眼图观察测量试验

1、实验12 眼图观察测量实验一、实验目的1.学会观察眼图及其分析方法，调整传输滤波器特性。二、实验仪器.眼图观察电路（底板右下侧）时钟与基带数据发生模块，位号：G 3.噪声模块，位号E 4.100M双踪示波器1台三、实验原理在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性 能。我们知道，在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产 生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。在 码间串扰和噪声同时存在情况下，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不 到近似结果。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图进行分析。眼图可以直观地估价系统的码间干扰

2、和噪声的影响，是一种常用的测试手段。 什么是眼图?所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作 为同步信号，基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形 称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为 对于二进制信号波形，它很像人的眼睛故称眼图。在图12-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个 有失真（码间串扰）。图12-1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图 中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。 在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1 或-1。当

3、波形有失真时，“眼睛” 部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样，保证正确 判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图12-2的形状。由此图可以看出：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛 闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡， 对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判

4、决；(5) 阴影区与横轴相交的区间表示零点位置 变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验 室理想状态下的眼图如图12-3 所示。衡量眼图质量的几个重要参数有：.眼图开启度(U-2A U)/U指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应眼图为100%。v v出)有失其时图12-1无失-真及有失真时的波形及眼图 (a)无码间串扰时波形;无码间串扰眼图 3)有码间串扰时波形,有码间串扰眼图信号波形闻)无失其时AT及住取样时间 （最佳取样点）零点位置的失真图12T眼图的重嘤性质其中 U=U+U-.“眼皮”厚度2A U/U指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与

5、最大幅度之比，无畸变眼图的 “眼皮”厚度应等于0。2交叉点发散度A T/T3指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为 0。 正负极性不对称度指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完 全保证判决全部正确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，误判越小。在图12-3 中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。本实验主要是完成PSK解调输出基带信号的眼图观测实验。图12-3实髓室理想状态下的眼图(a)二进制系统(b)随机数据输

6、入后的二进制系统四、各测量点和可调元件作用底板右下侧“眼图观察电路”W06：接收滤波器特性调整电位器。P16：眼图观察信号输入点。P17：接收滤波器输出升余弦波形测试点(眼图观察测量点)。五、实验步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块：模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块G噪声模块E对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆口一致。2信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接：源端目的端连线作用4P01 (G)3P01 (E)将待传输的码兀数据送入高斯白噪声信道；3P02 (G)P16 （底板）将经过加噪后的信号送入眼图观察电

7、路；3加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请 立即关闭电源，查找异常原因。4实验内容设置拨码器“4SW02（G）设置为“00011，4P01产生32K的511位m序列；5眼图观测（1）用示波器的一根探头CH1放在“4P02”（G）上，另一根探头CH2放在“P17” （底板）上，选择示波器触发方式为CH1。（2）调整示波器的扫描旋纽，则可观察到若干个并排的眼图波形。眼图上面的 一根水平线由连1 引起的持续正电平产生，下面一根水平线由连0码引起的持 续的负电平产生，中间部分过零点波形由1.0 交替码产生。无噪声眼图波形观察（1）调节3W01（E）电位器，将3TP

8、01噪声电平调为0,使传输信道无噪声;（2）调整接收滤波器r（回）H（这里可视为整个信道传输滤波器（回）H）的特性， 使之构成一个等效的理想低通滤波器。观看眼图，调整电位器W06直到眼图波 形的过零点位置重合、线条细且清晰，此时的眼图为无码间串扰、无噪声时的眼 图。在调整电位器W06过程中，可发现眼图波形过零点线条有时弥散，此时的 眼图为有码间串扰、无噪声时的眼图，并且线条越弥散，表示码间串扰越大；在 调整过程中，还可发现W06在多个不同位置，眼图波形的过零点都重合，由于W06 不同位置，对应的不同特性，它正好验证了无码间串扰传输特性不是唯 的。（）H回有噪声时眼图波形观察调节3W01（E）,

9、逐渐增加噪声电平。在增 大噪声电平的过程中，注意观察眼图的形状变化，分析噪声电平对眼图的影响，1.皿反过来通过不同状态的眼图，分析当前传输信道的噪声。图噪声模块电路%【邛心IIARJ啥3 M3CJ23EQ2IKOl rlHi I id&P22K.忙QB I-104JUILL3621Mp;pmI5TX调整眼图电路参数后眼图观察调节W06 （底板）电位器，改变眼图信道传输滤波器的带宽，在调整过程中，分析信道带宽对眼图电路的影响，并结合眼图理论分析带宽、码间串扰2.00V/cW.0V/18.2。” 喻 . 1195V| 寮 Agilent小枭.1林川得炙250MS/$M上升1(2t_ 无边沿同制2:

10、无边沿10.00；/上升射响2.00V/ 2 5 00V/采集 柞（立 500MSa/sMi1 200V/ 2 B.00V/0,0,10,00”欧 打器道 黑6.关机拆线实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求1分析电路的工作原理，叙述其工作过程。2叙述眼图的产生原理以及它的作用。答：实验13 数字频率合成实验 一、实验目的1加深对基本锁相环工作原理的理解；2熟悉锁相式数字频率合成器的电路组成与工作原理。二、实验仪器.数字频率合成模块，位号：B.时钟与基带数据发生模块，位号：G3100M 双踪示波器1台三、实验原理1锁相环的构成及工作原理（1）锁相环的基本组成

11、图 13-1 是锁相环的基本组成方框图，它主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）组成。压控振荡器（VCO）VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号 为加在VCO上的电压。所谓压控振荡器就是振荡频率受输入电压控制的振荡 器。鉴相器（PD）PD是一个相位比较器，用来检测输出信号0 V（t）与输入信号i V（t） 之间的相位差回（t）并把回（转化为电压V（t） d输出，V（t） d称为误差电压， 通常V （t） d作为一直流分量或一低频交流量。环路滤波器（LF）LF作为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD的非线性而在V （t） d中产生的无用组合频率分量

12、及干扰，产生一个只反映回（t大小的控制信号V（t） C。4046 锁相环芯片包含鉴相器（相位比较器）和压控振荡器两部分，而环路 滤波器由外接阻容元件构成。（2）锁相环锁相原理锁相环是一种以消除频率误差为目的反馈控制电路，它的基本原理是利用相 位误差电压去消除频率误差。按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO的 频率发生变化使得与输入频率不相等，这必将使V （t） O与V （t） i的相位差回（t） 发生变化，该相位差经过PD转换成误差电压V （t） d。此误差电压经过LF滤波 后得到V （t） c，由V （t） c去改变VCO的振荡频率，使其趋近于输入信号的频率， 最后达到相等。环路达到最后

13、的这种状态就称为锁定状态。当然由于控制信号正 比于相位差，即V （t） d正比于回（t），因此在锁定状态，回（t）不可能为零， 换言之，在锁定状态V （t） O与V （t） i仍存在相位差。虽然有剩余相位误差存大， 但频率误差可以降低到零，因此环路锁定时，压控振荡器输出频率OF与外加基 准频率（输入信号频率）i F相等，即压控振荡器的频率被锁定在外来参考频率 上。3数字频率合成器的基本工作原理频率合成技术是现代通信对频率源的频率稳定度与准确度，频谱纯度及频带 利用率提出越来越高的要求的产物。它能够利用一个高稳标准频率源（如晶体振 荡器）合成出大量具有同样性能的离散频率。直接式锁相频率合成器构成

14、如图13-2所示。图中fR为高稳定的参考脉冲信 号（如晶体振荡器输出的信号），压控振荡器（VCO）输出经N次分频后得到频 率为fN的脉冲信号。fR和fN在鉴相器（PD）进行比较，当环路处于锁定状态 时，则：/r = fy因为二fl 所以 R f N打35P02图13T宜接式锁相环频率合成器功能框图35Poi35TP01可变分频器 (-N)压控振荡渊 (VCQ)鉴相器TD)环路滤波器 (LF)显然，只要改变分频比N,即可达到改变输出频率。的目的，从而实现由fR合成乳的 任芬，这样,只要输入一个固定参考频率豌，即可得到一系列所需要的频率.在该电路中, 输出频率点间隔旷二片,口选择不同的可以获得不同

15、心的频率间隔。:一二一：二一.n v图13-3数字锁相环颠率合成罂原理图数字锁相环频率合成器原理图如图13-3, 35U02(4046)锁相环的功能框图 如图13-4所示，35U02(MC14522)、35U03(MS14522)构成二级可预置分频 器，35U02.35U03分别对应着总分频比N的十位、个位分频器。模块上的两个 4位红色拨动开关35SW01.35SW02分别控制十位数、个位数的分频比，它们以 8421BCD 码形式输入。拨动开关往上拨为“1”，往下拨为“0”。使用时按所需分频 比N 预置好35SW01.35SW02的输入数据，例如N=7时，35SW01置“0000”，35W02

16、 置“0111”； N=17 时，35SW01 置“0001”，35SW02 置“0111”。但是应当 注意，当35SW02置“1111”时，个位分频比N1=15,如果35SW01置“0001”时，此时的总分频比为N=25。因此为了计算方便，建议个位分频比的预置不要超过9。当程序分频器的分频比N置成1,也就是把35SW01置“0000”，35SW02置 成“0001” 状态。这时，该电路就是一个基本锁相环电路。当二级程序分频器的 N 值可由外部输入进行编程控制时，该电路就是一个锁相式数字频率合成器电 路。图13-4 4016锁相环逻辑框图外引线排列管脚功能简要介绍:PD12VCO1-GND15

17、VZ 1NE PDO1PD02-PD 口 3-VCOo-RI-R2一口儡电压相位比较器1VCO压控振荡器振荡跟随器PDlllVDD 1 -相位比较器2 4第1引脚（PDO3）：相位比较器2输出的相位差信号，为上升沿控制逻辑。第2引脚（PDO1）：相位比较器1输出的相位差信号，它采用异或门结构，即 鉴相特性为PDO1=PDI1 PDI2第3引脚（PDI2）：相位比较器输入信号，通常PD为来自VCO的参考信号。第4引脚（VCOO）：压控振荡器的输出信号。第5引脚（INH）：控制信号输入，若INH为低电平，则允许VCO工作和源极跟 随器输出：若INH为高电平，则相反，电路将处于功耗状态。第6引脚（。

18、）：与第7引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。第7引脚（。）：与第6引脚之间接一电容，以控制VCO的振荡频率。第8引脚（GND）：接地。第9引脚（VCOI）：压控振荡器的输入信号。第10引脚（SFO）：源极跟随器输出。第11引脚（R1）：外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。第12引脚（R2）：外接电阻至地，分别控制VCO的最高和最低振荡频率。第13引脚（PDO2）：相位比较器输出的三态相位差信号，它采用PDI1.PDI2上 升沿控制逻辑。第14引脚（PDI1）：相位比较器输入信号，PDI1输入允许将0.1V左右的小信号 或方波信号在内部放大并再经过整形电路后，输出至相位比较

19、器。第15引脚（VI ）:内部独立的齐纳稳压二极管负极，其稳压值V58V,若与 TTL电路匹配时，可以用来作为辅助电源用。第16引脚（VDD ）：正电源，通常选+5V,或+10V, +15V。四、各测量点及可调元件的作用35SW01：分频比的十位数设置开关，以8421 BCD码形式输入。35SW02：分频比的个位数设置开关，以8421 BCD码形式输入。35P01： VCO输入参考信号铆孔，即相位比较器输入信号。35TP01：相位比较器输入信号，通常PD为来自VCO的参考信号。35P02： VCO压控振荡器的输出信号铆孔。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块在关闭系统电源的情况下，按照下表放置

20、实验模块：模块名称放置位号时钟与基带数据发生模块G数字频率合成模块E对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆口一致。2信号线连接使用专用导线按照下表进行信号线连接：源端目的端连线作用P09 （底板）35P01 （E）将10K的基准时钟信号送入数字频率合成输入端；4加电打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常， 请立即关闭电源，查找异常原因。5实验内容设置使DDS信号源工作在“抽样”功能，即“D04D03D02D01” =0001, DDS信号源的抽样脉冲输出端（P09）默认输出10K的脉冲信号，占空比为50%。5锁相环锁定状态测量（

21、1）设35SW01=0000、35SW02=0001, 35SW01.35SW02 分别对应着总频比 N 的 十位、个位分频器，则程序分频器的分频比N = 1,。（2）双踪示波器探头分别接至35P01.35P02,观测两点波形，两信号相位和频率完全一致则说明锁相环频率锁定；6相位抖动（相位噪声）特性测量（1）调整示波器扫描宽度，使示波器宽度大约容纳1.5个基准频率（25P01）波 形，观察频率锁定时两信号上升沿是否对齐。（3）仔细观察会发现，锁定后的信号（25P02）上升沿有抖动，测量其抖动时间长度，并记录。（3）计算上升沿抖动与基准频率一个时钟周期的比值，该值的一半即为锁相环的时钟抖动。7调整信号脉冲观测（1）用示波器分别观测35P01和35TP01,其中35TP01为锁相环的调整信号脉冲。（2）调整35SW01.35SW02的值观察35TP01的变化。（4）用示波器分别观测35TP01和35P02,分析两个测量点之间的关系。8捕捉带测量(1)用示波器分别测量35P01.35P02；(2)逐渐增大35SW