信息科学与技术学院
通信原理课程设计
课题名称：数字频带通信系统的建模与设计学生姓名：王太程2011508199
学院：信息科学与技术学院
专业年级：电子信息工程2011级
指导教师：钟福如讲师
完成日期：二○一四年七月十日
目录
第0章引言 (2)
第1章 (4)
1.1 设计任务要求及方案论证 (4)
1.1.1 任务要求 (4)
1.1.2 锁相环频率合成的原理 (4)
1.1.3锁相环频率的合成与应用(调制与解调) (6)
1.1.4锁相环在调制中的应用 (7)
1.1.5 锁相环在解调中的应用 (8)
1.1.6 锁相环在频率合成电路中的应用 (9)
1.2 仿真工具SYSTEMVIEW简介 (9)
1.3 电路的设计与调试 (10)
1.3.1 三环式锁相环频率合成电路 (10)
第2章 (12)
2.1 仿真的结果及分析 (12)
第3章 (14)
参考文献 (15)
第0章引言
锁相环（Phase Lock Loop），简称PLL，是一种利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号反馈控制电路。他的被控制量是相位，被控对象是压控振荡器。如果锁相环路中压控振荡器的输出信号频率发生变化，则输入到相位比较器的信号相位θv(t)和θR(t)必然会不同，使相位比较器输出一个与相位误差成比例的误差电压Vd(t)，经环路滤波器输出一个缓慢变化的直流电压Vc(t)，来控制压控振荡器输出信号的相位，使输入和输出相位差减小，直到两信号之间的相位差等于常数。此时，压控振荡器的输出信号频率和输入信号频率相等，且环路处于锁定状态。锁相环是构成频率合成器的核心部件。主要由相位比较器(Phase Discriminator)、压控振荡器(Voltage Control Oscillator)、环路滤波器(Loop Filter)组成。
锁相环路是一个能跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。锁相环路系统在各个领域都有很多的用途，发展将势不可挡。锁相环路在宇宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控、电视接收机、电动机转速控制、自动跟踪调谐等领域都有更好的发展。
频率合成是电子系统中的关键技术，是决定电子系统性能的主要设备，随着通信、数字电视、卫星定位、航空航天、雷达和电子对抗等技术的发展，频率合成技术提出了越来越高的要求。频率合成技术是将一个或多个高稳定、高精确度的标准频率经过一定变换，产生同样高稳定度和精确度的大量离散频率的技术。
锁相环是一个相位反馈控制系统，在数字锁相环中，由于误差控制信号是离散的数字信号，而不是模拟电压，因而受控的输出电压的改变是离散的而不是连续的；此外，环路组成部件也全用数字电路实现，故而这种锁相环就称之为数字锁相环(Digital Phase Lock Loop)。
传统的锁相环由模拟电路实现，而数字锁相环与传统的模拟电路实现的PLL相比，具有精度高且不受温度和电压影响，环路带宽和中心频率编程可调，易于构建高阶锁相环等优点，并且应用在数字系统中时，不需A/D及D/A转换。随着通讯技术、集成电路技术的飞速发展和系统芯片(SoC)的深入研究，数字锁相环必然会在其中得到更为广泛的
应用。
近些年来, 由于大规模集成电路制造技术的广泛运用, 数字锁相环中的技术指标得到了很大的提高, 同时电路的体积也大大减小。利用这些高性能的器件, 可以组成体积小、杂散分量低的频率合成器。在许多电子设备中，常常需要产生多种频率且精度较高的信号，因此采用数字锁相环的频率合成器是一种比较实际可行的方法。
设计目的：加深对锁相式频率合成器的理解，了解解调方法以及每种解调方法的模块建立，熟练使用systemview仿真软件。锻炼动手能力等等，为以后更好的踏入社会打下坚实的基础。
第1章
1.1 设计任务要求及方案论证
1.1.1 任务要求
锁相式数字频率合成器设计
1.1.2 锁相环频率合成的原理
许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，特点是利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。
锁相环通常由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成，锁相环组成的原理框图如下图所示。
图1-1 锁相环原理图
锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成UD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压UC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。
锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图所示。
图1-2 鉴相器原理图
鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：
（2-1） （2-2）
式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压uD 为：
（2-3）
用低通滤波器LF 将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC （t ）。即uC （t ）为：
（2-4）
式中的ωi 为输入信号的瞬时振荡角频率，θi(t)和θo(t)分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：
（2-5）
即：
（2-6）
则，瞬时相位差θd 为：
