【正文】 se or weak signal. Substantial improvement in synchronizing performance is obtained by phaselock. In a color television receiver, the color burst is synchronized by a phaselock loop. Spaceflight requirements inspired intensive application of phaselock methods. Space use of phaselock began with the launching of the first American artificial satellites. These vehicles carried lowpower (10 mw) CW transmitters。 it is not at all unusual for a PLL to recover a signal deeply embedded in noise. History and Application An early description of phaselock was published by de Bellescize in 1932 and treated the synchronous reception of radio signals. Superheterodyne receivers had e into use during the 1920s, but there was a continual search for a simpler technique。 9 1 Phase Lock Loop Nature of Phaselock A phaselock loop contains three ponents: 1. A phase detector (PD). 2. A loop filter. 3. A voltagecontrolled oscillator (VCO) whose frequency is controlled by an external voltage. The phase detector pares the phase of a periodic input signal against the phase of the VCO. Output of PD is a measure of the phase difference between its two inputs. The difference voltage is then filtered by the loop filter and applied to the VCO. Control voltage on the VCO changes the frequency in a direction that reduces the phase difference between the input signal and the local oscillator. When the loop is locked, the control voltage is such that the frequency of the VCO is exactly equal to the average frequency of the input signal. For each cycle of input there is one, and only one, cycle of oscillator output. One obvious application of phaselock is in automatic frequency control (AFC). Perfect frequency control can be achieved by this method, whereas conventional AFC techniques necessarily entail some frequency error . To maintain the control voltage needed for lock it is generally necessary to have a nonzero output from the phase detector. Consequently, the loop operates with some phase error present. As a practical matter, however, this error tends to be small in a welldesigned loop . A slightly different explanation may provide a better understanding of loop operation. Let us suppose that the ining signal carries information in its phase or frequency。它們具有極快的響應(yīng)時(shí)間（ 毫微秒）。 光纖通信系統(tǒng)中所需要的光檢測(cè)器在工作波長(zhǎng)上必須具有高響應(yīng)度，為了適應(yīng)系統(tǒng)的信息率，還要有足夠的帶寬。 為了檢測(cè)極低的光功率，人們使用雪崩光檢測(cè)器。所吸收的光子把電子從價(jià)帶激勵(lì)到導(dǎo)帶。盡管光電倍增管具有較大增益，后二種類型可望獲得更廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗麄凅w積小，不需要高的偏置電壓，而且更便宜。 在接收終端或中繼站，人們需要光檢測(cè)器來(lái)接收輸入光信號(hào)并把它變換成電信號(hào)。 類似地，聲－光調(diào)制器是建立在聲束與光波相互作用基礎(chǔ)上的。這樣 ,某些晶體具有隨外加電場(chǎng)變化的雙折射，于是讓光通過(guò)這樣的晶體可以改變光線的偏振狀態(tài)。 對(duì)于非半導(dǎo)體激光源，使用外部調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制。在上述方案中，這一點(diǎn)可通過(guò)用一個(gè)光 反饋回路改變直流偏置來(lái)保證，這樣可以兼顧環(huán)境溫度的緩慢變化和激光器本身逐漸老化兩種因素。這一延遲必須不大于比特之間的間隔從而使光脈沖能精確重建輸入信號(hào)。由高速驅(qū)動(dòng)器加入一個(gè) 20mA 左右的附加電流，將二極管激光器從非相干光發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)換成具有較大輸出光功率的相干光發(fā)射狀態(tài)。鍵控調(diào)制是通過(guò)把激光二極管偏置在稍低于門限值上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，門限值一般為 100 毫安左右。事實(shí)上，在數(shù)字系統(tǒng)中光源必須被鍵控調(diào)制。 光源既可以通過(guò)改變其某個(gè)輸入?yún)?shù)如輸入電流來(lái)直接調(diào)制，也可以讓輸出的光通過(guò)稱為調(diào)制器的器件實(shí)現(xiàn)外部調(diào)制。除了光纖，人們還需要能把 7 信息編碼成 光波的調(diào)制器和能在接收端檢測(cè)光脈沖并把光脈沖解譯還原成信息的檢測(cè)器。使用光纖的額外優(yōu)點(diǎn)包括價(jià)格低廉和不受噪聲的影響。 除了在電通信方面的主要應(yīng)用，預(yù)期光纖也將在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，宇宙飛船，工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。這對(duì)于國(guó)防上的保密通信十分重要。重量和體積的這種節(jié)約 對(duì)于船用和航空使用光纖傳送數(shù)據(jù)也十分重要。 光纖的平均直徑大約是 100 微米，基本上由石英或玻璃制成。使用光波的系統(tǒng)除了具有極大的信息容量外，與同軸電纜等傳統(tǒng)金屬系統(tǒng)相比，通過(guò)光纖通信 或傳輸還有另一些優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橹挥幸环N模式存在，所以這些光纖中的色散很小，而且色散只是由模內(nèi)展寬造成的。 這里要提到，纖芯半徑很小，同時(shí)纖芯與包層間折射率差也較小時(shí)，可以制成只存在一種傳播模式的光纖。所以與勻芯光纖比較，漸變 光纖中的脈沖展寬必定更小。與此相對(duì)應(yīng)的是，在漸變率光纖中，盡管與軸線夾角較大的光線必須通過(guò)較長(zhǎng)的光程，但它們是在折射率較低的媒介中傳播。由于與軸線夾角較大的光線必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的光程，因此它們要用更長(zhǎng)的時(shí)間到達(dá)輸出端。 可以利用幾何光學(xué)概念形象地說(shuō)明光脈沖在光纖中傳播時(shí)的展寬現(xiàn)象。這里要提一下，由于激光器與發(fā)光二極管（ LED）相比具有更小的頻譜寬度，因此使用激光器的系統(tǒng)與使用 LED 的系統(tǒng)相比其材料色散更小。模間擴(kuò)散和模內(nèi)擴(kuò)散都是由于波導(dǎo)效應(yīng)和材料效應(yīng)引起的。當(dāng)光纖能只傳播一種模式時(shí)，即在單模 光纖中，這種展寬不存在。 當(dāng)發(fā)射 脈沖射入光纖時(shí)，就會(huì)激勵(lì)光纖的各種模式。在這種情況下，就不能在輸出端恢復(fù)信息。在光纖中由于不同模式之間的群速度不等，以及各模式的傳輸常數(shù)依賴于波長(zhǎng)等因素，光脈沖會(huì)在光纖傳輸過(guò)程中變寬。系統(tǒng)的信息容量將由單位時(shí)間內(nèi)可發(fā)送的脈沖數(shù)來(lái)確定。通過(guò)將包層做得足夠厚，可使傳播模式的場(chǎng)在包層－空氣界面處很弱，使得光纖便于處置和支撐而不會(huì)嚴(yán)重地?cái)_亂傳播模式。在多模光波導(dǎo)中，存在著大量的這種傳播模式，而在單模光波導(dǎo)中，只存在一種傳播模式。這些場(chǎng)結(jié)構(gòu)稱為光波導(dǎo)的模。后一種光纖稱為漸變率光纖是由光束朝纖芯中央連續(xù)折射而產(chǎn)生光導(dǎo)。纖芯的折射率既可以是均勻的，也可以是從中心向外具有遞減梯度的。最有前途的信道是光纖波導(dǎo)。 頻率合成器可方便地用鎖相環(huán)路構(gòu)成。 用鎖相環(huán)路可構(gòu)成頻率倍乘器和分頻器。 帶有噪聲的振蕩器可被包圍在環(huán)路內(nèi)，并使之鎖定在一個(gè)純凈的信號(hào)上。鎖相技術(shù)經(jīng)常被用來(lái)建立相干性。 跟蹤運(yùn)動(dòng)飛船的一種方法涉及到將相干信號(hào)發(fā)射到飛船上，將信號(hào)頻率偏移并轉(zhuǎn)發(fā)回地面。鎖相接收機(jī)很適 合用于多普勒恢復(fù)，因?yàn)楫?dāng)鎖相環(huán)路鎖定時(shí)不存在頻率誤差。如果需要的話，還能容易地改變帶寬。鎖相環(huán)路既提供了窄帶，又提供了所需的跟蹤能力。 窄帶濾波器能抑制噪聲，但是如果濾波器被固定，則信號(hào)將幾乎總是落在通帶之外。這樣一來(lái)常規(guī)技術(shù)的代價(jià)就將是 47dB 左右。隨著技術(shù)的進(jìn)步這些數(shù)字變得更加驚人。 因此使用普通的固定調(diào)諧接收機(jī)時(shí)，帶寬至少應(yīng)為 6kHz，然而信號(hào)本身卻只占非常窄的頻譜，大約在 6Hz帶寬內(nèi)。由于多普勒頻移和發(fā)射振蕩器的頻率漂移，接收信號(hào)的精確頻率難以確定。鎖相的空 間應(yīng)用是隨著早期美國(guó)人造衛(wèi)星的發(fā)射而開(kāi)始的。 在彩色電視接收機(jī)中彩色副載波是由鎖相環(huán)路同步的。使用飛輪一詞是因?yàn)榇穗娐纺軌蚋櫾黾拥脑肼暬蛭⑷跣盘?hào)的周期。由于鎖相同步器檢測(cè)許多脈沖，因此它不會(huì)被偶發(fā)的破壞同步器觸發(fā)的大幅度脈沖噪聲所干擾。 將兩個(gè)振蕩器與剝離出來(lái)的同步脈沖鎖相可大大減小噪聲起伏。 幀掃描抖動(dòng)會(huì)引起圖像的垂直滾動(dòng)。行抖動(dòng)將降低行清晰度 ,并使得垂直線條呈現(xiàn)鋸齒狀。在極端情況下觸發(fā)掃描將完全失效，盡管在這樣的信噪比條件下電視圖像雖然較差卻還能辯認(rèn)。 在噪聲不存在的情況下這種方案可提供良好的同步，這就完全可以了。用這種方法，即使失去同步（消失），掃描還是存在的。作為一種非常粗糙的重建電視顯象管掃描光柵的方法，這些脈沖可以剝離出來(lái)單獨(dú)用于觸發(fā)一對(duì)掃描發(fā)生器。鎖相技術(shù)的首次廣泛使用是在電視接收機(jī)中的行和幀的同步掃描?，F(xiàn)在鎖相接收機(jī)幾乎無(wú)例外地運(yùn)用超外差原理，并趨于高度復(fù)雜化。就是說(shuō)，本振與輸入信號(hào)之間必須實(shí)現(xiàn)相位鎖定。 對(duì)于同步接收，本振的正確調(diào)諧至關(guān)重要，任何一點(diǎn)頻率誤差都將嚴(yán)重?fù)p壞信號(hào)?；祛l器輸出含有解調(diào)出來(lái)的，由信號(hào)邊帶攜帶的信息。這種接收機(jī)本質(zhì)上只是由一個(gè)本機(jī)振蕩器，一個(gè)混頻器和一個(gè)音頻放大器組成。 20 世紀(jì) 20 年代開(kāi)始使用超外差接收機(jī)，但人們一直努力尋求更簡(jiǎn)單的接收技術(shù)。窄帶能夠抑制大量的噪聲，難怪鎖相環(huán)路常用來(lái)恢復(fù)深深地淹沒(méi)在噪聲中的信號(hào)。 2 環(huán)路濾波器有兩個(gè)重要的特性：其一是帶寬可以非常窄，其二是濾波器能自動(dòng) 跟蹤信號(hào)頻率。環(huán)路輸入是含噪聲的信號(hào)，而壓控振蕩器輸出卻是一個(gè)純凈的輸入信號(hào)（的復(fù)本）。為了抑制噪聲，誤差在一定的時(shí)間間隔內(nèi)被平均，將此平均值用于建立振蕩器的頻率。 為了重建原始信號(hào)，接收機(jī)使用一個(gè) 輸出頻率與預(yù)計(jì)信號(hào)頻率非常接近的本機(jī)振蕩器。讓我們假定輸入信號(hào)的相位或頻率上攜帶了信息，并且此信號(hào)不可避免地受到加性噪聲地干擾。不過(guò)實(shí)際上對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)良好的環(huán)路這種誤差很小。用這種方法可以獲得完美的頻率控制，而傳統(tǒng)的自動(dòng)頻率控制技術(shù)不可避免地存在某些頻率誤差。對(duì)于輸入信號(hào)的每一周期，振蕩器輸出也變化一周，且僅僅變化一周。壓控振蕩器的控制電壓使頻率朝著減小輸入信號(hào)與本振之間相位差的方向改變。相位檢測(cè)器的輸出是它兩個(gè)輸入信號(hào)之間相位差的度量。 壓控振蕩器（ VCO），其頻率由外部電壓控制。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 外文參考文獻(xiàn)譯文及原文 學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 信息工程 (電子信息工程方向 ) 年級(jí)班別 2021 級(jí) （ 4） 班 學(xué) 號(hào) 3104002975 學(xué)生姓名 陳英權(quán) 指導(dǎo)教師 劉喜英 2021 年 6 月 5 日 目 錄 外文參考文獻(xiàn)譯文 1 鎖相環(huán) ................................................................................................................................. 1 鎖相特性 .......................................................