1、鎖相技術課程結業論文題 目 調制跟蹤環在通信中的應用 院系名稱： 信息科學與工程學院 專業班級： 電子信息工程 學生姓名： 星空 學 號： 授課教師： 摘 要鎖相環技術是一種通信領域十分重要的技術。鎖相環（PLL）是一個相位反饋系統，包含鑒相器（PD）、環路濾波器（LF）以及壓控振蕩器（VCO）三個基本部件。當鎖相環輸入信號為調角信號時，環路的輸入量i（t）是由正弦信號等穩態基帶信號產生時，通過環路的頻率特性來分析環路對i（t）的響應，可以得到調制跟蹤特性。當滿足一定條件時，環路既跟蹤了輸入信號的載波i，又跟蹤了輸入信號的調制相位i（t），構成了調制跟蹤環，稱此環路工作在調制跟蹤狀態。環路工作

2、在調制跟蹤狀態時，VCO的輸出信號u0(t)的相位可以跟蹤環路輸入信號ui(t)的相位.當ui(t)為調制信號時，u0(t)也為調頻信號且其瞬時頻率基本相同，因此VCO的控制電壓即為我們所需要的解調輸出信號。根據這個原理，我們可以提取輸入已調信號的載波，也可提取淹沒在噪聲中的載波信號。關鍵詞：鎖相環；VCO；解調電路；調制跟蹤環；鎖相鑒頻目錄1 緒論41.1 課題目的和意義41.2 課題研究內容42 基于鎖相環的調制跟蹤原理52.1鎖相環5鎖相環的基本組成52.1.2 鎖相環的工作原理52.1.3 鎖相環的解調電路62.2 鎖相環的調制跟蹤原理63 鎖相鑒頻在調制跟蹤環中的工作原理7結 論8參

3、 考 文 獻81 緒論1.1 課題目的和意義數字通信顯著的優點：抗干擾能力強、傳輸質量與通信線路長短無關、有高的技術指標(即可提高傳輸的可靠性)、經濟性(數字設備體積小、功耗低、價格低廉)、便于加密處理。因此數字通信是現代通信發展的趨勢。而在數字通信的技術中，數字調制與解調技術占有非常重要的地位，起著關鍵性的作用。數據信號的傳輸主要是利用現有通信網來進行的。實際通信中絕大多數的信道都不能直接傳送基帶信號，必須用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，即所謂調制。在大多數數字通信系統中，都選擇正弦信號作為載波。這是因為正弦信號形式簡單，便于產生及接收。1.2

4、 課題研究內容鎖相環（PLL）是一種閉環的自動跟蹤負反饋系統。當鎖相環輸入信號為調角信號時，環路的輸入量i（t）往往是由正弦信號、語音信號等穩態基帶信號產生的。此時，通過環路的頻率特性來分析環路對i（t）的響應是比較方便的，由此可以得到調制跟蹤的跟蹤特性。鎖相環路具有載波跟蹤特性，作為一個窄帶跟蹤濾波器，可提取淹沒在噪聲中的信號；用高穩定的參考振蕩器鎖定，可提供頻率高穩定的頻率源：可進行高精度的香味與頻率測量等等;鎖相環路具有調制跟蹤特性，可制成高性能的調制器和解調器。它具有低門限特性，可大大改善模擬信號和數字信號的解調質量。調制跟蹤時，環路既跟蹤了輸入信號的載波i，又跟蹤了輸入信號的調制相位

5、i（t），構成了調制跟蹤環，稱此環路工作在調制跟蹤狀態。環路工作在調制跟蹤狀態時，VCO的輸出信號u0(t)的相位可以跟蹤環路輸入信號ui(t)的相位.當ui(t)為調制信號時，u0(t)也為調頻信號且其瞬時頻率基本相同，因此VCO的控制電壓即為我們所需要的解調輸出信號。2 基于鎖相環的調制跟蹤原理2.1鎖相環2.1.1鎖相環的基本組成圖 1 鎖相環基本組成 環路鎖定時，鑒相器的兩個輸入信號頻率相等，沒有頻率誤差。頻率跟蹤特性：環路鎖定時，VCO 輸出頻率能在一定范圍內跟蹤輸入信號頻率的變化。窄帶濾波特性：可以實現高頻窄帶帶通濾波。2.1.2 鎖相環的工作原理鑒相器（PD）：用以比較、相位，

6、輸出反映相位誤差 的電壓。環路濾波器（LF）：用以濾除誤差信號中的高頻分量和噪聲，提高系統穩定性。壓控振蕩器（VCO）：在控制下輸出相應頻率。圖2 與的頻率和相位之間的關系兩個正弦信號的頻率和相位之間的關系如圖2所示，若能保證兩個信號之間的相位差恒定，則這兩個信號的頻率必相等。若，則稱電路處于失鎖狀態，和之間產生相位變化，鑒相器輸出誤差電壓，它與瞬時誤差相位成正比，經過環路濾波，濾除了高頻分量和噪聲而取出緩慢變化的電壓，控制VCO 的角頻率，去接近。最終使，相位誤差為常數，環路鎖定，這時的相位誤差稱為剩余相位誤差或穩態相位誤差。2.1.3 鎖相環的解調電路圖3 鎖相解調電路原理框圖輸入為調頻信

7、號，當環路鎖定后，壓控振蕩器的振蕩頻率就精確地跟蹤輸入調頻信號的瞬時頻率而變化，產生具有相同調制規律的調頻信號。只要壓控振蕩器的頻率控制特性是線性的，壓控振蕩器的控制電壓uc(t) 就是輸入調頻信號的原調制信號。要求：捕捉帶 輸入調頻信號的最大頻偏環路帶寬大于輸入調頻信號中調制信號的頻譜寬度2.2 鎖相環的調制跟蹤原理一個線性系統的頻率特性G（j）是用來表示其輸入信號x(t)的傅氏變換x(j)與輸出信號y(t)的傅氏變換y(j)之間關系的，即： Y（j）=X(j)G(j)若x(t)=Xsint,則y(t)=XG(j)sint+G(j)。 在鎖相環中，雖然實際的輸入信號是電壓ui(t)，輸出信號

8、是電壓u0(t)，但在系統的數學模型中，輸入信號是i（t），輸出信號是0（t）。把環路的開環傳遞函數、閉環傳遞函數及誤差傳遞函數中的s換成j，可得其開環頻率特性H0（j）、閉環頻率特性H（j）及誤差頻率特性He（j）。H（j）、He（j）分別表示i（t）與0（t）及i（j）與e（j）之間的關系，即 H（j）=0（j）/i（j） （2.2.1） He（j）=e（j）/i（j） （2.2.2） 當基帶信號的最低頻率L>c時，在i（t）的頻率范圍內（即在基帶信號的頻率范圍內）有 H（j）100 （2.2.3） He（j）0 （2.2.4）成立，此時環路可完全跟蹤i（t），即 0（t）i（t）（

9、2.2.5） e（t）0（2.2.6） u0（t）U0cosit+i(t) （2.2.7）環路既跟蹤了輸入信號的載波i，又跟蹤了輸入信號的調制相位i(t)，稱此環路工作在調制跟蹤狀態或稱這種環路為調制跟蹤。3 鎖相鑒頻在調制跟蹤環中的工作原理解調信號的輸出環路濾波器（LF）鑒相器（PD）壓控振蕩器（VCO）圖4鎖相鑒頻工作原理環路工作在調制跟蹤狀態時，VCO的輸出信號u0(t)的相位可以跟蹤環路輸入信號ui(t)的相位.當ui(t)為調制信號時，u0(t)也為調頻信號且其瞬時頻率基本相同，因此VCO的控制電壓即為我們所需要的解調輸出信號。結 論1: 鎖相鑒頻電路本電路可劃分為三個模塊：調頻信號的產生：環路鎖相環：解調輸出信號：2：各模塊時域波形：1）：基帶信號：2）：調頻信號3）：乘法器輸出信號4）；低通濾波器輸出信號5）；線性放大信號6）壓控振蕩器輸出信號7）：解調信號8):頻譜9）：參數設置參 考 文 獻 1 陽昌漢. 高頻