【正文】 m的鎖相環(huán)解調系統(tǒng)仿真 學生姓名 莫偉杰 學 號 09250107 專業(yè)班級 通信工程一班 指導教師 何繼愛 、王璐 學 院 計算機與通信學院 答辯日期 2020 年 6 月 13 日 蘭州理工大學畢業(yè)設計 I 基于 Multisim 的 鎖相環(huán)解調 系統(tǒng) 仿真 PLL Demodulation System Simulation Based on Multisim 莫偉杰 （ MoWeijie） 09250107 蘭州理工大學畢業(yè)設計 I 摘要 實現(xiàn)調頻波解調的方法有很多，而鎖相環(huán)鑒頻是利用現(xiàn)代鎖相環(huán)技術來實現(xiàn)鑒頻，具有工作穩(wěn)定 ， 失真小，信噪比高等優(yōu)點，所以被廣泛用在通信電路系統(tǒng)中。 鎖相環(huán)路是一種反饋電路，鎖相環(huán)的英文全稱是 PhaseLocked Loop，簡稱 PLL?？捎糜谑謾C中、 SDH 網(wǎng)絡中、在汽車 MP3 無線發(fā)射器中‘測量汽車轉速都是十分典型的應用。 研究內容介紹 調制和解調電路是通信設備 中重要組成部分。 該文 中調制出 2FSK、 2ASK、 2PSK，調制時采用的是鎖相環(huán)解調出來 ,最后用 Multisim進行仿真出效果。 Multisim 10 提供了 18種儀表，儀表工具欄通常位于電路窗口的右邊，也可以用鼠標將其拖至菜單的下方，呈水平狀。 Multisim10 是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。 蘭州理工大學畢業(yè)設計 5 鎖相環(huán)基本原理 鎖相環(huán)的基本組成 許多電子設備要正常工作，通常需要外部的輸入信號與內部的振蕩信號同步，利用鎖相環(huán)路就可以實現(xiàn)這個目的。 U i（ t）U o U 圖 乘法器 蘭州理工大學畢業(yè)設計 6 鑒相器的工作原理是：設外界輸入的信號電壓和壓控振蕩器輸出的信號電壓分別為： ? ? ? ?s ini m i iu t U t t???????? （ 21） ? ? ? ?c o so o m o ou t U t t???????? （ 22） 式中的 ω 0為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或為直流電壓時的振蕩角頻率，稱為電路的固有振蕩角頻率。 （ 1）模擬調頻法：即直接利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調頻而獲得。 1） 四雙向模擬開關 CD4066 CD4066 的引腳功能如圖 所示。此時輸出 f2=16KHz，于是可在輸出端得到 2FSK 已調信號。引腳功能如下。 二進制移相鍵控信號的調制原理圖如 下 所示 。 乘 法 器()stc o s c t?2 ()a s ketc o s c t?()st開 關 電 路2()A S Ket 圖 模擬相乘法 圖 數(shù)字鍵控法 蘭州理工大學畢業(yè)設計 20 2ASK/OOK 信號有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡檢波法）和相干解調（同步檢測法），相應的接收系統(tǒng)如圖 、圖 。在對 2ASK、 2FSK、 2PSK 解調時，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。m, limiting the maximum gate voltage to V. Some consider this technology outdated, from a pure digital designer’s point of view, but it is at the forefront for the automotive, industrial and medical markets. 蘭州理工大學畢業(yè)設計 27 This list of optional features that enables the design of real SoCs includes high voltage interfacing up to 80 V, microprocessing capabilities up to 32 bits, wireless capabilities up to GHz, and dense logic design up to 15 K gates/mm2. Beside these capabilities, NVM integration is possible: E2PROM up to 4 Kbytes, Flash memory up to half a megabit or OnTimeProgrammable (OTP) cells for application calibrations. The ability to integrate all these features on a chip gives the customer the possibility to be independent from the obsolescence of the standalone NVM market, which is more or less driven by the puter market. This advantage is quite relevant when we consider the cost of requalifying a module for the OEMs in automotive, for instance. It also makes sense when considering the long lifespan of the applications embedded into cars, the industrial environment or medical selftreatment devices where patient cost is an important consideration. Nevertheless bridging the gap from digital to analog on a single chip does not occur without issues. Clocking noise from highspeed digital circuits, for instance, often interferes with noisesensitive analog functions. In addition, switching currents from highpower analog functions can interfere with lowvoltage digital processors. The goal is to protect lowvoltage transistors from the electric field effects of voltages that are 10 to 30 times higher. These important issues are not without solutions. For example, one of the latest releases in the I3T family, the I3T50 DTI, uses a deep trench isolation technique. This technique uses a series of isolating trenches that bury deep into the IC substrate。 在此次 畢業(yè) 設計中，我充分體會到了熟練運用相關軟件的重要性，不像 以前做的 課程設計，并沒有多少工作在計算機里實現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。鎖相環(huán)鑒頻電路環(huán)路輸入頻率跟隨輸出頻率變化，即跟蹤，實現(xiàn)環(huán)路鎖定 困難，會出現(xiàn)毛刺。 2PSK 基于 multisim仿真的調制解調電路的整體電路設計圖如圖 ： 圖 2PSK調制解調電路圖 2PSK 調制仿真圖與解調后的 仿真圖如圖 。 在二進制數(shù)字調制中 ,當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時 ,則產生二進制移相鍵控 (2PSK)信號 。 壓 控 振 蕩 器抽 樣 判 決模 擬 乘 法 器 低 通 濾 波 器調 制 信 號基 帶 信 號定 時 脈 沖 圖 2FSK 解調原理框圖 1）鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖 ： U i（ t）U o U 圖 乘法器 2）低通濾波器如圖 ： 用低通濾波器 LF 將和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓 uC（ t）。模擬開關可傳輸數(shù)字信號和模擬信號，可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為 40MHz。如圖 所示： f1 振 蕩 器反 相 器f 2 振 蕩 器選 通 開 關選 通 開 關相 加 器e （ t） 圖 鍵控法 2FSK 鍵控法的特點是轉換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應用廣泛，但設備要復雜些，得出的是 2FSK 信號，相位不連續(xù)。 因壓控振蕩器的壓控特性如圖 所示，該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率 ω u以ω 0為中心，隨輸入信號電壓 ()cUt的變化而變化。鎖相環(huán)在工作的過程中，當輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名 稱的由來。 Multisim10 的虛擬測試儀器種類齊全 ， 有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真度測試儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡分析儀等。 (3) Multisim 10 具有較詳細的電路分析功能 ， 可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等 ， 以幫助設計人員分析電路的性能?？梢栽O計 、 測試 和演示各種電子電路 ， 包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口電路等。 鎖相環(huán)路的輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘栴l率的變化 ,環(huán)路鎖定后輸入?yún)⒖夹盘柡洼敵鰠⒖夹盘栔g的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益被控制在所需數(shù)值范圍內 .這種輸出信號頻率隨輸入?yún)⒖夹盘栴l率變化的特性稱為鎖相環(huán)的跟蹤特性 .利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調制跟蹤型鎖相環(huán)。當然，鎖相環(huán)的許多優(yōu)越性使得鎖相環(huán)解調技術在很多我們周圍都可以見到的物品中發(fā)揮著其巨大的功效。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(wěn)定的參考振蕩器鎖定，可提供高穩(wěn)定的頻率源；可進行高精度的香味與頻率測量等等。在以上的基礎上，分別設計了 2ASK、 2PSK、 2FSK 的調制解調電路，其 功能 為數(shù)字基帶信號 經過調制輸出一個模擬信號，然后用鎖相環(huán)進行解調， 最后采用 Multisim軟件進行仿真。在對 2ASK、 2FSK、 2PSK 解調時，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。如今 鎖相環(huán)解調器在通信、雷達、測量和自動化控制等領域應用極為廣泛，隨著電子技術的發(fā)展，對鎖相環(huán)解調的研究和應用得到了越來越多的關注。 如今，鎖相環(huán)路理論與研究日臻完善，應用范圍遍及整個電子技術領域。為了實現(xiàn)信息 的遠距離傳輸，收信端接收到信號后必須進行解調才能恢復原信號?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障 ， 如開路、短路和不同程度的漏電等 ， 從而觀察不同故障情況 下的電路。 (4) Multisim10 可以設計、測試和演示各種電子電路 ， 包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口電路等。 Multisim10 具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和 頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設計人員分析電路的性能。 鎖相環(huán)通常由鑒相器（ PD）、環(huán)路濾波器（ LF）和壓控振蕩器（ VCO）三部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖 。該特性的表達式為 0( ) ( )u o ct K u t???? （ 213） 圖 壓控特性 上式說明當 ()cUt隨 時間而變時，壓控振蕩器的振蕩頻率 ω u也隨時間而變，鎖相環(huán)進入 “ 頻率牽引 ” ，自動跟蹤捕捉輸入信號的頻率，使鎖相環(huán)進入鎖定的狀態(tài)，并保持ω 0=ω i的狀態(tài)不變。 該文采用鍵控法產生 2FSK 信號，即用一個受基帶脈沖控制 的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。各開關間的串擾很小，典型值