基于鎖相環的調制解調仿真實現

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摘要
隨著現代集成電路技術的發展，鎖相環已經成為集成電路設計中非常重要的一個部分，所以對鎖相環的研究具有積極的現實意義。鎖相環電路是一種輸出信號在頻率和相位上能夠與輸入參考信號同步的電路，鎖相環由于其具有一系列獨特的優良性能，它已經成為通信、雷達、導航、電子儀器儀表等設備中不可缺少的一部分。所以這些年來鎖相環的設計與研究工作也越來越受到人們的重視，人們開始利用人工計算或計算機軟件來分析鎖相環的性能。
在一學期的鎖相環的學習之后，經過查閱大量資料的基礎之上，本文先對鎖相環的發展情況和鎖相技術的應用，之后介紹了鎖相系統的基本工作原理進行了分析，分析了鎖相環的數學模型，描述了鎖相環的整體電路以及鑒相器、環路濾波器、壓控振蕩器等電路模塊。并鎖相環的鎖定性能、及穩定性能做緊要的介紹。
最后介紹了鎖相環的調制解調作用。在分析和設計的同時，也采用Matlab軟件對鎖相環電路進行了仿真。

鎖相環發展概況
鎖相環(PLL-Phase Locked L00P)是自動頻率控制和自動相位控制技術的融合。人們對鎖相環的最早研究始于20世紀30年代，其在數學理論方面的原理，30年代無線電技術發展的初期就己出現。1930年建立了同步控制理論的基礎，1932年法國工程師貝爾賽什(Bellescize)發表了鎖相環路的數學描述和同步檢波論，第一次公開發表了對鎖相環路的數學描述。鎖相技術首先被用在同步接收中，為同步檢波提供一個與輸入信號載波同頻的本地參考信號，同步檢波能夠在低信噪比條件下工作，且沒有大信號檢波時導致失真的缺點，因而受到人們的關注，但由于電路構成復雜以及成本高等原因，當時沒有獲得廣泛應用。
五十年代，隨著空間技術的發展，由杰費(Jaffe)和里希廷(Rechtin)研制,成功利用鎖相環路作為導彈信標的跟蹤濾波器，他們第一次發表了含有噪聲效應的鎖相環路線性理論的文章，并解決了鎖相環路最佳設計化問題。空間技術的發展促進了人們對鎖相環路及其理論的進一步探討，極大地推動了鎖相技術的發展。
六十年代初，維特比(Viterbi)研究了無噪聲鎖相環路的非線性理論問題， 發表了相干通信原理的論文。最初的鎖相環都是利用分立元件搭建的，由于技術和成本方面的原因，所以當時只是用于航天、航空等軍事和精密測量等領域。集成電路技術出現后，直到1965年左右，隨著半導體技術的發展，第一塊鎖相環芯片出現之后，鎖相環才作為一個低成本的多功能組件開始大量應用各種領域。最初的鎖相環是純模擬的(APLL)，所有的模塊都由模擬電路組成，它大多由四象限模擬乘法器來構建環路中的鑒相器，環路濾波器為低通濾波器(由電阻R電容C組成)，壓控振蕩器的結構多種多樣。由于APLL在穩定工作時，各模塊都可以認為是線性工作的，所以也稱為線性鎖相環LPLL( Linear Phase. Hckedbop )。APLL對正弦特性信號的相位跟蹤非常好，它的環路特性主要由鑒相器的特性決定。其主要用于對信號的調制。70年代，林特賽(Undsy)和查理斯(Chanes)在做了大量實驗的基礎上進行了有噪聲的一階、二階及高階PLL的非線性理論分析。隨著人們對鎖相技術的理論和應用進行的深入廣泛的研究，伴隨著數字電路的發展，鑒相器部分開始由數字電路代替，其它部分仍為模擬電路，這種鎖相環就是最初的數字鎖相環(DPLL)，準確的名稱為數模混合鎖相環(Mixed-single PLL)。隨著數模混合鎖相環技術和理的不斷發展和完善，其成為了鎖相環的主流。
現在隨著通信行中對低成本、低功耗、大帶寬、高數據傳輸速率的需求， 集成電路不斷朝著高集成度、低功耗的方向發展。低功耗、高工作頻率、低電壓的鎖相環設計中，主要的挑戰是設計合適的壓控振蕩器和高頻率的分頻器，針對這方面的研究，設計師們不斷提出不同的技術，如壓控振蕩器和分頻器由原來的串接改為堆疊結構、DH-PLL結構等，隨著設計人員的不斷努力，鎖相壞的性能不斷提高，現在已經有工作頻率達50GHz的鎖相環，同時也在通信和航空航天等領域中發揮著越來越重要的作要。
在鎖相環發展之初，都是由分立元器件組成的，電路復雜,調整困難。到20世紀70年代，隨著半導體集成技術的日趨成熟，鎖相環電路成為了集成電路芯片后才開始得到了廣闊的商用。第一塊集成電路芯片出現在1965年左右。這時的PLL全都是用模擬技術實現的。PLL成為了當時模擬電路設計中的又一大模塊。之后的幾年內就出現了數模混合的鎖相環電路,以及后來的全數字鎖相環電路。這三種鎖相環電路各有千秋，相互彌補，分別存在于各類電子產品中。

總結

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