高頻電子線路課程設(shè)計---同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p>　　《 高頻電子線路 》</p><p>　　課 程 設(shè) 計 報 告</p><p>　　題 目： 同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn) </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程系電子信息工程 </p><p>　　班 級： 10電子信息工程2班 </p><p>　　姓

2、 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　電氣工程系</b></p><p>　　2012年12月17日</p><p><b>　　任務(wù)書</b></p&

3、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 功能分析及方案比較- 5 -</p><p>　　1.1同步檢波器功能分析- 5 -</p><p>　　1.2設(shè)計方案對比- 6 -</p><p>　　第二章 單元電路設(shè)計- 9 -</p><p>

4、;　　2.1元器件選擇- 9 -</p><p>　　2.2單元電路設(shè)計- 10 -</p><p>　　2.2.1調(diào)幅信號發(fā)生器- 10 -</p><p>　　2.2.2同步檢波電路- 11 -</p><p>　　第三章 電路總圖- 13 -</p><p>　　第四章 仿真軟件Multisim的簡

5、介- 14 -</p><p>　　第五章 工作原理及仿真分析- 15 -</p><p>　　5.1基本工作原理- 15 -</p><p>　　5.2仿真波形圖及結(jié)果分析- 15 -</p><p>　　總結(jié)與心得體會- 18 -</p><p><b>　　附錄- 20 -</b&g

6、t;</p><p>　　元器件清單- 20 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 21 -</p><p>　　同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以

7、用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，無法用包絡(luò)檢波進(jìn)行檢波，所以要采用同步檢波的方法。</p><p>　　同步檢波器主要是用于對DSB和SSB信號進(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器的方法有兩種。一是利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很簡單的；二是利用抑制載波

8、的雙邊帶信號和輸入的同步信號（即載波信號），經(jīng)過乘法器相乘，可得輸入信號，實現(xiàn)了雙邊帶信號解調(diào)。</p><p>　　關(guān)鍵字：同步解調(diào)，仿真</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　課程設(shè)計作為通信電路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)

9、我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。</p><p>　　另一方面也使我們更好地鞏固和加深對于基礎(chǔ)知識的理解，學(xué)會設(shè)計中小型通信電路的方法，獨立完成調(diào)試過程，增強我們理論聯(lián)系實際的能力，提高電路分析和設(shè)計能力。通過實踐引導(dǎo)我們在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實踐奠定基礎(chǔ)。通過設(shè)計，一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個實踐的階段。</

10、p><p>　　第一章 功能分析及方案比較</p><p>　　1.1同步檢波器功能分析</p><p>　　根據(jù)通信電路理論分析，雙邊帶信號DSB，就是抑制了載波后的調(diào)制信號，它的游泳信號成分以邊帶形式對稱分布在被抑制載波的兩側(cè)。由于有用信號所在的雙邊帶調(diào)制信號的上、下邊頻功率之和只有載波功率的一半，即它只占整個調(diào)幅波功率，實際運用中，調(diào)制度在0.1--1之間變化，

11、其平均值僅為0.3，所以邊頻所占整個調(diào)幅波的功率還要小。為了節(jié)省發(fā)射功率和提高有限頻帶資源的利用率，一般采用傳送抑制載波的單邊帶調(diào)制信號SSB，單邊帶調(diào)制信號已經(jīng)包含了所有有用信號成分，電視信號采用殘留單邊帶發(fā)送圖像的調(diào)幅信號就是其中一例。而要實現(xiàn)對抑制載波的雙邊帶調(diào)制信號DSB或單邊帶調(diào)制信號SSB進(jìn)行解調(diào)，檢出我們所需要的調(diào)制有用信號，不能用普通的二極管包絡(luò)檢波電路，而需要用同步檢波電路。</p><p>　

12、　同步檢波電路與包絡(luò)檢波不同，檢波時需要同時加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實現(xiàn)調(diào)幅波的乘積檢波功能，普通調(diào)幅電壓乘法器的原理框圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1普通調(diào)幅電壓乘積器原理框圖</p><p>　　圖中，設(shè)輸入信號為普通調(diào)幅信號：</p><p><b>　?。?.1）</b></p>&

13、lt;p>　　限幅器輸入為等幅載波信號，乘法器將兩個輸入信號進(jìn)行相乘后輸入信號為：</p><p><b>　　(1.2)</b></p><p><b>　?。l件：為大信號）</b></p><p>　　再通過低通濾波器作為乘法器的負(fù)載，將所有高頻分量去掉，并用足夠大的電容器隔斷直流分量，就可以得到反映調(diào)制規(guī)律的

14、低頻電壓。</p><p><b>　　1.2設(shè)計方案對比</b></p><p>　　根據(jù)功能分析，可知同步檢波必須外加一個與載波同頻同相的恢復(fù)信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器有兩種方法：乘積型和疊加型。</p><p>　　方案一 乘積型同步檢波器</p><p>　　這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波

15、器中相乘，在經(jīng)過低通濾波器，最后檢出原調(diào)制信號，如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2乘積型同步檢波器</p><p>　　設(shè)輸入的已調(diào)波為載波分量被抑制的DSB信號為：</p><p><b>　　(1.3)</b></p><p><b>　　本地載波電壓： </b></p>

16、<p><b>　　(1.4)</b></p><p>　　上兩式中，，即本地載波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的相位不一定相同 </p><p><b>　　(1.5)</b></p><p>　　低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號：</p>&

17、lt;p><b>　　(1.6)</b></p><p>　　由上式可見，低頻信號的成正比。當(dāng)=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差變大，輸出電壓變小。所以我們不但要求本地載波與輸出信號載波的角頻率必須相等?？梢圆捎闷胶饣颦h(huán)形調(diào)節(jié)器來做同步檢波器，如圖1-3所示；也可以用模擬乘法器，如圖3-1所示。</p><p>　　圖1-3二極管環(huán)形同步檢波器</p&g

18、t;<p>　　方案二 疊加型同步檢波器</p><p>　　疊加型是將外加載波信號與接收信號相加，經(jīng)過包絡(luò)檢波器取出原調(diào)制信號，原理框圖如圖1-4所示。</p><p>　　圖1-4疊加型同步檢波器原理圖</p><p>　　設(shè)為單邊帶信號，為本振電壓。則合成的輸入信號為： </p>&l

19、t;p><b>　　(1.7)</b></p><p>　　由此可見，合成信號的包絡(luò)和相角都受到調(diào)制信號的控制，所以包絡(luò)檢波構(gòu)成的同步檢波器檢出的調(diào)制信號會有失真，這樣會有很大的干擾。輸出信號也會產(chǎn)生起伏性衰減，從而影響解調(diào)質(zhì)量。</p><p>　　方案三 集成XFC1596同步檢波器</p><p>　　集成XFC1596同步檢波器

20、的特點：，，對壓控吉爾伯特電路T1--T4偏置，并防止T1--T4進(jìn)入飽和，其他電阻保證T5--T6工作在放大區(qū)；+12V單電源供電，能采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)；vs為很小的信號，所以即可以得到線性檢波，其電路圖如圖1-5所示。</p><p>　　圖1-5集成XFC1596同步檢波器</p><p>　　以上三種方式都要接收端恢復(fù)載波支持，恢復(fù)載波性能的好壞，直接影響到接收機解調(diào)性能的優(yōu)劣。&l

21、t;/p><p>　　乘積型同步檢波是直接把本地恢復(fù)載波與接收信號相乘，用低通濾波器將低頻信號取出來。在這種檢波器中，要求恢復(fù)載波與發(fā)端載波同頻同相如果頻率或相位有一定的偏差將會恢復(fù)出來的解調(diào)信號失真。疊加型同步檢波器將DSB或SSB信號插入恢復(fù)載波，使之成為近似AM信號，利用包絡(luò)檢波器將其解調(diào)出來。對于DSB信號而言，只要加入恢復(fù)載波電壓在數(shù)值上滿足一定的關(guān)系，就可以得到一個不失真的AM波。在SSB模式，接收機采用

22、高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn)生制定頻率的恢復(fù)載波，要使恢復(fù)載波與原載波信號嚴(yán)格同步是不可能的，只要頻率和相位的不同步量限制在允許的范圍內(nèi)還原出原原調(diào)制信號的失真還是可以容忍的。</p><p>　　經(jīng)上述對比，從考慮抗干擾的角度出發(fā)選擇方案一。</p><p>　　第二章 單元電路設(shè)計</p><p><b>　　2.1元器件選擇 </b></p&g

23、t;<p>　　根據(jù)上述對比，采用乘積型同步檢波器。此電路中最關(guān)鍵的電子元件是乘法器，這里我們選擇的是集成模擬乘法器，集成模擬乘法器是完成兩個模擬信號（電流或電壓）相乘的電子器件。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件要簡單得多，而且性能優(yōu)越。從價格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實現(xiàn)模擬乘法器功能。</p><p>　　MC1496是平衡四象限模擬乘法器，VT1、VT2與VT3、VT4組

24、成雙差分對放大器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖</p><p><b>　　靜態(tài)工作點設(shè)置</b></p><p>　　MC1496可以采用單電源供電也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點由外接元件確定。</p><p><b>　　靜態(tài)偏置電壓的確定&

25、lt;/b></p><p>　　靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集-基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對于圖所示的內(nèi)部電路，應(yīng)用時，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時）應(yīng)滿足下列關(guān)系，即調(diào)節(jié)</p><p>　　，， (2.1)</p><p>

26、<b>　　(2.2)</b></p><p>　　b、靜態(tài)偏置電壓的確定</p><p>　　一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖，三對差分放大器的基極電流、、和可以忽略不計，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當(dāng)器件為單電源工作時，引腳14接地，引腳5通過一電阻接正電源（+的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻可以的大小，即</p&

27、gt;<p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應(yīng)小于4mA，一般==1mA。器件的總消耗功率可以由下式估算出應(yīng)小于器件的最大消耗功率為33mW。</p><p><b>　　2.2單元電路設(shè)計</b></p><p>　　2.2.1調(diào)幅信號發(fā)生器&

28、lt;/p><p>　　要實現(xiàn)同步檢波，首先應(yīng)該得到DSB信號。這里采用將高頻載波信號與低頻調(diào)制信號根據(jù)公式2.1可知，兩者相乘的結(jié)果中包含我們所需的高頻已調(diào)信號或，即可將低頻信號頻譜搬移到高頻端，從而實現(xiàn)調(diào)制。</p><p><b>　　圖2-2乘法模擬器</b></p><p>　　圖2-2中乘法器采用模擬乘法器MC1496及外接偏置電路、旁

29、路電路組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。芯片2、3管腳之間介入1負(fù)反饋電阻，以擴展調(diào)制信號的線性動態(tài)范圍，其阻值越大，線性范圍越大，但乘法器的增益隨之越小。電阻、提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器內(nèi)部的各個晶體管的工作在放大狀態(tài)。電阻、及滑動變阻器組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變滑動變阻器的值可以使乘法器實現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。調(diào)節(jié)此滑動變阻器可以改善波形的對稱性，為了得到抑制載波雙邊帶信號可將滑動變阻器調(diào)至50%。</p>

30、<p>　　圖2-3MC1496構(gòu)成的調(diào)幅器</p><p>　?。╝）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅 （b）有載波調(diào)幅波</p><p>　　圖2-4乘法模擬器輸出的調(diào)幅波</p><p>　　2.2.2同步檢波電路</p><p>　　根據(jù)公式1.3可知，要實現(xiàn)同步檢波需將高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信

31、號相乘，實現(xiàn)同步解調(diào)。經(jīng)過低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號：</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘，其電路圖如圖2-5所示。端輸入同步信號或載波信號，端輸入已調(diào)信號，輸出端接有電阻、電容組成的低通濾波器和1uF的隔直電容，所以該電路對有載波調(diào)幅信號及抑制載

32、波的調(diào)幅信號均可實現(xiàn)解調(diào)，但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。</p><p>　　圖2-5同步檢波電路</p><p>　　調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使輸入出=0，即為平衡狀態(tài)。再從端輸入有載波的調(diào)制信號。調(diào)制度m=100%，這時乘法器的輸出經(jīng)過低通濾波器后的輸出，經(jīng)隔直電容后的輸出的波形。調(diào)節(jié)電位器RP可使輸出波形的幅度增大，波形失真減小。若為抑制載波的調(diào)制信號，經(jīng)MC1496同步檢波后可得

33、輸出波形。</p><p><b>　　第三章 電路總圖</b></p><p>　　根據(jù)上述單元電路設(shè)計從而得到整體電路圖，如圖3-1所示。限于尺寸大小在這里將調(diào)幅信號發(fā)生器電路封裝起來，其中DSB模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-1同步檢波整體電路圖</p><p>　　圖3-2DSB模塊

34、內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　第四章 仿真軟件Multisim的簡介</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 </p><p>　　工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電

35、路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。</p><p>　　Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、

36、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗證。憑借Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進(jìn)行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與LabⅥEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。</p><p>　　Multisim的仿真<

37、;/p><p>　　⒈器件建模及仿真；⒉電路的構(gòu)建及仿真；⒊系統(tǒng)的組成及仿真；⒋儀表儀器原理及制造仿真?！　?lt;/p><p>　　器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：</p><p>　　模擬器件（二極管，三極管，功率管等）；數(shù)字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。 </p><p>　　第五章 工作原理及仿真分

38、析</p><p><b>　　5.1基本工作原理</b></p><p>　　在模擬乘法器MC1496的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號和抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘，由式7-9可得輸出信號為：</p><p><b>　　(4.1)</b></p><p>

39、　　（條件:,為大信號）</p><p>　　上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。</p><p>　　若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，則乘法器的輸出為：</p><p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　上式中，第一項時所要的低頻調(diào)

40、制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。</p><p>　　如果輸入信號為有載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號，利用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調(diào)。</p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　則輸出電壓為</b></p><p><b>　　

41、（條件：為大信號）</b></p><p>　　上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的調(diào)解。</p><p>　　5.2仿真波形圖及結(jié)果分析</p><p>　　運用multisim 10仿真軟件對如圖5-1所示電路進(jìn)行仿真，從示波器

42、中觀察到如圖5-2所示的波形圖。</p><p>　　圖5-1DSB信號仿真原理圖</p><p>　　圖5-2DSB信號的仿真圖</p><p>　　圖5-3總體仿真原理圖</p><p>　　圖5-4檢波仿真波形圖</p><p><b>　　結(jié)果分析</b></p><p

43、>　　調(diào)節(jié)如圖所示電路中RP的滑動比例可以調(diào)節(jié)調(diào)幅信號的調(diào)幅度，將比例調(diào)到50%，使乘法器偏置電路處于平衡狀態(tài)，可以得到調(diào)幅度為1的抑制載波信號，即DSB信號，其波形圖如圖5-2所示。如圖5-2所示波形存在多邊形失真，但信號的失真程度在允許的范圍之內(nèi)，由此可知所設(shè)計的電路圖符合設(shè)計要求，能達(dá)到所需要的各種參數(shù)。 </p><p><b>　　總結(jié)與心得體會</b></p

44、><p>　　本次課程設(shè)計的收獲很大。利用所學(xué)知識設(shè)計電子線路是我們將來必須的技能，這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會，從圖書館查找資料到對電路的設(shè)計、對電路的仿真、再到最后電路的成型，都對我所學(xué)大知識進(jìn)行了檢驗?？梢哉f，本次課程設(shè)計有苦也有甜。</p><p>　　本次課程設(shè)計選取的是書本上的電路原理圖，在設(shè)計方面相對而言比較容易，但是在制作仿真過程合作設(shè)計報告的過程中確

45、實遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學(xué)習(xí)工作的重點問題或者說是應(yīng)該必須掌握的技能。</p><p>　　首先，設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們必須在設(shè)計前做好充足的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　其次，在電腦上調(diào)是比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等等。 這又要我們要靈活

46、處理，在不影響試驗的前提下可以加快速度。要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力。設(shè)計過程中，我深刻地體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)繁瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那是心中不免有些灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心來，查找原因。分析問題的原因以及可能出現(xiàn)問題的地方，在此期間是考驗我們學(xué)習(xí)能力的最關(guān)鍵時

47、刻，同時也是獲取經(jīng)驗的最好途徑。這為今后的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)，也是此次課程設(shè)計的受益最多的環(huán)節(jié)。</p><p>　　最后，設(shè)計報告的書寫也是此次課程設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。可以說課程設(shè)計的好壞都取決于設(shè)計報告的好壞。書寫報告是對Word運用的一大考驗，以前很多東西，比如說繪制表格以及很多特殊符號，畫圖都是很陌生的問題。經(jīng)過此次報告的書寫基本熟悉了這些操作，辦公軟件應(yīng)用整體上有了提高。</p><

48、;p>　　總體來說，這次課設(shè)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中。特別有趣，培養(yǎng)了我的實際思維，怎加了實際造作能力。再讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><