学生姓名： 马丽娜 学 号： 0938087 专业班级： 09电子班 实验类型：□√ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期：2012年3月21日 实验成绩： 指导老师： 邹慧兰
一、实验项目名称
模拟锁相环模块
二、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
三、实验基本原理
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接受的同步时钟以及后续电路同步时钟。
该模块主要由模拟锁相环UP01（MC4066）、数字分频器UP02（74LS161）、D触发器UP04（74LS74）、环路滤波器和运放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有源由带通滤波器后，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鉴相器输入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将不存在相差，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设置于1_2时（HDB3：左端），输入信号来自HDB3编码模块的HDB3码信号；当KP021设置于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）
以上测试点通过JP01测试头引出，JPO1的排列如下图所示
四、主要仪器设备及耗材
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
五、实验步骤
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。 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。
六、实验数据及处理结果
2.（1）、开关KP01设置在右端（2_3端）
（2）、开关KP01设置在左端（1_2端）
4、锁相过程观察：
锁相前
锁相后
5、失锁与锁定时TPP07点的波形变化：
图表 1 有错
失锁时的波形(频率大约在340KHz)
锁定时的波形(频率大约在345.5KHz) 6、同步带测量结果
增加函数信号发生器频率时,信号波形同步频率:342.3KHz 减小函数信号发生器频率时,信号波形同步频率:156.9KHz 同步带：342.3KHz-156.9KHz=185.4KHz 7、捕捉带测量结果
增加函数信号发生器频率时,信号波形同步频率:343.1KHz 减小函数信号发生器频率时,信号波形同步频率:157.0KHz 捕捉带：343.1KHz-157.0KHz=186.1KHz
七、思考讨论题或体会或对改进实验的建议
1、根据环路参数，解释为什么 TPP04 的波形存在抖动？
VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压——频率变换器，实际上还有一种电流——频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。
TPP04的波形就是压控振荡器VCO的波形，根据实验书所给的环路参数，从4分频器中输出的64KHz信号直接进入模拟锁相环模块，在环路锁定之后，若输入信号频率发生变化，产生了瞬时频差，从而使瞬时相位差发生变化，则环路将及时调节误差电压去控制VCO，使VCO输出信号频率随之变化，即产生新的控制频差，VCO输出频率及时跟踪输入信号频率，当控制频差等于固有频差时，瞬时频差再次为零，继续维持锁定，这就是跟踪过程，在锁定后能够继续维持锁定所允许的最大固有角频差的两倍称为跟踪带或同步带。由于存在跟踪带或同步带，故最后在TPP04上的波形存在抖动。 2、分析总结各项测量结果
此次实验为验证性实验,在进行实验之前已经得知最终的实验结果。通过实际测量模拟锁相环各个输出端口的波形以及频率，对锁相环的锁相过程有清晰的见解；实际测量的结果与预期结果相符合，实验较为成功。开关KP01在右端，TPP03与TPP05保持同步；开关KP01在左端，TPP03与TPP05存在一定的相位差，上述功能在实验测量中进行了较为准确的验证。在锁相过程的观测过程中，发现在失锁状态下TPP03已经呈现无输入状态，TPP05呈现不稳定的近似方波状态；在失锁状态下，VCO的振荡频率与输入频率差别很大。在TPP07（锁定指示检测信号）的观测中，可以看出在失锁状态时该信号处于低电平；在锁定状态时该信号处于高电平。最后通过对同步带以及捕捉带的测量，发现测试结果不是同步带包含捕捉带，这说明在整个实验过程中存在一定的误
差干扰；其次，根据定义捕捉带，同步带，
对于一阶锁相环（没有环路滤波器），捕捉带等于同步带；对于二阶锁相环，捕捉带小于同步带；环路滤波器的RC时间积分常数越大，或者说低通截止频率越低，捕捉带越窄。捕捉带与同步带是锁相环的重要参数，前者影响入锁的可靠性，后者决定入锁后相位误差的大小，因而实用的锁相环应具有足够大的捕捉带与同步带。
八、参考资料
《通信原理实验指导书》
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