实验三模拟锁相环与载波同步

1、实验三：模拟锁相环与载波同步实验目的模拟锁相环工作原理以及环路锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。掌握用平方法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。了解相干载波相位模糊现象产生的原因。二、实验内容观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。观察环路的捕捉带和同步带。用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象。三、实验步骤本实验使用数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元。熟悉载波同步单元的工作原理。接好电源线，打开实验箱电源开关。检查要用到的数字信源单元和数字调制单元是否工作正常（用示波器观察 信源NRZ-OUT（AK）和调制2DPSK信号

2、有无，两者逻辑关系正确与否）。用示波器观察载波同步模块锁相环的锁定状态、失锁状态，测量环路的 同步带、捕捉带。环路锁定时u为直流、环路输入信号频率等于反馈信号频率（此锁相环中 d即等于VCO信号频率）。环路失锁时u为差拍电压，环路输入信号频率与反馈信 d号频率不相等。本环路输入信号频率等于2DPSK载频的两倍，即等于调制单元 CAR信号频率的两倍。环路锁定时VCO信号频率等于CAR-OUT信号频率的两倍。 所以环路锁定时调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT频率完全相等。根据上述特点可判断环路的工作状态，具体实验步骤如下：（1）观察锁定状态与失锁状态打开电源后用示波器观察ud，若ud为

3、直流，则调节载波同步模块上的可变电 容C，u随C减小而减小，随C增大而增大（为什么？请思考），这说明环路 34 d 3434处于锁定状态。用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT， 可以看到两个信号频率相等。若有频率计则可分别测量CAR和CAR-OUT频率。在 锁定状态下，向某一方向变化C34，可使ud由直流变为交流，CAR和CAR-OUT频 率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。接通电源后ud也可能是差拍信号，表示环路已处于失锁状态。失锁时勺的最 大值和最小值就是锁定状态下ud的变化范围（对应于环路的同步范围）。环路处 于失锁状态时，CAR和CAR-Ou/频率不相等。调节

4、C34使ud的差拍频率降低，当 频率降低到某一程度时ud会突然变成直流，环路由失锁状态变为锁定状态。(2)测量同步带与捕捉带环路处于锁定状态后，慢慢增大七，使ud增大到锁定状态下的最大值ud(此 值不大于+12V)；继续增大C34，ud变为交流(上宽下窄的周期信号)，环路失锁。 再反向调节减小C34，ud的频率逐渐变低，不对称程度越来越大，直至变为直流。 记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2；继续减小C34，使 u减小到锁定状态下的最小值u ；再继续减小C，u变为交流(下宽上窄的周 TOC o 1-5 h z dd334 d期信号)，环路再次失锁。然后反向增大C34,记环路

5、刚刚由失锁状态进入锁定状 态时鉴相器输出电压为ud4。34令Vi=udi- ud3, V2=ud2- ud4，它们分别为同步范围内及捕捉范围内环路控 制电压的变化范围，可以发现 ViA七。设VCO的灵敏度为K0(HZ/V)，则环路 同步带 f及捕捉带 f分别为： f =K A V/2， f =K V/2 oHPH 01P 02应说明的是，由于VCO是晶体压控振荡器，它的频率变化范围比较小，调节C34时环路可能只能从一个方向由锁定状态变化到失锁状态，此时可用九=K (u -6) 或A f =K (6-u )、A f =K (u -6) 或A f =K (6-u )来计算同步带和捕0 d1H 0

6、d3P 0 d2P 0 d4捉带，式中6为ud变化范围的中值(单位：V)。作上述观察时应注意： ud差拍频率低但幅度大，而CAR和CAR-OUT的频率高但幅度很小，用示波 器观察这些信号时应注意幅度旋钮和频率旋钮的调整。失锁时，CAR和CAR-OUT频率不相等，但当频差较大时，在鉴相器输出端 电容的作用下，u幅度较小。此时向某一方向改变C，可使u幅度逐步变大、d34d频率逐步减小、最后变为直流，环路进入锁定状态。环路锁定时，u不是一个纯净的直流信号，在直流电平上叠加有一个很小 d的交流信号。这种现象是由于环路输入信号不是一个纯净的正弦信号所造成的。环路失锁：环路再次失锁:5.观察相十载波相位模

7、糊现象观察环路的捕捉过程先使环路处于失锁定状态，慢慢调节c34,使环路刚刚进入锁定状态后，关 闭电源开关，然后再打开电源，用示波器观察ud，可以发现ud由差拍信号变为 直流的变化瞬态过程。ud的这种变化表示了环路的捕捉过程。使环路锁定，用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT 信号，反复断开、接通电源可以发现这两个信号有时同相、有时反相。1总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点。答：模拟锁相环锁定的特点：输入信号频率与反馈信号的频率相等，鉴相器输出 电压为直流。模拟锁相环失锁的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压。2.设K0=18 HZ/V，根据实验结果计算环路同步带 fH

8、及捕捉带乙fP。1- 答:代入指导书勺式”计算得：七=12 V，则口 f =18 x6 =108 H ； - 8 V，则口 f = 18 x 4 = 72 Hz p TOC o 1-5 h z 3.由公式=：JL一 及匚=6811 计算环路参数3和Z，式中K=6 n （ R5 + R68）C112 ndV/rad, Ko=2n X 18 rad/s.v,、=2X104。，R65X103。，011=2.2X10-6?。（二3 n/2n应远小于码速率，Z应大于0.5）。17.6Hz远小于码速率 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 部 12x18 x

9、6.5 八答：3 = ：= 111rad ; f = = HYPERLINK l bookmark40 o Current Document n ：(2x104 + 5x103)x2.2x10-6“ 2兀170.5 （波特）；5 x 103 x 2.2 x 10-6x 111 = 0.64.总结用平方环提取相十载波的原理及相位模糊现象产生的原因。答：平方运算输出信号中有2离散谱，模拟环输出信号频率等于2fc，二分频， 滤波后得到干扰波；2电路有两个初始状态，导致提取的相十载波有两种相反 的相位状态。设VCO固有振荡频率f0不变，环路输入信号频率可以改变，试拟订测量环 路同步带及捕捉带的步骤。答

10、：环路处于锁定状态后，慢慢增大C34，使ud增大到锁定状态下的最大值 ud1 （此值不大于+12V）；ud增大到锁定状态下的最大值ud1值为：4.8V继续增大C34, ud变为交流（上宽下窄的周期信号）。环路失锁。再反向调节减小C34, ud的频率逐渐变低，不对称程度越来越大。直至变为直流。记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2； 继续减小C34，使ud减小到锁定状态下的最小值ud3；环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2为：2.4Vud减小到锁定状态下的最小值ud3为:1.6V再继续减小C34, ud变为交流（下宽上窄的周期信号），环路再次失锁。然后 反向增大C34,记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud4。 环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud4的值为：4.4V五、实验心得体会在本次实验中我进一步学习了载波同步提取的各种方法及原理，包括导 频插入法和直接法。直接法又包括平方变换法和平方环法以及科斯塔斯环法。 我们重点进行了科斯塔斯环法的学习，了解了它的提取同步载波的工作过程。 它的解调环路的优点是：该解调环在载波恢复的同时