基于Multisim的鎖相環(huán)解調(diào)系統(tǒng)仿真畢業(yè)設(shè)計論文

1、基于Multisim的鎖相環(huán)解調(diào)系統(tǒng)仿真畢業(yè)設(shè)計論文 LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計 題 目基于Multisim的鎖相環(huán)解調(diào)系統(tǒng)仿真 Demodulation System Simulation Based on Multisim 畢業(yè)設(shè)計(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(論文),是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果,也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過奉獻

2、的個人或集體,均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名: 日 期: 指導(dǎo)教師簽名: 日 期: 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(論文)的規(guī)定,即:按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(論文)的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(論文)的印刷本和電子版,并提供目錄檢索與閱覽效勞;學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文;在不以贏利為目的前提下,學(xué)?？梢怨颊撐牡木植炕蛉績?nèi)容。作者簽名: 日 期: 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個人

3、或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。 作者簽名: 日期:年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保存并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或局部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名:日期:年 月 日 導(dǎo)師簽名:日期:年 月 日摘要 實現(xiàn)調(diào)頻波解調(diào)的方法有很多,而鎖相環(huán)鑒頻是利用現(xiàn)代鎖相

4、環(huán)技術(shù)來實現(xiàn)鑒頻,具有工作穩(wěn)定,失真小,信噪比高等優(yōu)點,所以被廣泛用在通信電路系統(tǒng)中。鎖相環(huán)其原理是通過鑒相檢測輸入信號和輸出信號的相位差,并將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出,該信號經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓,對振蕩器輸出信號的頻率實施控制。 該文首先介紹了鎖相環(huán)技術(shù)開展的現(xiàn)狀、方向以及背景,并對PLL的原理進行了闡述。在以上的根底上,分別設(shè)計了2ASK、2PSK、2FSK的調(diào)制解調(diào)電路,其功能為數(shù)字基帶信號經(jīng)過調(diào)制輸出一個模擬信號,然后用鎖相環(huán)進行解調(diào),最后采用Multisim軟件進行仿真。在對2ASK、2FSK、2PSK解調(diào)時,低通濾波器輸出的波形失真比擬大,不過最后

5、經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。在整個電路設(shè)計中,力求要做到電路簡單,并完成任務(wù)書提到的要求。關(guān)鍵詞:調(diào)制;解調(diào); Multisim;鎖相環(huán)Abstrack There are many ways to realize frequency wave demodulation, and PLL frequency which has the advantages of stable operation, small distortion, high signal-to-noise ratio and so on is achieved by using modern PLL freq

6、uency technology, so it is widely used in communication circuit system. Phase-locked loop through the differenceof the phase detection of input signal and the output signal phase, and the detected phase difference signal into output voltage signal, the signal through a low pass filter. After the for

7、mation of the voltage control oscillator , the output signal of the oscillator frequency control. This paper first introduces the present situation, development direction, phase-locked loop technology as well as the background, and the principle of PLL is discussed. On the basis of the above, the mo

8、dulation and demodulation circuit of 2ASK, 2PSK, 2FSK which function is a digital baseband signal is modulated by an analog signal and output were designed, and then useing the PLL demodulation, finally using Multisim software simulation. In the 2ASK, 2FSK, 2PSK demodulation, the output of the low p

9、ass filter waveform distortion is relatively large, but finally it can regenerate digital baseband pulse sampling decision circuit after shaping. In the circuit design, and strive to do a simple circuit, and complete the task book mentioned requirements.Keywords: modulate ;modulation ;PLL;Multisim 目

10、 錄第1章 緒論11.1 研究背景11.2 研究現(xiàn)狀11.3 研究內(nèi)容介紹2第2章 根本原理32.1 Multisim介紹32.2 鎖相環(huán)根本原理52.2.1鎖相環(huán)的根本組成52.2.2 鎖相環(huán)的工作原理5第3章 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計83.1 2FSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計83.1.1 2FSK調(diào)制電路設(shè)計原理83.1.2 2FSK調(diào)制單元電路的設(shè)計93.1.3 2FSK解調(diào)單元電路的設(shè)計133.1.4 2FSK解調(diào)電路的整體設(shè)計153.2 2PSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計173.2.1 2PSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計原理173.2.2 2PSK調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計與仿真183.3 2ASK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計193.3

11、.1 2ASK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計原理193.3.2 2ASK調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計與仿真203.4 解調(diào)結(jié)果分析22總結(jié)24參考文獻25附錄:外文翻譯26致謝50第1章 緒論1.1 研究背景 實現(xiàn)調(diào)頻波解調(diào)的方法有很多,而鎖相環(huán)鑒頻是利用現(xiàn)代鎖相環(huán)技術(shù)來實現(xiàn)鑒頻方法,具有工作穩(wěn)定失真小,信噪比高等優(yōu)點,所以被廣泛用在通信電路系統(tǒng)中。鎖相環(huán)路是一種反應(yīng)電路,鎖相環(huán)的英文全稱是Phase-Locked Loop,簡稱PLL。其作用是使得電路相位同步。因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤,所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中,當(dāng)輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時,輸出電

12、壓與輸入電壓保持固定的相位差值,即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住,它還具有載波跟蹤特性。作為一個窄帶跟蹤濾波器,可提取淹沒在噪聲中的信號;用高穩(wěn)定的參考振蕩器鎖定,可提供高穩(wěn)定的頻率源;可進行高精度的香味與頻率測量等等。如今鎖相環(huán)解調(diào)器在通信、雷達、測量和自動化控制等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛,隨著電子技術(shù)的開展,對鎖相環(huán)解調(diào)的研究和應(yīng)用得到了越來越多的關(guān)注。 現(xiàn)在通過分析與研究,加深對鎖相環(huán)解調(diào)方式的理解,并根據(jù)它的原理,設(shè)計出2FSK、2PSK、2ASK的調(diào)制電路,并通過鎖相環(huán)解調(diào)出來。1.2 研究現(xiàn)狀鎖相環(huán)解調(diào)技術(shù)的開展十分迅速,如今已經(jīng)在很多領(lǐng)域都應(yīng)用了鎖相環(huán)解調(diào)的理論?？捎糜?中、SDH網(wǎng)絡(luò)中

13、、在汽車MP3無線發(fā)射器中測量汽車轉(zhuǎn)速都是十分典型的應(yīng)用。調(diào)頻波的特點是頻率隨調(diào)制信號幅度的變化而變化,壓控振蕩器的振蕩頻率取決于輸入電壓的幅度。當(dāng)載波信號的頻率與鎖相環(huán)的固有振蕩頻率0相等時,壓控振蕩器輸出信號的頻率將保持0不變。假設(shè)壓控振蕩器的輸入信號除了有鎖相環(huán)低通濾波器輸出的信號uc外,還有調(diào)制信號ui,那么壓控振蕩器輸出信號的頻率就是以0為中心,隨調(diào)制信號幅度的變化而變化的調(diào)頻波信號。當(dāng)然,鎖相環(huán)的許多優(yōu)越性使得鎖相環(huán)解調(diào)技術(shù)在很多我們周圍都可以見到的物品中發(fā)揮著其巨大的成效。如今,鎖相環(huán)路理論與研究日臻完善,應(yīng)用范圍普及整個電子技術(shù)領(lǐng)域。隨著通信及電子系統(tǒng)的飛速開展,促使集成鎖相環(huán)

14、和數(shù)字鎖相環(huán)突飛猛進。現(xiàn)在品種齊全繁多,提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性和小型化,目前仍朝著集成化,數(shù)字化,多用化方向迅速開展。1.3 研究內(nèi)容介紹調(diào)制和解調(diào)電路是通信設(shè)備中重要組成局部。用待傳輸?shù)牡皖l信號去控制高頻載波參數(shù)電路稱為調(diào)制電路,解調(diào)是調(diào)制的逆過程,從高頻已調(diào)信號中復(fù)原出原調(diào)制信號稱為解調(diào)電路。該文主要建立了2ASK、2FSK、2PSK的調(diào)制解調(diào)電路。解調(diào)電路中使用了鎖相環(huán)解調(diào)。鎖相環(huán)路的輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘栴l率的變化,環(huán)路鎖定后輸入?yún)⒖夹盘柡洼敵鰠⒖夹盘栔g的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益被控制在所需數(shù)值范圍內(nèi).這種輸出信號頻率隨輸入?yún)⒖夹盘栴l率變化的特性稱為鎖相

15、環(huán)的跟蹤特性.利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)。為了實現(xiàn)信息的遠距離傳輸,收信端接收到信號后必須進行解調(diào)才能恢復(fù)原信號。所謂的解調(diào)就是用攜帶信息的輸出信號uo來復(fù)原載波信號ui的參數(shù),載波信號的參數(shù)有幅度、頻率和位相,所以,解調(diào)有調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種。調(diào)幅波的特點是頻率與載波信號的頻率相等,幅度隨輸入信號幅度的變化而變化;調(diào)頻波的特點是幅度與載波信號的幅度相等,頻率隨輸入信號幅度的變化而變化;調(diào)相波的特點是幅度與載波信號的幅度相等,相位隨輸入信號幅度的變化而變化。該文中調(diào)制出2FSK、2ASK、2PSK,調(diào)制時采用的是鎖相環(huán)解調(diào)出來,最后用Multis

16、im進行仿真出效果。在對2ASK、2FSK、2PSK解調(diào)時,低通濾波器輸出的波形失真比擬大,不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。第2章 根本原理2.1 Multisim介紹隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的開展,電子產(chǎn)品已與計算機緊密相連,電子產(chǎn)品的智能化日益完善,電路的集成度越來越高,而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。Multisim 10是加拿大 Interactive Image Technologies公司 2001 年推出的 Multisim 最新版本?？梢栽O(shè)計、測試和演示各種電子電路,包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及局部微機接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置

17、各種故障,如開路、短路和不同程度的漏電等,從而觀察不同故障情況下的電路。它有豐富的元件庫,為用戶提供元器件模型的擴充和技術(shù);虛擬測試儀器儀表種類齊全,其操作方法與實際儀器十分相似;具有較為詳細的電路分析功能,可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等 18 種電路分析方法,提供了多種輸入輸出接口,Multisim10可以與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計自動化軟件Protel及電路仿真軟件Pspice之間的文件接口,也能通過Windows 電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進行編輯排版,同時還支持VHD

18、L和Verilog HDL語言的電路仿真與設(shè)計。Multisim 10 把所有的元件分成13類庫,再加上放置分層模塊、總線、登錄網(wǎng)站共同組成元件工具欄。Multisim 10提供了18種儀表,儀表工具欄通常位于電路窗口的右邊,也可以用鼠標(biāo)將其拖至菜單的下方,呈水平狀。Multisim 10具有以下特點:1Multisim 10是一個電路原理設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。其元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用,同時也可以新建或擴充已有的元器件庫,而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到,因此可以很方便地在工程設(shè)計中使用。2Multisim 10 的虛擬測試儀器儀表種類齊全

19、,有一般實驗用的通用儀器,如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源;還有一般實驗室少有或沒有的儀器,如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。3 Multisim 10 具有較詳細的電路分析功能,可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等,以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。4 Multisim10可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路,包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及局部微機接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障,如開路、短路

20、和不同程度的漏電等,從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的過程中還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù),列出被仿真電路的所有元器件清單,以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)。Multisim10是一個電路原理設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它用軟件的方法模擬電子線路元器件和儀器儀表,實現(xiàn)了“軟件即元器件和“軟件即儀器。 Multisim10是一個電路原理設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件,該軟件為電子工程師提供了一個電路設(shè)計與仿真平臺,不僅與國際著名的模擬電路仿真軟件spice兼容,而且具有較強的 VHDL和 Verilog設(shè)計與仿真功能。它具有界面形象、直觀易懂、采用圖形方式創(chuàng)立電

21、路的特點;它豐富的元件庫中提供了超過16000個組件,全部采用世紀(jì)模型,確保了仿真結(jié)果的真實性和實用性;它采用開放式的庫管理模式,能自動地生成模擬和數(shù)字組件模型,這對新器件的補充十分有利。Multisim10的虛擬測試儀器種類齊全,有一般實驗用的通用儀器,如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源;還有一般實驗室少有或沒有的儀器,如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測試儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。Multisim10具有較為詳細的電路分析功能,可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極

22、點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法,以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。Multisim10可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路,包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微機接口電路等;可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障,如開路、短路和不同程度的漏電等,從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時,軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù),列出被仿真電路的所有元器件清單,以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)等。2.2 鎖相環(huán)根本原理許多電子設(shè)備要正常工作,通常需要外部的輸入信號與內(nèi)部的振蕩信號同步,利用鎖相環(huán)路就可以實現(xiàn)這個目的。鎖相環(huán)路是一種反應(yīng)控制電路,簡稱鎖相環(huán)(PLL)。鎖

23、相環(huán)的特點是:利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位。因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤,所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中,當(dāng)輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時,輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值,即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住,這就是鎖相環(huán)名稱的由來。鎖相環(huán)通常由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)和壓控振蕩器(VCO)三局部組成,鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖2.1所示。 圖2.1 鎖相環(huán)根本組成 鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比擬器,它的作用是檢測輸入信號和輸出信號的相位差,并將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出,該信號經(jīng)低通濾波器濾波后

24、形成壓控振蕩器的控制電壓,對振蕩器輸出信號的頻率實施控制。2.2.2 鎖相環(huán)的工作原理鎖相環(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2.2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: (2-1) (2-2)式中的0為壓控振蕩器在輸入控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: (2-3) (2-4) 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控制電壓。即為: (2-6) (2-7)式中的i為輸入信號的瞬時振蕩角頻率,和分別為輸入信號和輸出信號的瞬

25、時位相,根據(jù)相量的關(guān)系可得瞬時頻率和瞬時位相的關(guān)系為:即 (2-9)那么,瞬時相位差d為 (2-10) )(2-11)對兩邊求微分,可得頻差的關(guān)系式為 (2-12) 上式等于零,說明鎖相環(huán)進入相位鎖定的狀態(tài),此時輸出和輸入信號的頻率和相位保持恒定不變的狀態(tài),為恒定值。當(dāng)上式不等于零時,說明鎖相環(huán)的相位還未鎖定,輸入信號和輸出信號的頻率不等,隨時間而變化。因壓控振蕩器的壓控特性如圖2.3所示,該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率u以0為中心,隨輸入信號電壓的變化而變化。該特性的表達式為 (2-13) 圖2.3 壓控特性上式說明當(dāng)隨時間而變時,壓控振蕩器的振蕩頻率u也隨時間而變,鎖相環(huán)進入“頻率牽引,自

26、動跟蹤捕捉輸入信號的頻率,使鎖相環(huán)進入鎖定的狀態(tài),并保持0i的狀態(tài)不變。第3章 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計3.1 2FSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計3.1.1 2FSK調(diào)制電路設(shè)計原理2FSK即叫做二進制移頻鍵控或二進制頻移鍵控。2FSK信號產(chǎn)生的方法一般有兩種:一種叫直接調(diào)頻法,另一種叫頻移鍵控法。(1)模擬調(diào)頻法:即直接利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻而獲得。如圖3.1所示:圖3.1 模擬調(diào)頻法直接調(diào)頻法是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。其優(yōu)點是調(diào)制方便,設(shè)備簡單,得出的是2FSK信號,相位連續(xù)。(2)鍵控法:即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。如圖3.2所示: 圖 3

27、.2 鍵控法2FSK鍵控法的特點是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn),故應(yīng)用廣泛,但設(shè)備要復(fù)雜些,得出的是2FSK信號,相位不連續(xù)。該文采用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號,即用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。設(shè)計原理圖如圖3.3所示: .2 2FSK調(diào)制單元電路的設(shè)計要將時鐘脈沖信號經(jīng)過2FSK調(diào)制成為2FSK信號,我們采用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立的頻率源作為輸出。鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過度頻率,它的轉(zhuǎn)換速度快,波形好。 1)四雙向模擬開關(guān)CD4066 CD4066的引腳功能如圖3.4所示。每個封裝內(nèi)部有4個獨立的模

28、擬開關(guān),每個模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個端子,其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時,開關(guān)導(dǎo)通;當(dāng)控制端加低電平時開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時,導(dǎo)通電阻為幾十歐姆;模擬開關(guān)截止時,呈現(xiàn)很高的阻抗,可以看成為開路。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號和模擬信號,可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為40MHz。各開關(guān)間的串?dāng)_很小,典型值為-50dB。 圖 3.4 四雙向模擬開關(guān)CD4066輸入的基帶信號由轉(zhuǎn)換開關(guān)分成兩路,一路控制f132KHz的載頻,另一路經(jīng)倒相去控制f216KHz的載頻。當(dāng)基帶信號為“1時,模擬開關(guān)1翻開,模擬開關(guān)2關(guān)閉,此時輸出f132KHz,當(dāng)基帶信號為“0時,模擬開關(guān)2開通。此時輸出f21

29、6KHz,于是可在輸出端得到2FSK已調(diào)信號。如圖3.5所示:圖 3.5 模擬開關(guān)2)變頻電路: 圖3.6 變頻電路圖3)2FSK調(diào)制的整體電路圖的設(shè)計圖3.7 2FSK的Multisim調(diào)制仿真電路圖4)2FSK調(diào)制電路的仿真圖3.8 脈沖信號輸出波形圖3.9 變頻電路輸出波形圖3.10 2FSK的仿真效果圖3.1.3 2FSK解調(diào)單元電路的設(shè)計鎖相環(huán)通常由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)和壓控振蕩器(VCO)三局部組成,該文鎖相環(huán)解調(diào)原理框圖如圖3.11所示。 圖 3.11 2FSK解調(diào)原理框圖 1)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3.12所示:圖

30、3.12 乘法器2)低通濾波器如圖3.13所示: 用低通濾波器LF將和頻分量濾掉,剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓uC(t)。 圖3.13 環(huán)路濾波器3)壓控振蕩器的壓控特性如圖3.14所示,該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率u以0為中心,隨輸入信號電壓uc(t)的變化而變化。該特性的表達式為 (3-1)圖3.14 壓控特性上式說明當(dāng)uc(t)隨時間而變時,壓控振蕩器的振蕩頻率u也隨時間而變,鎖相環(huán)進入“頻率牽引,自動跟蹤捕捉輸入信號的頻率,使鎖相環(huán)進入鎖定的狀態(tài),并保持0i的狀態(tài)不變。壓控振蕩器的電路圖如圖3.15所示: 4)抽樣判決電路(LM311) 工作原理:LM311是當(dāng)2腳電壓

31、高于3腳電壓時輸出高電平,反之那么輸出低電平。引腳功能如下。 1腳 GROUND/GND 接地 2腳 INPUT+ 正向輸入端 3腳 INPUT-反相輸入端 7腳 OUTPUT輸出端 5腳 BALANCE平衡 6腳 BALANCE/STROBE 平衡/選通 8腳 V+電源+ 4腳 V- 電源- 圖3.16 LM311引腳圖 圖3.17 抽樣判決電路圖3.1.4 2FSK解調(diào)電路的整體設(shè)計2FSK解調(diào)電路的設(shè)計是采用鎖相環(huán)進行解調(diào),2FSK信號通過鎖相環(huán)最終解調(diào)出數(shù)字基帶信號。2FSK基于Multisim仿真的解調(diào)電路的整體電路設(shè)計圖如圖3.18所示: 圖3.18 2FSK的Multisim的解

32、調(diào)仿真電路 圖3.19 2FSK的Multisim解調(diào)電路的仿真 3.2 2PSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計3.2.1 2PSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計原理PSK分為二進制相位鍵控(2PSK)和多進制相位鍵控(MPSK)。該文主要介紹2PSK的調(diào)制與解調(diào)。在二進制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時,那么產(chǎn)生二進制移相鍵控2PSK信號。通常用已調(diào)信號載波的 0°和 180°分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0。二進制移相鍵控信號的調(diào)制原理圖如下所示。其中圖3.20是采用模擬調(diào)頻的方法產(chǎn)生2PSK信號,圖3.21是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK信號.本設(shè)計調(diào)制2PSK

33、時采用的是鍵控法。 圖 3.20?模擬調(diào)頻法 圖3.21 鍵控法2PSK信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào), 該文的解調(diào)器原理圖如圖 3.22 與2FSK解調(diào)原理相同。 圖3.22?2PSK解調(diào)原理框圖3.2.2 2PSK調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計與仿真2PSK調(diào)制電路采用鍵控法調(diào)制,而解調(diào)電路的設(shè)計是采用鎖相環(huán)進行解調(diào),2PSK信號通過鎖相環(huán)最終解調(diào)出數(shù)字基帶信號。2PSK基于multisim仿真的調(diào)制解調(diào)電路的整體電路設(shè)計圖如圖3.23所示: 圖3.23 2PSK調(diào)制解調(diào)電路圖 2PSK調(diào)制仿真圖與解調(diào)后的仿真圖如圖3.24。 圖3.24 2PSK調(diào)制解調(diào)電路圖仿真結(jié)果3.3 2ASK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)

34、計3.3.1 2ASK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計原理在二進制數(shù)字振幅調(diào)制中,載波的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化,實現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種:(1)模擬相乘法:通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號相乘得到輸出信號,這種直接利用二進制數(shù)字信號的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為模擬相乘法,其電路如圖3.25所示。在該電路中載波信號和二進制數(shù)字信號同時輸入到相乘器中完成調(diào)制。(2)數(shù)字鍵控法:用開關(guān)電路控制輸出調(diào)制信號,當(dāng)開關(guān)接載波就有信號輸出,當(dāng)開關(guān)接地就沒信號輸出,其電路如圖3.26所示。 2ASK/OOK信號有兩種根本的解調(diào)方法:非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測法),相應(yīng)的接收系統(tǒng)如圖3.27、圖3.28

35、所示。 該文2ASK的調(diào)制方法采用的是模擬相乘法,而調(diào)制那么采用的是相干解調(diào)。該文的2ASK解調(diào)原理框圖3.29如下: 圖3.29 2ASK解調(diào)原理框圖3.3.2 2ASK調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計與仿真2ASK調(diào)制電路采用鍵控法調(diào)制,而解調(diào)電路的設(shè)計是采用鎖相環(huán)進行解調(diào),2ASK信號通過鎖相環(huán)最終解調(diào)出數(shù)字基帶信號。2ASK基于Multisim仿真的調(diào)制解調(diào)電路的整體電路設(shè)計圖如圖3.30所示: 圖3.30 2ASK調(diào)制解調(diào)電路圖圖3.31 2ASK調(diào)制解調(diào)仿真圖3.4 解調(diào)結(jié)果分析 由于在解調(diào)2ASK、2FSK、2PSK時的數(shù)字基帶信號都為1KHZ,而在解調(diào)時壓控震蕩器的中心頻率都為1KHZ,所

36、以該文中三個信號的解調(diào)電路都是一樣的。鎖相環(huán)鑒頻電路環(huán)路輸入頻率跟隨輸出頻率變化,即跟蹤,實現(xiàn)環(huán)路鎖定困難,會出現(xiàn)毛刺。低通濾波器輸出的波形失真比擬大,不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以很好的解調(diào)出數(shù)字基帶脈沖。 在解調(diào)設(shè)計選取參數(shù)時,發(fā)現(xiàn)低通濾波器中C2的值最影響波形的輸出,以2FSK解調(diào)為例,一開始我在C2設(shè)為10nF,出來的波形如下列圖3.32: 圖3.32 C210nF時的波形 可見解調(diào)出來的基帶信號出現(xiàn)嚴(yán)重失真。后經(jīng)過不斷的嘗試改變C2的值,最終把C2的值設(shè)為100nF,終于解調(diào)出很好的數(shù)字基帶信號如下列圖3.33:圖3.33 C2100nF時的波形總結(jié) 該文分別設(shè)計了2ASK、2P

37、SK、2FSK的調(diào)制解調(diào)電路,其功能為數(shù)字基帶信號經(jīng)過調(diào)制輸出一個模擬信號,然后用鎖相環(huán)進行解調(diào),最后采用Multisim軟件進行仿真。在對2ASK、2FSK、2PSK解調(diào)時,低通濾波器輸出的波形失真比擬大,不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。 經(jīng)過一個學(xué)期的時間,終于完成這次基于Multisim的鎖相解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。我首先查閱了大量的書本資料,接著又上網(wǎng)搜集了許多有用信息,有時候為了找到一個適宜的電路而苦惱,有時候又為取得一點成功而由衷的快樂。當(dāng)最終的電路方案設(shè)計出來以后,我請教了我的指導(dǎo)老師何老師及學(xué)的比擬好的同學(xué),他們的一個小小指點就給我們很大啟示和靈感,對我

38、的電路圖提出了很多有價值的建議,在此對熱心幫助我的老師和同學(xué)表示衷心感謝。在此次畢業(yè)設(shè)計中,我充分體會到了熟練運用相關(guān)軟件的重要性,不像以前做的課程設(shè)計,并沒有多少工作在計算機里實現(xiàn)的,就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。本次畢業(yè)設(shè)計都高度依賴計算機,從仿真到繪制原理圖,再到參數(shù)調(diào)節(jié),可以說每一步都很艱難,每一步都是我一步一個腳印結(jié)結(jié)實實踩下去的。通過畢業(yè)設(shè)計,我增強了對通信電子技術(shù)的理解,學(xué)會查尋資料?比擬方案,學(xué)會通信電路的設(shè)計?計算;進一步提高分析解決實際問題的能力,創(chuàng)造一個動腦動手?獨立開展電路實驗的時機,鍛煉分析?解決通信電子電路問題的實際本領(lǐng),真正實現(xiàn)由課本知識向

39、實際能力的轉(zhuǎn)化;通過典型電路的設(shè)計與仿真加深對根本原理的了解,增強了實踐能力。參考文獻1. 熊偉 候傳教. Multisim7電路設(shè)計及仿真應(yīng)用M. 清華大學(xué)出版社,20052. 陽昌漢. 高頻電子線路M. 高等教育出版社,20063. 吳運昌. 模擬集成電路原理與應(yīng)用M. 華南理工大學(xué)出版社,20004. 沈偉慈. 通信電路M. 西安電子科技大學(xué)出版社,20045. 李爭. 低噪聲電荷泵鎖相電路設(shè)計理論與技術(shù),北京交通大學(xué).碩士學(xué)位論文,20076. 鄭繼禹, 張厥盛, 萬心平. 鎖相環(huán)原理與應(yīng)用M. 人民郵電出版社,19847. Floyd M.Gardner,Phase lock Tec

40、hniquesSecond Edition,Publication:New York,John Wiley,1979.st,Phase-locked Loops Design,Simulation and Application,清華大學(xué)出版社,20039. 張輝,曹麗娜現(xiàn)代通信原理與技術(shù)M. 西安電子科技大學(xué)出版社,200210.鄭繼禹, 張厥盛, 萬心平. 鎖相技術(shù)M. 西安電子科技大學(xué)出版社,199412 Best,Roland E.,Phase?Looked Loop Theory,Design and Applications McGRAW?Hill,198413 沈偉慈.通信電路.

41、西安電子科技大學(xué)出版社,2004 附錄:外文翻譯Bridging the Gap between the Analog and Digital WorldsMost applications require the co-existence of analog and digital functionality, and the benefits of combining this functionality on a single chip are significant. Such mixed-signal integration, however, also presents signi

42、ficant challenges. Furthermore, digital and analog developments tend to evolve at differing rates, yet mixed-signal solutions for markets such as industrial, automotive and medical, must remain available over significant time periods. The latest mixed-signal semiconductor processes are helping to ad

43、dress some of these issues, and this article will look at some of the issues designers should consider when specifying integrated mixed-signal solutions.Mixed-signal solution for the real worldSystem designers often partition the digital portion from the analog section of a given design for a variet

44、y of reasons: the availability of mixing components for the two technologies, the complexity of the digital design or again because of the existence of pure digital processing parts as standard products. Placing the analog elements in an integrated circuit definitively allows the system designer to

45、optimize the costs of its entire moduleThis integration approach is usually difficult for advanced markets such as telecommunications or computers, but makes sense for more mature or conservative markets such as automotive, medical and industrial. For most of these mature markets applications, digit

46、al functions are finding their way onto what once were pure analog designs. Adding digital functions to an analog design is helped in part by the development of new process technologies that can handle both short-channel, fast-switching digital transistors as well as high-voltage analog transistors.

47、 For example, AMI Semiconductors latest mixed-signal technology offers digital and analog integration capabilities on the same design platform. The I3T technology family is based on standard CMOS 0.35?m, limiting the imum gate voltage to 3.3?V. Some consider this technology outdated, from a pure dig

48、ital designers point of view, but it is at the forefront for the automotive, industrial and medical markets.This list of optional features that enables the design of real SoCs includes high voltage interfacing up to 80?V, microprocessing capabilities up to 32 bits, wireless capabilities up to 2.8?GH

49、z, and dense logic design up to 15?K gates/mm2. Beside these capabilities, NVM integration is possible: E2PROM up to 4 Kbytes, Flash memory up to half a megabit or On-Time-Programmable OTP cells for application calibrations. The ability to integrate all these features on a chip gives the customer th

50、e possibility to be independent from the obsolescence of the stand-alone NVM market, which is more or less driven by the computer market. This advantage is quite relevant when we consider the cost of re-qualifying a module for the OEMs in automotive, for instance. It also makes sense when considering the long lifespan of the applications embedded into cars, the industrial environment or medical self-treatment devices where patient cost is an important consideration. Nevertheless bridging the gap from digital to analog on a single chip do