通信原理实验模拟锁相环模块

通信原理实验报告二通信原理实验报告二 模拟锁相环模块模拟锁相环模块 实验实验 2 2 模拟锁相环模块模拟锁相环模块 一 实验原理和电路说明一 实验原理和电路说明 模拟锁相环模块在通信原理综合实验系统中可作为一个独立的模块进行测试 在系统 工作中模拟锁相环将接收端的 256KHz 时钟锁在发端的 256KHz 的时钟上 来获得系统的 同步时钟 如 HDB3 接收的同步时钟及后续电路同步时钟 f0 256KHz 64KHz UP04UP03B UP02 UP01 512KHz 分频器 4 分频器 8 HDB3 环路 滤波器 放 大 器 图 2 1 1 模拟锁相环组成框图 TPP02 TEST 跳 线 器 KP02 VCO TPP03 TPP06TPP04 TPP05 256Kbitps TPP07 带通 滤波器 TPP01 UP03A 64KHz 该模块主要由模拟锁相环 UP01 MC4046 数字分频器 UP02 74LS161 D 触发器 UP04 74LS74 环路滤波器和由运放 UP03 TEL2702 及阻容器件构成的输入带通滤波 器 中心频率 256KHz 组成 在 UP01 内部有一个振荡器与一个高速鉴相器组成 该模 拟锁相环模块的框图见图 2 1 1 因来自发端信道的 HDB3 码为归零码 归零码中含有 256KHz 时钟分量 经 UP03B 构成中心频率为 256KHz 有源带通滤波器后 滤出 256KHz 时钟信号 该信号再通过 UP03A 放大 然后经 UP04A 和 UP04B 两个除二分频器 共四分 频 变为 64KHz 信号 进入 UP01 鉴相输入 A 脚 VCO 输出的 512KHz 输出信号经 UP02 进行八分频变为 64KHz 信号 送入 UP01 的鉴相输入 B 脚 经 UP01 内部鉴相器鉴相之后 的误差控制信号经环路滤波器滤波送入 UP01 的压控振荡器输入端 WP01 可以改变模拟锁 相环的环路参数 正常时 VCO 锁定在外来的 256KHz 频率上 模拟锁相环模块各跳线开关功能如下 1 跳线开关 KP01 用于选择 UP01 的鉴相输出 当 KP01 设置于 1 2 时 左端 选 择异或门鉴相输出 环路锁定时 TPP03 TPP05 输出信号将存在一定相差 当 KP01 设置于 2 3 时 右端 选择三态门鉴相输出 环路锁定时 TPP03 TPP05 输 出信号将不存在相差 详情请参见 4046 器件性能资料 调整电位器 WP01 可以改 变模拟锁相环的环路参数 2 跳线开关 KP021 是用于选择输入锁相信号 当 KP021 置于 1 2 时 HDB3 左端 输入信号来自 HDB3 编码模块的 HDB3 码信号 当 KP021 置于 2 3 时 TEST 右端 选择外部的测试信号 J007 输入 此信号用于测量该模拟锁相环模块的性 能 在该模块中 各测试点的定义如下 1 TPP01 256KHz 带通滤波器输出 2 TPP02 隔离放大器输出 3 TPP03 鉴相器 A 输入信号 64KHz 4 TPP04 VCO 输出信号 512KHz 5 TPP05 鉴相器 B 输入信号 64KHz 6 TPP06 环路滤波器输出 7 TPP07 锁定指示检测 锁定时为高电平 二 实验仪器二 实验仪器 1 JH5001 通信原理综合实验系统一台 2 20MHz 双踪示波器一台 3 函数信号发生器一台 三 实验目的三 实验目的 1 熟悉模拟锁相环的基本工作原理 2 掌握模拟字锁相环的基本参数及设计 四 实验内容四 实验内容 准备工作 将输入信号选择开关 KP02 设置在 TEST 位置 鉴相输出开关 KP01 设置在 2 3 位置 右端 1 VCO 自由振荡频率测量 选做 1 将测试信号输入端口 J007 接地 把函数信号发生器方式设置为记数 频率计 功能 闸门时间放在 100ms 或 1s 测量 TPP04 监测点的 VCO 输出振荡频率 f0 记录闸门每次闪动的频率读数 其读数不太稳定 2 求出 VCO 在频率 512KHz 时的短期频率稳定度 f f0 2 锁定状态观测 1 用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256 KHz 的 TTL 方波 信号 用示波器同时测量鉴相器输入 A B 脚的波形 TPP03 TPP05 的相位关 系 环路锁定该两信号将不存在相差 2 将鉴相输出开关 KP01 设置在 1 2 位置 左端 重复上述测量步骤 环路锁 定该两信号将存在相差 3 锁定频率测量和分频比计算 将函数信号发生器设置在记数状态 频率计 参见图 2 1 1 模拟锁相环模块的框图 测量各频率 记录测量结果 计算分频比 4 环路锁定过程观测 用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256KHz 的 TTL 方波信号 用 示波器同时观测 TPP03 TPP05 的相位关系 测量时用 TPP03 同步 反复断开和接入测试 信号 让锁相环进行重新锁定状态 此时 观察它们的变化过程 锁相过程 5 锁定检测信号观测 将跳线器 KP01 设置在 2 3 位置 由端 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字数字信号测试端口 J007 用示波器观测锁定检测点 TPP07 点的波形 调整函 数信号发生器输出频率使环路失锁和锁定 记录 TPP07 点的波形变化 6 同步带测量 1 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007 用示波器同时测量 J007 TPP04 的相位关系 测量时用 J007 同步 正常时环路 锁定 该两信号应为同步 2 缓慢增加函数信号发生器输出频率 直至 J007 TPP04 两点波形失步 记录下 失步前的频率 3 调整函数信号发生器频率为 256KHz 使环路锁定 缓慢降低函数信号发生器输 出频率 直至 J007 TPP04 两点波形失步 记录下失步前的频率 4 计算同步带 7 捕捉带测量 1 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007 用示波器同时测量 J007 TPP04 的相位关系 测量时用 J007 同步 正常时环路 锁定 该两信号应为同步 2 增加函数信号发生器输出频率 使 J007 TPP04 两点波形失步 然后缓慢降低 函数信号发生器输出频率 直至 J007 TPP04 两点波形同步 记录下同步一刻 的频率 3 降低函数信号发生器输出频率 使 J007 TPP04 两点波形失步 然后缓慢增加 函数信号发生器输出频率 直至 J007 TPP04 两点波形同步 记录下同步一刻 的频率 4 计算捕捉带 8 VCO 压控灵敏度测量 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007 将示波 器放在 DC 输入位置 示波器幅度显示设置 500mv DIV 用示波器检测 VCO 输入的压控 电压 TPP06 缓慢增加函数信号发生器输出频率到 276KHz 记录此时 TPP05 的电压值 V1 缓慢降低函数信号发生器输出频率到 236KHz 记录此时 TPP05 的电压值 V2 计算 压控灵敏度 40KHz V1 V2 亦可用数字三用表测量 TPP06 点的直流电压 五 实验报告五 实验报告 1 根据环路参数 解释为什么 TPP04 的波形存在抖动 2 画出各测量点的波形 3 分析总结各项测量结果 六 六 实验结果实验结果 1 锁定状态观测 1 用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256 KHz 的 TTL 方波信号 用示波器同时测量鉴相器输入 A B 脚的波形 TPP03 TPP05 的相位关系 环路锁定 该两信号将不存在相差 2 将鉴相输出开关 KP01 设置在 1 2 位置 左端 重复上述测量步骤 环路锁定 该两信号将存在相差 2 环路锁定过程观测 用函数信号发生器从测试信号输入端口 J007 送入一个 256KHz 的 TTL 方波信号 用 示波器同时观测 TPP03 TPP05 的相位关系 测量时用 TPP03 同步 反复断开和接入测试 信号 让锁相环进行重新锁定状态 此时 观察它们的变化过程 锁相过程 3 锁定检测信号观测 将跳线器 KP01 设置在 2 3 位置 由端 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字数字信号测试端口 J007 用示波器观测锁定检测点 TPP07 点的波形 调整函 数信号发生器输出频率使环路失锁和锁定 记录 TPP07 点的波形变化 4 同步带测量 1 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007 用示波器 同时测量 J007 TPP04 的相位关系 测量时用 J007 同步 正常时环路锁定 该两信号应为 同步 2 缓慢增加函数信号发生器输出频率 直至 J007 TPP04 两点波形失步 记录下失步 前的频率 3 调整函数信号发生器频率为 256KHz 使环路锁定 缓慢降低函数信号发生器输出 频率 直至 J007 TPP04 两点波形失步 记录下失步前的频率 4 计算同步带 T 同步带 f 357kHz 164kHz 193kHz 9 捕捉带测量 1 用函数信号发生器产生一个 256KHz 的 TTL 信号送入数字信号测试端口 J007 用示 波器同时测量 J007 TPP04 的相位关系 测量时用 J007 同步 正常时环路锁定 该两信号 应为同步