模拟锁相环

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。

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，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KP02是用于选择输入锁相信号：当KP02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KP02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）
注：以上测试点通过JP01测试头引出，测量时请在测试引出板上进行。

JP01的排列如下图所示：
TPP01TPP02
TPP03TPP04
TPP05TPP06
TPP07
地
二、实验仪器
1、Z H5001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
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
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
（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。

波形如下图所示：
图1 TPP03和TPP05相位关系图1
（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。

波形如下图所示：
图2 TPP03、TPP05相位图2
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，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）。

波形如下图所示：
图3 锁相过程波形
5.锁定检测信号观测
将跳线器KP01设置在2_3位置（右由端），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。

经测量可知，环路失锁和锁定时，TPP07点的波形的频率变化量为31MHz。

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，记录下失真前的频率。

经观察可知，失真前的频率为322KHz。

（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，记录下失真前的频率。

经观察可知，失真前的频率为170KHz。

（4）计算同步带。

由计算可得，同步带为152KHz。

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。

经测量可知，同步一刻的频率为325KHz。

（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。

经测量可知，同步一刻的频率为160KHz。

（4）计算捕捉带。

经计算可得，捕捉带为165KHz。

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TPP06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TPP06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。