基于锁相环的精确自动增益控制电路

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1、基于锁相环的精确自动增益控制电路字号显示：大中小　　2006-07-2512:45:24　　来源：电子查询网1引言　　　　集成锁相环作为现代电子线路中的常用组件被广泛应用于信号产生、调频及解调、频率合成、调幅、调相、电机控制等领域。在此结合锁相环路的特性讨论其在自动增益控制方面的应用。　　　　在很多电子功能电路中都需要对电平变化的信号加以稳幅。例如，在调相制式的通信系统中，含有正弦鉴相特性PD的锁相环解调电路对幅度非常敏感，需要预先去掉寄生调幅。通常使用的有二极管钳位电路、工作点特别设计的三极管限幅电路、AGC电路以及高频中普遍应用的工作于过压状态下的谐

2、振放大器。前2种电路结构简单，但其不足也是显而易见的：一方面由于在原理上引入了器件非线性机制，导致这种电路的频域失真较大，而且通常随着输入波动态范围增大引入的非线性更加强烈；另一方面由于是开环结构，所以稳幅精度不高。过压区放大器由于自身回路滤波作用使得频率失真较小，但仍为开环结构，精度不高。传统AGC电路在性能上比前面几种电路有很大改善，不过高精度的传统AGC电路对比较级、误差放大级的要求都高，总体比较复杂；又因为各个单元一般是分立的，所以可靠性会受影响。　　　　笔者通过多次总结，设计了一种通过锁相环来自动稳幅的电路结构，这种电路结构由2片集成模拟器件实

3、现，简单可靠，仿真与实测结果表明该电路稳幅性能优良。2原理说明　　电路原理如图1所示。　　设vi=A(1+cosΩt)cosωt，环路滤波器LP采用一阶RC电路，Ω<<ω（经过检波及低通滤波后可忽略载波成分对整个控制过程的影响）、乘法器输出电压vo，检波器输出电压vd，VCO压控灵敏度Ｋ，VCO自由振荡频率fo，令乘法器各通道增益为1，则当环路锁定时，存在：　　　　因fr，fo、K是常数，故vd亦为常数。　　　　又因为vd是vo幅度的单调增函数，所以vo幅度为常数，即vo为等幅波。且锁定时设环路滤波器输出控制电压为Vcontrol，其满足： 　　　　如

4、图2所示，在Protel环境下实施图1机制的电路图。其中PLL1是自由振荡频率为100kHz，压控灵敏度20kHz/V的低频锁相环，M1,M2是乘法器，正弦信号源MOD与调频信号源SIGNAL相乘产生带寄生调幅的调频信号INPUT，FREF是频率为110kHz的环路参考频率源。环路的控制电压CONTROL加到M1的V1端与INPUT相乘，去掉寄生调幅而输出OUTPUT。　　　　图3中从上到下依次是INPUT，CONTROL，OUTPUT信号，可以清晰地看到调节环路从初始状态逐渐进入稳定跟踪状态的过程,在1.5ms后锁相环进入锁定状态,调节电压Vcontr

5、ol与输入波形相乘的结果是稳幅波。　　图4是仿真图形的稳定部分局部放大。3对电路参数的分析　　这种电路正常工作的重要前提是锁相环处于锁定状态，即输入电压的变动不能超出锁相环同步带所决定的范围。如果把各个环节都近似看成线性的（在这里这种近似是比较可靠的），那么输入电压最大相对变化范围应正比于同步带。目前通用集成锁相环芯片的相对同步带大约为60%，对应的最大输入调幅系数为0.3。考虑到高阶环路捕捉带比同步带要小，故要想环路自动入锁，则输入信号的调制度还要比这个小。　　以上是粗略估计，为了能够使环路锁定，具体环路参数还是要做一定考虑。经过多次试验总结了一些基本

6、原则：首先要对输入波形做科学的预测，再通过式(3)预计环路中需要通过的信号，然后合理选择R1C1电路的时间常数，以保证此信号落入环路滤波器通带内。对于门电路鉴相器，为了保证环路滤波器输出波形质量，减少抖动，参考频率应该取为寄生调制频率的若干倍以上的数值，因此要求锁相环最高工作频率高于这个数值。　　　　检波器的设计应遵循解出信号的真实包络并且使时间常数最大的原则，这一级如果反映不出较真实的寄生信号，则系统的自动调节从根本上就是盲目的，不可能得到正确结果；时间常数太小会使VCO控制信号抖动厉害，不利于捕捉。所有参量基本确定后再验证系统是否稳定，不稳定再修改、

7、验证，直至稳定。4结语　　　　锁相环稳幅电路性能优良且便于模块化。锁相环自身工作频率和所稳定的信号频率没有任何关系，完全可以用廉价的低频锁相环（如CD4046，LM567等）解决高频信号精确稳幅问题。本文提出的电路亦应包含于AGC电路的概念中，但把传统AGC电路和本文提出的电路比较可知，他们优点分别是可控动态范围大和精度高，若在适当时候两者做成前后级，则可以相得益彰，实现宽作用范围、高精度AGC电路。验证电路中的乘法器可以是任何可控增益放大器，不计增益时甚至可以用场效应管和电阻构成的可控衰减网络来代替。　　　　这种电路的温度稳定性主要由提供参考频率的晶体

8、、VCO自由振荡频率、VCO压控灵敏度以及峰值检波器检波效率的温度系数决定。电源