脉冲锁相环的自同步方法优化

在同步二进制数据传输系统中,包含1码和0码的序列是随机的,从负值升至正值和从正值降至负值的过渡可以代表信号相位,过渡的次数总等于码元时间的整倍数或码速的分数倍。图7.21所示的是一个数据序列例子,1码和0码的出现是随机的,它们以零值为参考的正负过零脉冲,经过微分、整流和单稳态触发器后,得到0或1。其中任何两个邻近的过零脉冲间隔虽也是随机的,但它们都是码元间隔Tb的整倍数。这样接收解调以后,可以用过零检测器得到的过零脉冲来代表接收信号的相位。

图7.21 数据序列码元间隔Tb的整倍数

在接收端过零检测器之后设置锁相环,如图7.22所示。过零码宽为Tb的脉冲序列进入鉴相器,与压控振荡器输出形成的矩形脉冲序列比较相位。经过这种脉冲锁相的作用,压控振荡器输出形成的矩形脉冲序列将是很好的位同步脉冲序列。利用锁相环大大地消除了信道干扰引起的快速抖动,位同步的质量有所提高。

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图7.22 接收端过零检测后的锁相环同步法

因为压控振荡器本身是频率很稳定的振荡器,它输出形成的矩形波反馈至鉴相器。图7.23所示的第一排波形是过零脉冲序列uc(t)。每一个过零脉冲的宽度为τ,当它加上鉴相器时,使鉴相器导通,压控振荡器脉冲能输出。反之,当过零脉冲不出现时,鉴相器不导通,压控振荡器脉冲不能输出。图7.23中的第三排波形ud(t)就是鉴相器每隔τ时间导通时,正、负极性振荡脉冲输出的一部分。如振荡脉冲与过零脉冲的频率相同,且振荡脉冲的上升沿对准过零脉冲的正中心,则鉴相器输出的正负极性脉冲宽度τ1=τ2。如图7.23所示的正负极性的脉冲ud(t)那样,如果正负极性的脉冲宽度相等和幅度也相等,则环路低通滤波器的输出电压为零,那么作用于压控振荡器的电压为零,在这种情况下,压控振荡器的频率不起变化,锁相环处于锁定状态,压控振荡器输出的脉冲就是需要的位同步或位定时脉冲序列。

图7.23 锁相环自同步的压控振荡器工作状况

若压控振荡器输出脉冲uv(t)的相位超前或滞后于过零脉冲uc(t),则鉴相器输出的正负极性脉冲的宽度不相等,即τ1≠τ2,因此环路低通滤波器输出电压为正值或负值。这个正值或负值的误差电压作用于压控振荡器,使振荡器改变频率,以致它输出脉冲与过零脉冲的相位差趋向减小。这样的过程重复下去,直至相位差减小得使uv(t)脉冲的上升沿对准uc(t)脉冲的正中心,达到相位锁容状态。这里叙述的脉冲锁相方法,仍然属于模拟锁相范畴。