FM電路實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)

1、FM電路實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào),即我們常說的 Modem ,其實是Modulator 調(diào)制器與Demodulator 解調(diào)器的簡稱,中文稱為調(diào)制解調(diào)器.也有人跟據(jù) Modem的諧音,親昵地稱之 為“貓.調(diào)制：將各種數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號已調(diào)信號或頻帶 信號；解調(diào)：在接收端將收到的數(shù)字頻帶信號復(fù)原成數(shù)字基帶信號一、概述FM調(diào)制電路將代表不同信息的信號頻率,搬移到頻率較高的頻段,以電磁波的 方式將信息通過信道發(fā)送出去.FM解調(diào)電路將接收到的包含信息的高頻信號的頻率 搬移到原信號所處的頻段.鎖相環(huán)是一種相位負(fù)反應(yīng)的自動相位限制電路,它廣泛應(yīng)用于播送通信、頻率合成、自動限制及時鐘同

2、步等技術(shù)領(lǐng)域它是通過比擬輸入信號的 相位和壓控振蕩器輸出信號的相位, 取出與這兩個信號的相位差成正比的電壓, 并將 該電壓該電壓作為壓控振蕩器的限制電壓來限制振蕩頻率,以到達(dá)輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等的目的.鎖相環(huán)主要由相位比擬器、壓控振蕩器和低通濾波器三 局部組成.調(diào)制電路還需要另設(shè)計一個高頻信號放大器和加法器.解調(diào)電路需要設(shè)計一個低通濾波器,來取出解調(diào)信號.技術(shù)指標(biāo)：1 .載波頻率fc=46.5KHz,載波信號的電壓Vp-p 3V;2 . FM調(diào)頻信號的電壓 Vp-p 6V,最大頻率偏移 fm 5KHz;3 .解調(diào)電路輸出的FM調(diào)制信號的電壓Vp-p 200mVo、方案設(shè)計與分析調(diào)

3、頻是用調(diào)制信號直接線性地改變載波振蕩的瞬時頻率,即使載波振蕩頻率隨調(diào) 制信號的失真變化而變化.其逆過程為頻率解調(diào)也稱頻率檢波或鑒頻.本實驗是用CD4046數(shù)字集成鎖相環(huán)PLD來實現(xiàn)調(diào)頻/解調(diào)鑒頻的.1 .FM調(diào)頻電路原理圖如圖1所示將調(diào)制信號加到壓控振蕩器VCO的限制端,使壓控振蕩器得輸出頻率在自 振頻率中央頻率fo上下隨調(diào)制信號的變化而變化,于是生成了調(diào)頻波.當(dāng)載波頻率與自由振蕩頻率相近時, 載波頻率與壓控振蕩器的振蕩頻率鎖定. 低 通濾波器只保證壓控振蕩中央振蕩頻率與載波頻率鎖定時所產(chǎn)生的相位誤差電壓通 過,該電壓與調(diào)制信號同經(jīng)加法器,用以限制壓控振蕩器的頻率,從而獲得與載波頻 率具有同樣

4、頻率穩(wěn)定度的調(diào)頻波.調(diào)頻波輸出載波鑒相器PDICD4046壓控振蕩器VCO(14)高頻信號放大器低通濾波器加法器調(diào)制信號圖1 FM調(diào)頻電路原理框圖2 .FM解調(diào)電路的原理圖如圖2所示調(diào)頻波經(jīng)過放大器放大后與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器, 經(jīng)鑒相獲得變化的 相位誤差電壓,該誤差電壓通過低通濾波器被濾掉其高頻成份, 繼而獲得隨調(diào)制信號 頻率變化而變化的信號,經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號,從而實現(xiàn)了解調(diào)鑒頻過程.解調(diào)輸出低通 濾波器調(diào)頻波圖頻信號放大器圖2 FM解調(diào)電路原理框圖3 .鎖相環(huán)CD4046工作原理本次課設(shè)要求我們掌握鎖相環(huán)調(diào)制/解調(diào)的原理,用2片數(shù)字鎖相環(huán)CD4046設(shè)計FM調(diào)制/解調(diào)電路.完成

5、課題的核心器件是CD4046集成鎖相環(huán),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖3所示.圖3鎖相環(huán) 4046內(nèi)部電原理框圖CD4046工作原理：輸入信號 Ui從14腳輸入后,經(jīng)放大器 A1進(jìn)行放大、整形 后加到相位比擬器I、R的輸入端,圖 3開關(guān)K撥至2腳,那么比擬器I將從3腳輸 入的比擬信號Uo與輸入信號Ui作相位比擬,從相位比擬器輸出的誤差電壓 UV那么反 映出兩者的相位差.UV經(jīng)R3、R4及C2濾波后得到一限制電壓Ud加至壓控振蕩器 VCO的輸入端9腳,調(diào)整VCO的振蕩頻率f2,使f2迅速逼近信號頻率f10 VCO的 輸出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比擬器I ,繼續(xù)與Ui進(jìn)行相位比擬,最后使得f2 = f1,兩者的相位

6、差為一定值,實現(xiàn)了相位鎖定.假設(shè)開關(guān) K撥至13腳,那么相位比擬器H工作,過程與上述相同,不再贅述PC PentPC 14111t COMPmVCOm IMHCU cm1162153141 CD4 04 6 1351261171089¥婢ZENERSIGNkPCI«itR2RI一VCOn圖4 CD4046弓I腳功能圖圖4是CD4046的引腳排列,采用16腳雙列直插式,各管腳功能:1腳相位輸出端,環(huán)路人鎖時為高電平,環(huán)路失鎖時為低電平.2腳相位比擬器I的輸出端.3腳比擬信號輸入端.4腳壓控振蕩器輸出端.5腳禁止端,高電平時禁止,低電平時允許壓控振蕩器工作6、7腳外接振蕩電容.

7、8、16腳電源的負(fù)端和正端.9腳壓控振蕩器的限制端.10腳解調(diào)輸出端,用于FM解調(diào)11、12腳外接振蕩電阻.13腳相位比擬器n的輸出端.14腳信號輸入端.15腳內(nèi)部獨立的齊納穩(wěn)壓管負(fù)極4 .測量CD4046鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶方法測量CD4046鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶,其示意圖如圖 5所示. 同步希 捕捉帶n f3 fo m t2圖5捕捉帶和同步帶示意圖測量方法：(1)改變14腳輸入信號的頻率,使頻率逐漸降低,直至4腳輸出方波剛好出現(xiàn)不穩(wěn)定時,環(huán)路進(jìn)入失鎖狀態(tài),該點定義為同步帶的下限頻率“.(2)改變14腳輸入信號的頻率,由G開始頻率逐漸增加,直至4腳輸出方波剛 好再次穩(wěn)定時,環(huán)路進(jìn)入鎖定狀

8、態(tài),該點定義為捕捉帶的下限頻率“f3.(3)改變14腳輸入信號的頻率,由G開始頻率逐漸增加,直至4腳輸出方波剛 好出現(xiàn)不穩(wěn)定時,環(huán)路進(jìn)入失鎖狀態(tài),該點定義為同步帶的上限頻率“f2.(4)改變14腳輸入信號的頻率,由f4開始頻率逐漸降低,直至4腳輸出方波剛好再次穩(wěn)定時,環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài),該點定義為捕捉帶的上限頻率“ f4o同步帶寬為：f2- fl捕捉帶寬為f4- f3三、電路設(shè)計1 .鎖相環(huán)中的鑒相器工作原理鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成, 利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖6所示.鑒相器的工作原理是：設(shè)外界輸入的信號電壓和壓控振蕩器輸出的信號電壓分別為：Ui(t) Umsinwiti(t

9、)Uo(t) Uomsinwot0(t)式中的Wo為壓控振蕩器在輸入限制電壓為零或為直流電壓時的振蕩角頻率,稱為電路的固有振蕩角頻率.那么模擬乘法器的輸出電壓UD為：Ud KUi(t)Uo(t) KUmUomSinWiti(t)coswoto(t)1/2KUmUomSinWiti(t) woto(t)1/2KUmUomsin witi(t) woto(t)用低通濾波器LF將上式中的和頻分量濾掉,剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入限制電壓UC(t).即UC(t)為:UC(t) 1/2KUmUomsin witi(t) woto(t)U dmsin( Wi wo)t i(t) o(t)式中的Wi為

10、輸入信號的瞬時振蕩角頻率,i(t)和o(t)分別為輸入信號和輸出信號的 瞬時位相.2 .CD4046構(gòu)成頻率調(diào)制與解調(diào)電路的工作原理當(dāng)從9腳輸入載波信號時,從4端可輸出受輸入信號調(diào)制的調(diào)頻信號.如圖7所示, 由于調(diào)頻時要求VCO有一定的頻率范圍(頻偏),所以不用 R2收縮頻帶,即R2為無 窮大(12腳空置) 僅用R1和C1確定VCO的中央頻率f0即可.設(shè)計參數(shù)時,只需由力 查圖9 (電源電壓VCO為9V時的曲線,橫坐標(biāo)為C1取值)求出C1與R1即可圖7 CD4046構(gòu)成的頻率調(diào)制電路當(dāng)從14腳輸入一被信號調(diào)制的(中央頻率與 CD4046的VCO的中央頻率相同)調(diào)頻信號,那么相位比擬器輸出端將輸出一個與信號具有相同變化頻率的包絡(luò)信號,