【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4 L S 0 434U 6 B7 4 L S 0 456U 6 C7 4 L S 0 4123U 3 A7 4 L S 0 0111213U 3 D7 4 L S 0 08910U 3 C7 4 L S 0 0456U 3 B7 4 L S 0 012456U 4 A7 4 L S 2 01011U 6 E7 4 L S 0 4C L K13J11K12CD14SD10Q9Q7U 5 B7 4 L S 1 1 2C L K1J3K2CD15SD4Q5Q6U 5 A7 4 L S 1 1 289U 6 D7 4 L S 0 413121098U 4 B7 4 L S 2 0D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414C L K9C L R1GND8V C C16U17 4 L S 1 7 5C L K3D2SD4CD1Q5Q6U 8 A7 4 L S 7 4T P 1T P 3T P 4T P 2T P 7T P 6T P 9 T P 1 0T P 5T P 8T P 1 2T P 1 1+ 5V+ 5V+ 5V 5 V+ 5V+ 5V+ 5VR11KR21KD5L E D ( O )D6L E D ( G )+ 5V 5 VC10 . 1 uC20 . 1 uC30 . 1 uC40 . 1 uC50 . 1 uC60 . 1 uC70 . 1 uC80 . 1 u+ 5V+ 5V+ 5VJ2譯碼輸出J1譯碼輸入武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 16 測(cè)試結(jié)果及分析 （編碼板即 HDB32，其 TP11 為信碼輸入；譯碼板即 HDB32，其 TP11 為已編譯的 HDB3 碼， TP12為譯碼還原的碼形） 全一碼： 全零碼： 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 17 3 級(jí)偽碼： 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 18 5 級(jí)偽碼： 用“ 3 級(jí)偽碼”或“ 3 級(jí)偽碼”的 HDB3 編碼作對(duì)照參考 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 19 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 20 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 21 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 22 電路工作原理 位同步鎖相法的基本原理和載波同步的類似。在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信號(hào)的相位，若兩者相位不一致（超前或滯后），鑒相器就產(chǎn)生誤差信號(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)的相位，直到獲得準(zhǔn)確的位同步信號(hào)為止。前面討論的濾波法原理中，窄帶 濾波器可以是簡(jiǎn)單的單調(diào)諧回路或晶體濾波器，也可以是鎖相環(huán)路。 我們把采用鎖相環(huán)來(lái)提取位同步信號(hào)的方法稱為鎖相法。下面介紹在數(shù)字通信中常采用的數(shù)字鎖相法提取位同步信號(hào)的原理。 （ 1）數(shù)字鎖相 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 23 數(shù)字鎖相的原理方框圖如圖 374 所示。 圖 374 數(shù)字鎖相原理方框圖 它由高穩(wěn)定度振蕩器（晶振）、分 頻器、相位比較器和控制器所組成。 其中，控制器包括圖中的扣除門、附 加門和“或門”。高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn) 生的信號(hào)經(jīng)整形電路變成周期性脈沖， 然后經(jīng)控制器再送入分頻器，輸出位 同 步脈沖序列。位同步脈沖的相位調(diào) 整過(guò)程如圖 375 所示。若接收碼元速率 為 F（波特），則要求位同步脈沖的重 復(fù)速率也為 F（赫）。這里，晶振的振 蕩頻率設(shè)計(jì)在 nF（赫），由晶振輸出經(jīng) 整形得到重復(fù)頻率為 nF（赫）的窄脈 沖 [圖 375（ a） ]，經(jīng)扣除門、或門并 n 次分頻后，就可得重復(fù)速率為 F（赫） 的位同步信號(hào) [圖 375（ b） ]。如果接收 圖 375 位同步脈沖的相位調(diào)整 得重復(fù)速率為 F（赫）的位同步信號(hào) [圖 375（ c） ]。如果接收端晶振輸出經(jīng) n次分頻后，不能準(zhǔn)確地和收到的 碼元同頻同相，這時(shí)就要根據(jù)相位比較器輸出的誤差信號(hào)，通過(guò)控制器對(duì)分頻器進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的原理是當(dāng)分頻器輸出的位同步脈沖超前于接收碼元的相位時(shí)，相位比較器送出一超前脈沖，加到扣除門（常開(kāi)）的禁止端，扣除一個(gè) a 路脈沖 [圖 375（ d） ]，這樣，分頻器輸出脈沖的相位就推后 1/n 周期（ 360176。 /n），如圖 375（ e）所示；若分頻器輸出的位同步脈沖相位滯后于接收碼元的相位，如何對(duì)分頻器進(jìn)行調(diào)整呢？晶振的輸出整形后除 a 路脈沖加于附加門。附加門在不調(diào)整時(shí)是封閉的，對(duì)分頻器的工作不起作用。當(dāng)位同步脈沖相位滯后時(shí)，相位比較器 送出一滯后脈沖，加于附加門，使 b 路輸出的一個(gè)脈沖通過(guò)“或門”，插入在原 a 路脈沖之間 [375（ f） ]，使分頻器的輸入端添加了一個(gè)脈沖。于是，分頻器的輸出相位就提前 1/n周期 [375（ g） ]。經(jīng)這樣的反復(fù)調(diào)整相位，即實(shí)現(xiàn)了位同步。 全數(shù)字鎖相法提取同步信號(hào)適用于信碼率較低的數(shù)字通信電路，一般信碼率 8Mb/s，本地時(shí)鐘頻率為 65MHz 左右。原理中的分頻系數(shù) M，也稱相位調(diào)整步長(zhǎng)， M 越大，同步誤差越小。因此，數(shù)字鎖相法提取同步信號(hào)其工作頻率不能做得很高。但這種方法適用于全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，具有穩(wěn)定性好，容易集成，成本 低等優(yōu)點(diǎn)，并且由于采用全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，因此免調(diào)試，適用批量生產(chǎn)。 1）輸入實(shí)驗(yàn)電路如圖 376 示。 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 24 圖 376 數(shù)字鎖相提取同步時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)電原理圖 輸入、輸出腳位分配如圖 376 所示， CPLD/FPGA選用 U1，注意有兩路全局時(shí)鐘分別輸入 83P和 2P，分別為異步 ，充當(dāng)異地時(shí)鐘。信碼發(fā)送方的時(shí)鐘 引出端為 28P，發(fā)送 4級(jí)偽碼引出端為 51P，圖形下載后可用示波器測(cè)試并與仿真波形進(jìn)行比較。 2）仿真波形如圖 377 所示。 圖 377 數(shù)字鎖相 提取同步時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)仿真波形 注： H 點(diǎn)可能看不到波形是由于與 I 點(diǎn)相距太遠(yuǎn)所致，所以有條件的話，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器觀測(cè)。 3）變換電路“ DCFO”模塊電原理如圖 378 所示。 圖 378 變換電路“ DCFO” 模塊電原理圖 4）“超前”脈沖成形電路“ LDELAYGBT”模塊電原理如圖 379 所示。 圖 379 “超前”脈沖成形電路“ LDELAYGBT” 模塊電原理圖 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 25 5）“滯后”脈沖成形電路“ LDELAY1”模塊電原理如圖 3710 所示。 圖 3710 “滯后”脈沖成形電路“ LDELAY1”模塊電原理圖 測(cè)試項(xiàng)目 用示波器觀察以下各點(diǎn)的波形： TBCLK8K、 NRZ、 F、 Y、 I、 X、 K、 CLK8K、 H 測(cè)試結(jié)果與分析 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 26 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 27 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 28 鎖相頻率合成器實(shí)驗(yàn) 電路工作原理 鎖相頻率合成器原理及電路 鎖相頻率合成器 (簡(jiǎn)稱鎖相頻合或 PLL 頻合 )鎖相頻合方框圖見(jiàn)圖 381。 圖 381 常用的單環(huán)鎖相頻率合成器方框圖 圖中， PD 為電荷泵鑒相 ； LF 為環(huán)路濾波器； VCO 為壓控振蕩器 (即調(diào)頻振蕩器 )，其頻率 fv受控制電壓 uc控制而改變，一般有 fv=f0+K0 ? uc (381) f0為固定振蕩頻率， K0為壓控靈敏度 (單位 Hz/V或 rad/S ? V)； 247。 N 為程序分頻器，頻比由 CPU程序設(shè)置可變； 247。 R 為參考分頻器，將穩(wěn)定的晶體振蕩器頻率 fR 分頻得到參考頻率 fr(一般為 5KHz、 、 25KHz 等 )。環(huán)路鎖定時(shí)， PD 兩個(gè)信號(hào)相差為 0 或固定值，則頻差為 0，即 fr=ff=fv/N fv=N ? fr (382) 由式 382可見(jiàn)， CPU 程序改變 N 就改變了環(huán)路輸出頻率，且所有頻率都具有與晶振頻率相同的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度。由式 382 還可見(jiàn)，頻道間隔 ?f 最小可以等于 fr，實(shí)際值由要求決定，無(wú)繩電話通信系統(tǒng) ?f=25KHz，若鎖相頻合 fr=5KHz，則 N 變化間隔 ?N=5。一般鎖相頻合集成電路包含了圖 381 電路框圖中除 LF 及 VCO 以外的全部電路，用于無(wú)繩電話的電路包含二個(gè)這樣的電路，分別用于 接收機(jī)及發(fā)射機(jī)，稱為雙 PLL 頻合，如 MC145160、 MC14516 MC145162 等。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用一片雙 PLL 頻合 MC145162，構(gòu)成發(fā)射本振 PLL 頻合。具體電路圖 388 所示。 圖 388 中 U5 為 MC145162 及 PLL 頻合 IC，其參考分頻器分頻比 R 及發(fā)射環(huán)路的程序分頻器分頻比 N 由 CPU 通過(guò) MC145162 的串口 (串行時(shí)鐘 CLK， 1 腳；串行數(shù)據(jù) DATA， 3 腳；并行鎖存ENB， 4 腳 )送入。實(shí)際選取參考分頻器分頻比 R=2048，則 。 發(fā)射環(huán) VCO 是由 Q T2 及 D1 等構(gòu)成的變?nèi)荻O管調(diào)諧改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器。衰減后的音頻調(diào)制信號(hào) um加在變?nèi)荻O管 D1的下端，環(huán)路控制電壓 uc′ 經(jīng) R10 加在 D1 的上端，總控制電武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 29 壓 uc=uc′ um = uc′ +(um)，忽略括號(hào)中的負(fù)號(hào)并不影響工作原理及性能的分析，故得到圖 382 中 VCO輸入端等效電路。 VCO 的輸出信號(hào)分成二路，一路送入 Q1 等構(gòu)成的功放，功率放大發(fā)射出去；另一路由 MC145162 的 14腳送入發(fā)射環(huán) 247。N 程序分頻器，分頻后送發(fā)射環(huán) PD 與參考信號(hào)鑒相后由 15腳輸出誤差電流，流經(jīng) R1 C16 及 C17構(gòu)成的環(huán)路濾波器得 到控制電壓 uc′，由 R1 C14 附加低通濾波器進(jìn)一步濾除鑒相紋波后經(jīng) R7 送 VCO 變?nèi)荻O管 D103 的上端。而音頻調(diào)制信號(hào) um加在D103 的下端。當(dāng)環(huán)路設(shè)計(jì)成載波跟蹤環(huán)時(shí)， uc′為直流，控制 VCO 中心頻率使環(huán)路鎖定； um對(duì) VCO調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)了鎖相調(diào)頻。 圖 382 發(fā)射鎖相調(diào)頻頻合器方框圖 2 環(huán)路參數(shù)設(shè)計(jì)公式 圖 383 是單端三態(tài)電流型電荷泵及外接的環(huán)路濾波器電路。圖中，二只場(chǎng)效應(yīng)管工作開(kāi)關(guān)狀態(tài)； IP 為恒流源； R C1 為環(huán)路濾波器； C2 用于濾除鑒相紋波，應(yīng)選取： 5ωnωaωr (383) 式中， ωr 為環(huán)路參考信號(hào)角頻率； ωn 為環(huán)路自然諧振頻率； ωa為 C2所引入的附加低通濾波器的截止頻率，與元件值的關(guān)系為： ωa=1/R2C2 (384) 則 C2 在濾除鑒相紋波的同時(shí)對(duì)環(huán)路特性影響較小，環(huán)路濾波器特性主要由 R C1決定，環(huán)路仍可按照理想二階環(huán)設(shè)計(jì)，有關(guān)設(shè)計(jì)公式如下。 (1) 環(huán)路自然諧振頻率 ωn=[IPK0/(2πNC1)]1/2 (385) (2) 環(huán)路阻尼系數(shù) ζ=R2C1ωn/2 (386) 要保證環(huán)路穩(wěn)定余量足夠大及瞬態(tài)響應(yīng)快應(yīng)選取 ζ=~ (387) 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 30 圖 383 單端三態(tài)電流型電荷泵及環(huán)路濾波器 (3) 當(dāng)鎖相頻合器作為調(diào)頻發(fā)射機(jī)的主振時(shí)，其電路框圖如圖 382 所示，基帶調(diào)制信號(hào) um由VCO 前一點(diǎn)注入環(huán)路，與環(huán)路控制電壓 uc′ 相加后去控制 VCO 的頻率。當(dāng)環(huán)路設(shè)計(jì)成載波跟蹤環(huán)時(shí)， uc′ 為直流， um無(wú)畸變地到達(dá) VCO 輸入端，實(shí)現(xiàn)了理想調(diào)頻。