眼圖觀察測量試驗

1、實驗12 眼圖觀察測量實驗一、實驗?zāi)康?.學(xué)會觀察眼圖及其分析方法，調(diào)整傳輸濾波器特性。二、實驗儀器.眼圖觀察電路（底板右下側(cè)）時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G 3.噪聲模塊，位號E 4.100M雙蹤示波器1臺三、實驗原理在整個通信系統(tǒng)中，通常利用眼圖方法估計和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性 能。我們知道，在實際的通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號經(jīng)過非理想的傳輸系統(tǒng)必定要產(chǎn) 生畸變，也會引入噪聲和干擾，也就是說，總是在不同程度上存在碼間串?dāng)_。在 碼間串?dāng)_和噪聲同時存在情況下，系統(tǒng)性能很難進(jìn)行定量的分析，常常甚至得不 到近似結(jié)果。為了便于評價實際系統(tǒng)的性能，常用觀察眼圖進(jìn)行分析。眼圖可以直觀地估價系統(tǒng)的碼間干擾

2、和噪聲的影響，是一種常用的測試手段。 什么是眼圖?所謂“眼圖”，就是由解調(diào)后經(jīng)過接收濾波器輸出的基帶信號，以碼元時鐘作 為同步信號，基帶信號一個或少數(shù)碼元周期反復(fù)掃描在示波器屏幕上顯示的波形 稱為眼圖。干擾和失真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來。因為 對于二進(jìn)制信號波形，它很像人的眼睛故稱眼圖。在圖12-1中畫出兩個無噪聲的波形和相應(yīng)的“眼圖”，一個無失真，另一個 有失真（碼間串?dāng)_）。圖12-1中可以看出，眼圖是由虛線分段的接收碼元波形疊加組成的。眼圖 中央的垂直線表示取樣時刻。當(dāng)波形沒有失真時，眼圖是一只“完全張開”的眼睛。 在取樣時刻，所有可能的取樣值僅有兩個：+1 或-1。當(dāng)

3、波形有失真時，“眼睛” 部分閉合，取樣時刻信號取值就分布在小于+1或大于-1附近。這樣，保證正確 判決所容許的噪聲電平就減小了。換言之，在隨機(jī)噪聲的功率給定時，將使誤碼率增加?！把劬Α睆堥_的大小就表明失真的嚴(yán)重程度。為便于說明眼圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系，我們將它簡化成圖12-2的形狀。由此圖可以看出：(1)最佳取樣時刻應(yīng)選擇在眼睛張開最大的時刻；(2)眼睛 閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對定時誤差靈敏的程度，斜邊愈陡， 對定位誤差愈敏感；(3)在取樣時刻上，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量；(4)在取樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就有可能發(fā)生錯誤判

4、決；(5) 陰影區(qū)與橫軸相交的區(qū)間表示零點(diǎn)位置 變動范圍，它對于從信號平均零點(diǎn)位置提取定時信息的解調(diào)器有重要影響。實驗 室理想狀態(tài)下的眼圖如圖12-3 所示。衡量眼圖質(zhì)量的幾個重要參數(shù)有：.眼圖開啟度(U-2A U)/U指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度“張開”的程度。無畸變眼圖的開啟度應(yīng)眼圖為100%。v v出)有失其時圖12-1無失-真及有失真時的波形及眼圖 (a)無碼間串?dāng)_時波形;無碼間串?dāng)_眼圖 3)有碼間串?dāng)_時波形,有碼間串?dāng)_眼圖信號波形聞)無失其時AT及住取樣時間 （最佳取樣點(diǎn)）零點(diǎn)位置的失真圖12T眼圖的重嚶性質(zhì)其中 U=U+U-.“眼皮”厚度2A U/U指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度的閉合部分與

5、最大幅度之比，無畸變眼圖的 “眼皮”厚度應(yīng)等于0。2交叉點(diǎn)發(fā)散度A T/T3指眼圖過零點(diǎn)交叉線的發(fā)散程度，無畸變眼圖的交叉點(diǎn)發(fā)散度應(yīng)為 0。 正負(fù)極性不對稱度指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖正、負(fù)幅度的不對稱程度。無畸變眼圖的極性不對稱度應(yīng)為0。最后，還需要指出的是：由于噪聲瞬時電平的影響無法在眼圖中得到完整的反映，因此，即使在示波器上顯示的眼圖是張開的，也不能完 全保證判決全部正確。不過，原則上總是眼睛張開得越大，誤判越小。在圖12-3 中給出從示波器上觀察到的比較理想狀態(tài)下的眼圖照片。本實驗主要是完成PSK解調(diào)輸出基帶信號的眼圖觀測實驗。圖12-3實髓室理想狀態(tài)下的眼圖(a)二進(jìn)制系統(tǒng)(b)隨機(jī)數(shù)據(jù)輸

6、入后的二進(jìn)制系統(tǒng)四、各測量點(diǎn)和可調(diào)元件作用底板右下側(cè)“眼圖觀察電路”W06：接收濾波器特性調(diào)整電位器。P16：眼圖觀察信號輸入點(diǎn)。P17：接收濾波器輸出升余弦波形測試點(diǎn)(眼圖觀察測量點(diǎn))。五、實驗步驟1插入有關(guān)實驗?zāi)K：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下，按照下表放置實驗?zāi)K：模塊名稱放置位號時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊G噪聲模塊E對應(yīng)位號可見底板右上角的“實驗?zāi)K位置分布表”，注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致。2信號線連接使用專用導(dǎo)線按照下表進(jìn)行信號線連接：源端目的端連線作用4P01 (G)3P01 (E)將待傳輸?shù)拇a兀數(shù)據(jù)送入高斯白噪聲信道；3P02 (G)P16 （底板）將經(jīng)過加噪后的信號送入眼圖觀察電

7、路；3加電打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請 立即關(guān)閉電源，查找異常原因。4實驗內(nèi)容設(shè)置撥碼器“4SW02（G）設(shè)置為“00011，4P01產(chǎn)生32K的511位m序列；5眼圖觀測（1）用示波器的一根探頭CH1放在“4P02”（G）上，另一根探頭CH2放在“P17” （底板）上，選擇示波器觸發(fā)方式為CH1。（2）調(diào)整示波器的掃描旋紐，則可觀察到若干個并排的眼圖波形。眼圖上面的 一根水平線由連1 引起的持續(xù)正電平產(chǎn)生，下面一根水平線由連0碼引起的持 續(xù)的負(fù)電平產(chǎn)生，中間部分過零點(diǎn)波形由1.0 交替碼產(chǎn)生。無噪聲眼圖波形觀察（1）調(diào)節(jié)3W01（E）電位器，將3TP

8、01噪聲電平調(diào)為0,使傳輸信道無噪聲;（2）調(diào)整接收濾波器r（回）H（這里可視為整個信道傳輸濾波器（回）H）的特性， 使之構(gòu)成一個等效的理想低通濾波器。觀看眼圖，調(diào)整電位器W06直到眼圖波 形的過零點(diǎn)位置重合、線條細(xì)且清晰，此時的眼圖為無碼間串?dāng)_、無噪聲時的眼 圖。在調(diào)整電位器W06過程中，可發(fā)現(xiàn)眼圖波形過零點(diǎn)線條有時彌散，此時的 眼圖為有碼間串?dāng)_、無噪聲時的眼圖，并且線條越彌散，表示碼間串?dāng)_越大；在 調(diào)整過程中，還可發(fā)現(xiàn)W06在多個不同位置，眼圖波形的過零點(diǎn)都重合，由于W06 不同位置，對應(yīng)的不同特性，它正好驗證了無碼間串?dāng)_傳輸特性不是唯 的。（）H回有噪聲時眼圖波形觀察調(diào)節(jié)3W01（E）,

9、逐漸增加噪聲電平。在增 大噪聲電平的過程中，注意觀察眼圖的形狀變化，分析噪聲電平對眼圖的影響，1.皿反過來通過不同狀態(tài)的眼圖，分析當(dāng)前傳輸信道的噪聲。圖噪聲模塊電路%【邛心IIARJ啥3 M3CJ23EQ2IKOl rlHi I id&P22K.忙QB I-104JUILL3621Mp;pmI5TX調(diào)整眼圖電路參數(shù)后眼圖觀察調(diào)節(jié)W06 （底板）電位器，改變眼圖信道傳輸濾波器的帶寬，在調(diào)整過程中，分析信道帶寬對眼圖電路的影響，并結(jié)合眼圖理論分析帶寬、碼間串?dāng)_2.00V/cW.0V/18.2?！?喻 . 1195V| 寮 Agilent小梟.1林川得炙250MS/$M上升1(2t_ 無邊沿同制2:

10、無邊沿10.00；/上升射響2.00V/ 2 5 00V/采集 柞（立 500MSa/sMi1 200V/ 2 B.00V/0,0,10,00”歐 打器道 黑6.關(guān)機(jī)拆線實驗結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗?zāi)K。六、實驗報告要求1分析電路的工作原理，敘述其工作過程。2敘述眼圖的產(chǎn)生原理以及它的作用。答：實驗13 數(shù)字頻率合成實驗 一、實驗?zāi)康?加深對基本鎖相環(huán)工作原理的理解；2熟悉鎖相式數(shù)字頻率合成器的電路組成與工作原理。二、實驗儀器.數(shù)字頻率合成模塊，位號：B.時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G3100M 雙蹤示波器1臺三、實驗原理1鎖相環(huán)的構(gòu)成及工作原理（1）鎖相環(huán)的基本組成

11、圖 13-1 是鎖相環(huán)的基本組成方框圖，它主要由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）組成。壓控振蕩器（VCO）VCO是本控制系統(tǒng)的控制對象，被控參數(shù)通常是其振蕩頻率，控制信號 為加在VCO上的電壓。所謂壓控振蕩器就是振蕩頻率受輸入電壓控制的振蕩 器。鑒相器（PD）PD是一個相位比較器，用來檢測輸出信號0 V（t）與輸入信號i V（t） 之間的相位差回（t）并把回（轉(zhuǎn)化為電壓V（t） d輸出，V（t） d稱為誤差電壓， 通常V （t） d作為一直流分量或一低頻交流量。環(huán)路濾波器（LF）LF作為一低通濾波電路，其作用是濾除因PD的非線性而在V （t） d中產(chǎn)生的無用組合頻率分量

12、及干擾，產(chǎn)生一個只反映回（t大小的控制信號V（t） C。4046 鎖相環(huán)芯片包含鑒相器（相位比較器）和壓控振蕩器兩部分，而環(huán)路 濾波器由外接阻容元件構(gòu)成。（2）鎖相環(huán)鎖相原理鎖相環(huán)是一種以消除頻率誤差為目的反饋控制電路，它的基本原理是利用相 位誤差電壓去消除頻率誤差。按照反饋控制原理，如果由于某種原因使VCO的 頻率發(fā)生變化使得與輸入頻率不相等，這必將使V （t） O與V （t） i的相位差回（t） 發(fā)生變化，該相位差經(jīng)過PD轉(zhuǎn)換成誤差電壓V （t） d。此誤差電壓經(jīng)過LF濾波 后得到V （t） c，由V （t） c去改變VCO的振蕩頻率，使其趨近于輸入信號的頻率， 最后達(dá)到相等。環(huán)路達(dá)到最后

13、的這種狀態(tài)就稱為鎖定狀態(tài)。當(dāng)然由于控制信號正 比于相位差，即V （t） d正比于回（t），因此在鎖定狀態(tài)，回（t）不可能為零， 換言之，在鎖定狀態(tài)V （t） O與V （t） i仍存在相位差。雖然有剩余相位誤差存大， 但頻率誤差可以降低到零，因此環(huán)路鎖定時，壓控振蕩器輸出頻率OF與外加基 準(zhǔn)頻率（輸入信號頻率）i F相等，即壓控振蕩器的頻率被鎖定在外來參考頻率 上。3數(shù)字頻率合成器的基本工作原理頻率合成技術(shù)是現(xiàn)代通信對頻率源的頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度，頻譜純度及頻帶 利用率提出越來越高的要求的產(chǎn)物。它能夠利用一個高穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)頻率源（如晶體振 蕩器）合成出大量具有同樣性能的離散頻率。直接式鎖相頻率合成器構(gòu)成

14、如圖13-2所示。圖中fR為高穩(wěn)定的參考脈沖信 號（如晶體振蕩器輸出的信號），壓控振蕩器（VCO）輸出經(jīng)N次分頻后得到頻 率為fN的脈沖信號。fR和fN在鑒相器（PD）進(jìn)行比較，當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài) 時，則：/r = fy因為二fl 所以 R f N打35P02圖13T宜接式鎖相環(huán)頻率合成器功能框圖35Poi35TP01可變分頻器 (-N)壓控振蕩淵 (VCQ)鑒相器TD)環(huán)路濾波器 (LF)顯然，只要改變分頻比N,即可達(dá)到改變輸出頻率。的目的，從而實現(xiàn)由fR合成乳的 任芬，這樣,只要輸入一個固定參考頻率豌，即可得到一系列所需要的頻率.在該電路中, 輸出頻率點(diǎn)間隔曠二片,口選擇不同的可以獲得不同

15、心的頻率間隔。:一二一：二一.n v圖13-3數(shù)字鎖相環(huán)顛率合成罌原理圖數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器原理圖如圖13-3, 35U02(4046)鎖相環(huán)的功能框圖 如圖13-4所示，35U02(MC14522)、35U03(MS14522)構(gòu)成二級可預(yù)置分頻 器，35U02.35U03分別對應(yīng)著總分頻比N的十位、個位分頻器。模塊上的兩個 4位紅色撥動開關(guān)35SW01.35SW02分別控制十位數(shù)、個位數(shù)的分頻比，它們以 8421BCD 碼形式輸入。撥動開關(guān)往上撥為“1”，往下?lián)転椤?”。使用時按所需分頻 比N 預(yù)置好35SW01.35SW02的輸入數(shù)據(jù)，例如N=7時，35SW01置“0000”，35W02

16、 置“0111”； N=17 時，35SW01 置“0001”，35SW02 置“0111”。但是應(yīng)當(dāng) 注意，當(dāng)35SW02置“1111”時，個位分頻比N1=15,如果35SW01置“0001”時，此時的總分頻比為N=25。因此為了計算方便，建議個位分頻比的預(yù)置不要超過9。當(dāng)程序分頻器的分頻比N置成1,也就是把35SW01置“0000”，35SW02置 成“0001” 狀態(tài)。這時，該電路就是一個基本鎖相環(huán)電路。當(dāng)二級程序分頻器的 N 值可由外部輸入進(jìn)行編程控制時，該電路就是一個鎖相式數(shù)字頻率合成器電 路。圖13-4 4016鎖相環(huán)邏輯框圖外引線排列管腳功能簡要介紹:PD12VCO1-GND15

17、VZ 1NE PDO1PD02-PD 口 3-VCOo-RI-R2一口儡電壓相位比較器1VCO壓控振蕩器振蕩跟隨器PDlllVDD 1 -相位比較器2 4第1引腳（PDO3）：相位比較器2輸出的相位差信號，為上升沿控制邏輯。第2引腳（PDO1）：相位比較器1輸出的相位差信號，它采用異或門結(jié)構(gòu)，即 鑒相特性為PDO1=PDI1 PDI2第3引腳（PDI2）：相位比較器輸入信號，通常PD為來自VCO的參考信號。第4引腳（VCOO）：壓控振蕩器的輸出信號。第5引腳（INH）：控制信號輸入，若INH為低電平，則允許VCO工作和源極跟 隨器輸出：若INH為高電平，則相反，電路將處于功耗狀態(tài)。第6引腳（。

18、）：與第7引腳之間接一電容，以控制VCO的振蕩頻率。第7引腳（。）：與第6引腳之間接一電容，以控制VCO的振蕩頻率。第8引腳（GND）：接地。第9引腳（VCOI）：壓控振蕩器的輸入信號。第10引腳（SFO）：源極跟隨器輸出。第11引腳（R1）：外接電阻至地，分別控制VCO的最高和最低振蕩頻率。第12引腳（R2）：外接電阻至地，分別控制VCO的最高和最低振蕩頻率。第13引腳（PDO2）：相位比較器輸出的三態(tài)相位差信號，它采用PDI1.PDI2上 升沿控制邏輯。第14引腳（PDI1）：相位比較器輸入信號，PDI1輸入允許將0.1V左右的小信號 或方波信號在內(nèi)部放大并再經(jīng)過整形電路后，輸出至相位比較

19、器。第15引腳（VI ）:內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓二極管負(fù)極，其穩(wěn)壓值V58V,若與 TTL電路匹配時，可以用來作為輔助電源用。第16引腳（VDD ）：正電源，通常選+5V,或+10V, +15V。四、各測量點(diǎn)及可調(diào)元件的作用35SW01：分頻比的十位數(shù)設(shè)置開關(guān)，以8421 BCD碼形式輸入。35SW02：分頻比的個位數(shù)設(shè)置開關(guān)，以8421 BCD碼形式輸入。35P01： VCO輸入?yún)⒖夹盘栥T孔，即相位比較器輸入信號。35TP01：相位比較器輸入信號，通常PD為來自VCO的參考信號。35P02： VCO壓控振蕩器的輸出信號鉚孔。五、實驗內(nèi)容及步驟1插入有關(guān)實驗?zāi)K在關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下，按照下表放置

20、實驗?zāi)K：模塊名稱放置位號時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊G數(shù)字頻率合成模塊E對應(yīng)位號可見底板右上角的“實驗?zāi)K位置分布表”，注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致。2信號線連接使用專用導(dǎo)線按照下表進(jìn)行信號線連接：源端目的端連線作用P09 （底板）35P01 （E）將10K的基準(zhǔn)時鐘信號送入數(shù)字頻率合成輸入端；4加電打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常， 請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。5實驗內(nèi)容設(shè)置使DDS信號源工作在“抽樣”功能，即“D04D03D02D01” =0001, DDS信號源的抽樣脈沖輸出端（P09）默認(rèn)輸出10K的脈沖信號，占空比為50%。5鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)測量（

21、1）設(shè)35SW01=0000、35SW02=0001, 35SW01.35SW02 分別對應(yīng)著總頻比 N 的 十位、個位分頻器，則程序分頻器的分頻比N = 1,。（2）雙蹤示波器探頭分別接至35P01.35P02,觀測兩點(diǎn)波形，兩信號相位和頻率完全一致則說明鎖相環(huán)頻率鎖定；6相位抖動（相位噪聲）特性測量（1）調(diào)整示波器掃描寬度，使示波器寬度大約容納1.5個基準(zhǔn)頻率（25P01）波 形，觀察頻率鎖定時兩信號上升沿是否對齊。（3）仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)，鎖定后的信號（25P02）上升沿有抖動，測量其抖動時間長度，并記錄。（3）計算上升沿抖動與基準(zhǔn)頻率一個時鐘周期的比值，該值的一半即為鎖相環(huán)的時鐘抖動。7調(diào)整信號脈沖觀測（1）用示波器分別觀測35P01和35TP01,其中35TP01為鎖相環(huán)的調(diào)整信號脈沖。（2）調(diào)整35SW01.35SW02的值觀察35TP01的變化。（4）用示波器分別觀測35TP01和35P02,分析兩個測量點(diǎn)之間的關(guān)系。8捕捉帶測量(1)用示波器分別測量35P01.35P02；(2)逐漸增大35SW