同步解調器的設計與實現唐院

1、高頻電子線路課程設計前言調幅波的解調即是從調幅信號中取出調制信號的過程，通常稱為檢波。檢波廣義的檢波通常稱為解調，是調制的逆過程，即從已調波提取調制信號的過程。檢波器的作用是從振幅受調制的高頻信號中還原出原調制信號。常用的檢波方法有包絡直接反映了調制信號的變化規(guī)律，用二極管包絡檢波的方法進行解調。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變化規(guī)律，無法用包絡檢波進行解調，所以采用同步檢波方法。同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號進行解調（當然也可以用于AM）。它的特點是必須外加一個與載波同頻同相得恢復載波信號。同步檢波器可用以對一般調幅信號、平衡調幅信號、單邊帶調幅信

2、號等進行檢波的檢波器。相干解調有兩種實現電路：一種是由乘法器和低通濾波器組成；另一種將輸入信號與同步信號疊加再經二極管包絡檢波器，解調出低頻信號。同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號進行解調（當然也可以用于AM）。它的特點是必須外加一個與載波同頻同相得恢復載波信號。同步檢波器可用以對一般調幅信號、平衡調幅信號、單邊帶調幅信號等進行檢波的檢波器。相干解調有兩種實現電路：一種是由乘法器和低通濾波器組成；另一種將輸入信號與同步信號疊加再經二極管包絡檢波器，解調出低頻信號。課程設計作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內容，基本掌握數字系統(tǒng)設計和調試的方法，增加集成

3、電路應用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。1同步解調器設計原理同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號進行解調。它的特點是必須外加一個與載波同頻同相的恢復載波信號。其原理方框圖如圖1-1所示。外加載波信號電壓加入同步檢波器有兩種方法：疊加型和乘積型。低通濾波器調制信號檢波器已調振幅信號 插入載波信號圖1-1 同步檢波器原理方框圖1.1乘積型同步檢波器設計原理乘積型同步檢波是直接把本地恢復載波與接收信號相乘，用低通濾波器將低頻信號提取出來（原理框圖如圖1-2所示）。在這種檢波器中，要求恢復載波與發(fā)端的載波同頻同相。如果其頻率或相位有一定的偏差將會使恢復出來的調制信號產生失真。乘

4、法器低通濾波器 調制信號器 已調信號 插入載波信號圖1-2 乘積型同步檢波器原理方框圖設輸入普通調幅信號為 (1-1)乘法器另一輸入同步信號為 (1-2)則乘法器輸出為: 其中 是乘法器增益?？梢? 輸出信號中含有直流, , ,幾個頻率分量。用低通濾波器取出直流和分量, 再去掉直流分量, 就可恢復原調制信號。 如果同步信號與發(fā)射端載波同頻不同相, 有一相位差, 即,則乘法器輸出中的分量為。 若是一常數, 即同步信號與發(fā)射端載波的相位差始終保持恒定, 則解調出來的分量仍與原調制信號成正比, 只不過振幅有所減小。當然，否則,分量也就為零了。若是隨時間變化的, 即同步信號與發(fā)射端載波之間的相位差不穩(wěn)

5、定, 則解調出來的分量就不能正確反映調制信號了。設載波為，單頻調制信號為，則雙邊帶調幅信號為： (1-3)其中為比例系數?？梢婋p邊帶調幅信號中僅包含兩個邊頻,無載頻分量,其頻帶寬度仍為調制信號帶寬的兩倍。 由于雙邊帶調幅信號的包絡不能反映調制信號,所以包絡檢波法不適用, 而同步檢波是進行雙邊帶調幅信號解調的主要方法。與普通調幅信號同步檢波不同之處在于, 乘法器輸出頻率分量有所減少。 用低通濾波器取出低頻分量,即可實現解調。1.2疊加型同步檢波器設計原理將輸入信號與同步信號疊加后，合成包絡反映調制信號變化的普通調幅信號，再利用包絡檢波器實現解調，原理電路如圖1-3所示。包絡檢波器調制信號器 加法

6、器已調信號 插入載波信號圖1-3 疊加型同步檢波器原理方框圖若，當為雙邊帶信號時，合成電壓為：(1-4）只要滿足， ，合成信號即為不失真的AM調幅信號，利用包絡檢波器可以解調出所需要的音頻信號。當為單邊帶信號時，合成電壓為： （1-5)式中： 合成信號的包絡和相角均受到調制信號的控制，不能不失真地反映原調制信號的變化規(guī)律。所以，一般情況下，由包絡檢波器構成的疊加型同步檢波器不能對單邊帶信號實現線性解調。將改寫為 (1-6）假若滿足一定的條件，失真可以減小到允許值若滿足，上式可以簡化為 （1-7）進一步忽略上式中的三次方及其以上的各項，經三角變換后可得 （1-8）將角頻率為和分量的振幅之比定義為

7、二次諧波失真系數，用表示，其值為若要求則要求所以當采用包絡檢波器構成同步檢波電路用以解調單邊帶信號時，為將限制在允許的范圍內，必須要求同步信號有足夠大的振幅。2同步解調電路設計2.1 DSB信號乘積型同步檢波電路圖輸入信號為DSB信號，將DSB信號與其載波信號同時輸入到乘法器中，輸出的信號經過低通濾波器輸出應為原始載波信號。圖 2-1 DSB信號乘積型同步檢波器電路圖2.2 SSB信號乘積型同步檢波電路圖SSB信號由DSB信號濾波得到，濾波部分電路采用帶有反饋的有緣帶通濾波器。得到的SSB信號與恢復信號輸入乘法器，在經過低通濾波得到原始載波信號。 圖 2-2 SSB信號乘積型同步檢波器電路圖2

8、.3 DSB信號疊加型同步檢波電路圖疊加型同步檢波是將DSB插入恢復載波,使之成為或近似為AM信號,再利用包絡檢波器將調制信號恢復出來。在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果將載波抑制，只需要將直流分量去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號（DSB）。DSB調制由兩個同步的正弦波經乘法器得到。圖 2-3 DSB信號疊加型同步檢波器電路圖2.4 SSB信號疊加型同步檢波電路圖SSB信號是將雙邊帶信號濾除或抵消一個邊帶形成的。由DSB信號得到SSB信號的方法主要有兩種：濾波法和移相法。鑒于電路及信號的穩(wěn)定性，我采用濾波法。包絡檢波部分由電阻和電容正確組合，調試數據得

9、到正確波形即可。圖 2-4 SSB信號疊加型同步檢波器電路圖3同步解調器電路的仿真3.1 軟件技術簡介Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。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。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學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計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。Multisim

10、 仿真軟件有著自己鮮明的特點：1.可以根據自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；2.所有的虛擬信號都可以通過計算機輸出到實際的硬件電路上;3.所有硬件電路產生的結果都可以輸回到計算機中進行處理和分析。而Multisim 10.0的特點：1.直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數據、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的； 2.豐富的元器件：提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時能方便的對元件各種參數進行編輯修改，能利用模型生成器

11、以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。 3.強大的仿真能力：以SPICE3F5和Xspice的內核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強設計功能將數字和混合模式的仿真性能進行優(yōu)化； 4.豐富的測試儀器：提供了22種虛擬儀器進行電路動作的測量；5.完備的分析手段：Multisim提供了許多分析功能：它們利用仿真產生的數據執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從基本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個分析作為另一個分析的一部分的自動執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進行原型開發(fā)和測試設計，具有符合行業(yè)標準的交互式測量和分析功能； 6.完善的后處理

12、：對分析結果進行的數學運算操作類型包括算術運算、三角運算、指數運行、對數運算、復合運算、向量運算和邏輯運算等； 7.詳細的報告：能夠呈現材料清單、元件詳細報告、網絡報表、原理圖統(tǒng)計報告、多余門電路報告、模型數據報告、交叉報表7種報告； 8.兼容性好的信息轉換：提供了轉換原理圖和仿真數據到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線；輸出仿真結果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網絡表文件；向前和返回注。3.2電路的仿真1.乘積型電路的設計(1)DSB電路圖3-1 乘積型DSB仿真電路圖(2)SSB電路圖3-2 乘積型SSB仿真電路圖2.疊加型電路的設計（1）DSB電路圖3-3 疊

13、加型DSB仿真電路圖（2）SSB電路圖3-4疊加型SSB仿真電路圖4 同步解調器電路實現與分析4.1乘積型解調器電路實現與分析4.1.1 DSB電路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號如圖4-1所示：圖4-1 DSB信號波形DSB信號與本地載波信號經乘法器后再經過低通濾波器實現檢波：圖4-2 DSB信號解調后輸出信號波形4.1.2 SSB電路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號經過濾波后產生的SSB信號：圖4-3 SSB信號波形SSB信號與本地載波經乘法器后再經過低通濾波器實現檢波產生的信號：圖4-4 SSB信號解調后輸出信號波形 4.2疊加型解調器

14、電路實現與分析4.2.1 DSB電路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號如圖4-5所示： 圖4-5 DSB信號經疊加型電路檢波后的信號如圖4-6所示：圖4-6 DSB信號解調后輸出信號波形4.2.2 SSB電路的實現與分析由調制信號和載波信號經過乘法器實現的DSB信號經過濾波后產生的SSB信號：圖4-7 SSB信號SSB信號與本地載波經加法器后再經過包絡檢波器實現檢波產生的信號：圖4-8 SSB信號解調輸出信號波形5總結此次課程設計，加深與鞏固了我們所學的專業(yè)基礎課程，并將其綜合運用，提高了我們綜合運用知識的能力，還給了我們將理論運用于實踐的機會；另一方面，培養(yǎng)了我們對專

15、業(yè)知識學習的趣；同時也提高了我們分析問題的能力。關于此次設計，對于雙邊帶或單邊帶調幅信號來說，無法直接從雙邊帶或單邊帶調幅信號中提取參考信號。為了產生同頻同相的本地同步載頻信號，往往在發(fā)射機發(fā)射雙邊帶或單邊帶調幅信號的同時，附帶發(fā)射一個載頻信號，其功率遠低于雙邊帶或單邊帶調幅信號的功率，通常稱為導頻信號。當本地載頻信號與輸入信號的載頻不能保持同步時，檢出的低頻信號將產生頻率失真和相位失真。這次課程設計需要注意的是，每個環(huán)節(jié)必須認真進行，考慮到實際情況，如果某模塊電路沒有設計好，或者存在錯誤，總的電路必然會受到影響。有時候會因為一個極小的疏忽而導致整個電路無法運行，例如，在仿真過程中由于忘記接地導致電路總是無法運行。另外，該課程設計也要求我們具備扎實的理論知識，只有具備扎實的理論基礎，才能設計出正確簡單的電路，才能保證實驗的成功。通過這次課程設計，我基本掌握了用multisim仿真軟件仿真電路圖并進行仿真分析，且初步掌握了電子電路的設計方法，在以后的學習中還需多加練習，熟練掌握，為以后的工作作準備。其次，設計報告的書寫也是此次課程設計的一個重要環(huán)節(jié)?？梢哉f設計的好壞都取決于設計報告的好壞。書寫報告是對w