基于锁相环的精确自动增益控制电路

1、基于锁相环的精确自动增益控制电路 字号显示：大 中 小2006-07-25 12:45:24来源：电子查询网1引言 集成锁相环作为现代电子线路中的常用组件被广泛应用于信号产生、调频及解调、频 率合成、调幅、调相、电机控制等领域。在此结合锁相环路的特性讨论其在自动增益 控制方面的应用。 在很多电子功能电路中都需要对电平变化的信号加以稳幅。例如，在调相制式的通信系 统 中，含有正弦鉴相特性PD的锁相环解调电路对幅度非常敏感，需要预先去掉寄生调幅。通 常使用的有二极管钳位电路、工作点特别设计的三极管限幅电路、AGC电路以及高频中普遍 应用的工作于过压状态下的谐振放大器。前2种电路结构简单，但其不足也

2、是显而易见的： 一 方面由于在原理上引入了器件非线性机制，导致这种电路的频域失真较大，而且通常随 着输 入波动态范围增大引入的非线性更加强烈；另一方面由于是开环结构，所以稳幅精度不高。 过 压区放大器由于自身回路滤波作用使得频率失真较小，但仍为开环结构，精度不高。传统 AGC电路在性能上比前面几种电路有很大改善，不过高精度的传统AGC电路对比较级、误差 放大级的要求都高，总体比较复杂；又因为各个单元一般是分立的，所以可靠性会受影响。 笔者通过多次总结，设计了一种通过锁相环来自动稳幅的电路结构，这种电路结构由 2片集成模拟器件实现，简单可靠，仿真与实测结果表明该电路稳幅性能优良。 2原理说明电路

3、原理如图1所示。设vi=A(1+cost)cost ，环路滤波器LP采用一阶RC电路， （经过检波及低通滤波后可忽略载波成分对整个控制过程的影响）、乘法器输 出电压vo，检波器输出电压vd，VCO压控灵敏度，VCO自由振荡频 率fo，令乘法器各通道增益为1，则当环路锁定时，存在：因fr，fo、K是常数，故vd亦为常数。 又因为vd是vo幅度的单调增函数，所以vo幅度为常数，即vo为等幅 波。且锁定时设环路滤波器输出控制电压为Vcontrol，其满足：如图2所示，在Protel环境下实施图1机制的电路图。其中PLL1是自由振荡频率为100 kHz ，压控灵敏度20 kHz/V的低频锁相环，M1,

4、M2是乘法器，正弦信号源MOD与调频信号源SI GNAL 相乘产生带寄生调幅的调频信号INPUT，FREF是频率为110 kHz的环路参考频率源。环路的控 制电压CONTROL加到M1的V1端与INPUT相乘，去掉寄生调幅而输出OUTPUT。 图3中从上到下依次是INPUT，CONTROL，OUTPUT信号，可以清晰地看到调 节环路从初始状态逐渐进入稳定跟踪状态的过程,在1.5 ms后锁相环进入锁定状态,调节 电压Vcontrol与输入波形相乘的结果是稳幅波。图4是仿真图形的稳定部分局部放大。 3对电路参数的分析 这种电路正常工作的重要前提是锁相环处于锁定状态，即输入电压的变动不能超 出 锁相

5、环同步带所决定的范围。如果把各个环节都近似看成线性的（在这里这种近似是比 较可靠的），那么输入电压最大相对变化范围应正比于同步带。目前通用集成锁相环芯片的 相对同步带大约为60%，对应的最大输入调幅系数为0.3。考虑到高阶环路捕捉带 比同步带要小，故要想环路自动入锁，则输入信号的调制度还要比这个小。 以上是粗略估计，为了能够使环路锁定，具体环路参数还是要做一定考虑。经过 多次试 验总结了一些基本原则：首先要对输入波形做科学的预测，再通过式(3)预计环路中需要通 过的信号，然后合理选择R1C1电路的时间常数，以保证此信号落入环路滤波器通带 内。对于门电路 鉴相器，为了保证环路滤波器输出波形质量，

6、减少抖动，参考频率应该取为寄生调制频率的 若干倍以上的数值，因此要求锁相环最高工作频率高于这个数值。检波器的设计应遵循解 出信号的真实包络并且使时间常数最大的原则，这一级如果反映不出较真实的寄生信号，则 系 统的自动调节从根本上就是盲目的，不可能得到正确结果；时间常数太小会使VCO控 制信号 抖动厉害，不利于捕捉。所有参量基本确定后再验证系统是否稳定，不稳定再修改、验证， 直至稳定。 4结语 锁相环稳幅电路性能优良且便于模块化。锁相环自身工作频率和所稳定的信号频率没有 任何关系，完全可以用廉价的低频锁相环（如CD4046，LM567等）解决高频信号精确稳幅问 题。本文提出的电路亦应包含于AGC电路的概念中，但把传统AGC电路和本文提出的电路比 较可知，他们优点分别是可控动态范围大和精度高，若在适当时候两者做成前后级，则可以 相得 益彰，实现宽作用范围、高精度AGC电路。验证电路中的乘法器可以是任何可控增益放大器 ，不计增益时甚至可以用场效应管和电阻构成的可控衰减网络来代替。 这种电路的温度稳定性主要由提供参考频率的晶体、VCO自由振