01 设置在 2_3 位置（由端） ，用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL信号送入数字数字信号测试端口 J007，用示波器观测锁定检测点 TPP07 点的波形。调整函数信号发生器输出频率使环路失锁和锁定，记录 TPP07 点的波形变化。4.同步带测量(1)用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007。用示波器同时测量 J007、TPP04 的相位关

13、系，测量时用 J007 同步；正常时环路锁定，该两信号应为同步。(2)缓慢增加函数信号发生器输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形失步，记录下失步前的频率。(3)调整函数信号发生器频率为 256KHz，使环路锁定。缓慢降低函数信号发生器输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形失步，记录下失步前的频率。(4)计算同步带。T 同步带 f=357kHz-164kHz=193kHz9. 捕捉带测量（1）用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007。用示波器同时测量 J007、TPP04 的相位关系，测量时用 J007 同步；正常时环路锁定，该两信号应为同步。（2）增加函数信号发生器输出频率，使 J007、TPP04 两点波形失步；然后缓慢降低函数信号发生器输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形同步。记录下同步一刻的频率。（3）降低函数信号发生器输出频率，使 J007、TPP04 两点波形失步；然后缓慢增加函数信号发生器输出频率，直至 J007、TPP04 两点波形同步。记录下同步一刻的频率。（4）计算捕捉带。捕捉带 f=360kHZ-88kHz=292kHz