（微电子学与固体电子学专业论文）一种新型调频发射系统的研究.pdf

_一二鲤一一一一一一一一一一一一 锁相环路相位噪声影响。 . 使 用l c 振 荡 器自 动 调 谐 的 方 法 ， 不 仅 可 覆 盖 发 射 频 率 范 围 ， 而 且 可 降 低 对片外电感感值的要求。 通 过对 系 统 原 型 的 测 试以 及电 路的 仿 真 结 果， 在 单 通 路的 发 射 模式 下， 其 信 噪 比 超 过8 3 d b , t h d 小 于0 . 0 8 % ; 立 体 声 模 式 下 ， 信 噪 比 达 到7 0 d b , 立 体 声 分 离 度 大 于4 0 d b ， 这 些 充 分 证 明 了 基 于 e 小 数 分 频 锁 相 环 的 新 型 调 频 发 射 系 统 的正 确性以 及性能的 优越性。 关 键 词 ; 调 频e 小 数 分 频 锁 相 环b 调 制 器斩 波 鉴 频 鉴 相 器l c 振 荡 器 相 位噪 声 电 荷泵失 配 系统矫正型功率 放 大器 ab s tr a c t -，份.， ab s t r a c t r e c e n t l y , w i t h t h e b o o m o f t h e mp 3 a n d s h o r t d i s t a n t w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n p r o d u c t s m a r k e t , t h e t r a d i t i o n a l f m ( f r e q u e n c y m o d u l a t i o n ) s y s t e m h a s b e e n a d o p t e d i n m a n y n e w p r o d u c t s , s u c h a s t h e m p 3 tr a n s m it t e r , w i r e l e s s m i c p h o n e , c a r n a v i g a t i o n a n d s o o n . wh i l e , t h e t r a d i t i o n a l a n a l o g f m m e t h o d i s p a in f u l t o m e e t t h e n e e d s o f t h e h ig h q u a li t y n e w p r o d u c ts f o r i ts lo w s n r ( s i g n a l to n o is e r a ti o ) , p o o r t h d ( t o t a l h a r m o n i c d i s t o rt i o n ) a n d in a c c u r a t e f r e q u e n c y d e v i a ti o n c o n tr o l , a n d h e l p l e s s t o d e a l w i t h t h e d i g i t a l a u d i o s i g n a l . f o c u s o n t h e s h o r tc o m i n g s o f t h e tr a d i ti o n a l a n a l o g m e t h o d , t h e f u l l d i g i t a l f m m e t h o d w h i c h u s e s d i g i t a l d i r e c t f r e q u e n c y s y n t h e s i z e r ( d d f s ) h a s b e e n o n e o f t h e h o t t o p i c s o f t h e r e s e a r c h a n d s t u d y . t h o u g h i t c a n s o l v e t h e s e p r o b l e m s a n d a c t u a ll y i m p r o v e t h e s n r a n d t h d o f t h e s y s t e m , i t h a s n o t b e e n e x t e n s i v e l y u s e d i n p o r t a b l e w i r e l e s s p r o d u c ts y e t , s i n c e i t m u s t u s e c o s t l y d s p b l o c k a n d h i g h s p e e d , l a r g e c o n s u m p t i o n d a c b l o c k . b a s e d o n t h e s t u d y o f t h e t r a d i ti o n a l a n a lo g f m m e t h o d a n d f u ll d i g i t a l f m m e t h o d , a n e w f m m e t h o d , w h i c h a d o p t s t h e f a fr a c t i o n n p l l ( p h a s e l o c k e d l o o 目 ， h a s b e e n p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s . t h i s m e th o d c o u l d d e a l w i t h n o t o n l y t h e a n a l o g a u d i o s i g n a l b u t a l s o d i g i t a l a u d i o s i g n a l . f u r t h e r m o r e , t h e f u l l m o d u l a ti o n p r o c e s s i s 恤t h e c l o s e d l o o p s t a t e m e n t , s o t h e t e d o f t h e s y s t e m h a s b e e n i m p r o v e d g r e a t l y . . t h e b a n d w i d t h o f t h e p l l c o u l d b e e n l a r g e d , t h e r e f o r e t h e v c o ( v o l t a g e c o n tr o l o s c i l l a t o r ) n o i s e c o u l d b e s u p p r e s s e d a n d t h e s n r o f t h e s y s t e m c o u l d a l s o b e im p r o v e d e n o r m o u s l y . . t h e h i g h s n r o f t h e e a m o d u l a t o r c o u l d e n s u r e t h e h i g h r e s o l u t i o n o f t h e f m s i g n a l . . t h e n e w f m m e t h o d h a s t h e m e r i t s o f t h e l o w c o s t , l o w p o w e r a n d s o o n . t h e n e w f m s y s t e m u s e s t h e a n a l o g f a m o d u l a t o r , d i g i t a l f i l t e r , d i g i t a l s t e r e o e n c o d e r , e a f r a c t i o n n p l l a n d s o m e o t h e r b l o c k s . a n d a l l o f t h e m h a v e b e e n d e s i g n e d加t o p - d o w n p r o c e d u r e . a n d , t h e a n a l o g i a m o d u l a t o r i s r e a l iz e d w i t h 2 s t a g e 3 b i t s i n g l e l o o p s t r u c t u r e , a n d a c h a r g e p u m p i a fr a c t i o n n p l l h a s a l s o ab s t r a c t b e e n d e s i g n e d , w h i c h i n c l u d e s a s i n g l e l o o p 3 s t a g e 3 b i t d i g i t a l m o d u l a t o r . i n o r d e r t o s o l v e t h e a s y n c h r o n i s m b e t w e e n t h e d i g i t a l a u d io s i g n a l c l o c k a n d t h e s y s t e m c l o c k , t h e f o r m e r h a s b e e n in c r e a s e d a n d a f i f o ( f i r s t i n f i r s t o u t ) c e l l h a s b e e n i n s e rt e d . a d e t a i l d i s c u s s i o n a b o u t t h e p h a s e n o i s e i n y e a f r a c t i o n n p l l h a s b e e n d e p i c te d i n t h i s t h e s i s . b a s e d o n t h e s e a n a l y s i s , . a c h o p p e r p f d ( p h a s e f r e q u e n c y d e t e c t o r ) h a s b e e n c r e a t e d t o s u p p r e s s t h e f li c k n o i s e o f t h e p f d c e l l , . a n e x t r a o f f s e t c u r r e n t h a s b e e n a d d e d i n c p ( c h a r g e p u m p ) c e ll t o c a n c e l t h e s n r d r o p d u e t o t h e m i s m a t c h o f t h e c p c u rr e n t , . t h e o s c i ll a t i n g f r e q u e n c y h a s b e e n d o u b l e d t o i n c r e a s e t h e l o o p d i v i d e r r a t i o i n o r d e r t o a ll e v i a t e t h e e f f e c t s o f t h e f o l d e d q u a n t i z a t i o n o n t h e p h a s e n o i s e . . t h e a u t o - a d j u s t m e n t m e t h o d h a s b e e n a d o p t e d i n l c o s c i l l a t o r n o t o n l y t o m e e t t h e n e e d s o f t h e e m i s s i o n r a n g e , b u t a l s o t o d e g r a d e t h e r e q u i r e m e n t o f t h e e x t e rna l i n d u c t a n c e v a l u e . b y t e s t i n g t h e s y s t e m r e f e r e n c e a n d s i m u l a t i o n o f t h e c i r c u i t s , t h e r e s u l t s s h o w t h a t i n m o n o t r a n s m i tt i n g m o d e , t h e s n r c o u l d b e b e tt e r t h a n 8 3 d b , a n d t h e t h d c o u l d b e s m a ll e r t h a n 0 .0 8 % , w h i l e i n s t e r e o t r a n s m i t t i n g m o d e , t h e s n r c o u l d g e t 7 0 d b , a n d t h e s t e r e o s e p a r a t i o n i s b e t t e r t h a n 4 0 d b . a ll o f t h e s e r e s u l t s c o u l d s o l i d l y p r o v e t h a t t h e n e w f m s y s t e m w o r k s w e ll a n d h a s g o o d p e r f o r m a n c e . k e y wo r d : f m e a f r a c t i o n n p l l y e a l c o s c i ll a t o r p h a s e n o i s e m o d u l a t o r c h o p p e r p f d c h a r g e p u m p m i s m a tc h s y s t e m c o rr e c t e d p o w e r a m p l i f i e r 缩略语说明 缩略语说明 fm: s nr: ddfs: thd: s ndr: f i f o: p ll: 护 全 u : cp: vco: mas h: fcc: ps d: nl 下: s tf: dp tm : f i r: i i r: ci c: dem : dwa: vbm s: cds: chs: 十 全 - r : p cm: p a: p or: f r e q u e n c y m o d u l a t i o n ，调 频 s ig n a l- to -n o is e r a tio ， 信 噪比 d i g ita l d i re c t f r e q u e n c y s y n th e s iz e r ，直 接 数 字 频 率 合 成 t o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n ，总谐波失真 s ig n a l-t o -n o i s e - a n d - d is to r tio n r a tio ， 信号 与 噪 声 加 谐 波 失 真比 f i r s t - i n - f i r s t - o u t ，先入先出 p h a s e l o c k e d l o o p ， 锁 相 环 p h a s e f r e q u e n c y d e t e c t o r ，鉴频鉴相器 c u rr e n t p u m p ， 电 荷 泵 v o lta g e c o n tr o l o sc il la to r ， 压 控 振 荡 器 m u lt i- s ta g e n o is e s h a p in g ， 多 级 噪 声 整 形 f e d e r a l c o m m u n i c a t i o n c o m m i t t e e ， 美国 联邦通讯委员 会 p o w e r s p e c tr a l d e n s ity ， 功 率 谱 密 度 n o i s e t r a n s f e r f u n c t i o n , 噪声传输函 数 s i g n a l t ra n s f e r f u n c tio n ， 信 号 传 输函 数 d o u b l e p o l y t r i p l e m e t a l , 双层二氧化硅三层金属 f in it e i m p u ls e r e s p o n s e ， 有限 冲 击响 应 i n f in it e i m p u ls e r e s p o n s e ， 无 限 冲 击 响 应 c a s c a d e d in te g r a t o r- c o m b , 级 联 梳 妆 积 分 器 d y n a m i c e l e m e n t s m a t c h ， 动态元素匹 配 d a ta w e ig h t a v e r a g e ， 平 均 数 据权 重 法 v e c to r b a s e d m is m a t c h s h a p in g ， 基 于向 量 的 失 配 整 形 法 c o rr e l a te d d o u b le s a m p li n g ， 相关 双 采 样 c h o p p e r s t a b i l i z a t i o n ， 斩 波 稳 定 f a s t f o u r i e r t r a n s f o r m，快速傅式变换 p u l s e c o d e m o d u l a t i o n ，脉冲编码调制 p o w e r a m p li fi e r ， 功 率 放 大 器 p o w e r o n r e s e t ，上电复位 缩略语说明 i n t e r - i c s o u n d b u s ， 集成电 路互联音频总线 i n te r- in te gr a te d c ir c u it ， 集 成 电 路 互联 总 线 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学 位论文的印 刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门 或者机构送交论文的复印 件和电子版; 在不以赢利为目 的的前 提下， 学校可以 适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名: 年月日 经指导教师同 意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: jkj 5 (jct:5t- ,瞬瞪 i*10j# ( x 104-, -pt t 10i)t0,4, *20 1- (z 20 -4 -4, -pf t- -20 -p- - - - - - 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行研究工作 所取得的 成果。 除文中己经注明引用的内 容外， 本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、已 公开发表或者没有公开发表的作品的内 容。 对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本学 位论文原创性声明的法律责任由 本人承担。 学位论文作者签名: 年月日 第一章 前言 第一章前言 第一节 调频发射系统的历史与现状 众所周知，调频广播广泛应用在当今的无线广播等通讯领域.调频原理虽然 很长时间以来已为人们所熟知，但是直到上世纪三十年代，归功于埃德 温 h 阿 姆斯特朗 少 校对调频应用进行的 大量研究， 它用于广播的 优点，才为 人们所普遍认识w 调频的优点包括具有抗天电千扰和衰落的性质，以及调频接收收机可以 从 两个用同一载波发射的信号中捕捉较强信号的能力。 1 9 4 0年， 在广 泛收集公众建议后， 美国 联邦通信委员会 ( f c c ) 建 立了 调 频广播业务。 随着调频广播的发展，公众对多通路传输立体声调频广播产生广 泛兴趣， 美国的多路传输立体声调频广播模式是在1 9 6 1 年为联邦通信委员会所 接受，其立体声广播的规范仍延续至今. 近几年，随着 m p 3和短距离无线通讯市场的迅猛发展， 传统的调频 系统又 出 现大量新的应用模式，如 m p 3发射机， 高品 质无线话筒， 汽车导航系 统等新 兴的应用， 如图1 . 1 . 1 。 而在这些新类型应用中， 小型化、 低功耗和高品 质的单 芯片解决方案越来越受到市场的青睐。 第一章 前言 第二 节本文的 主要工作 和创新点 针对模拟锁 相环调频方案以 及 采用 d d f s的 数字调频方案的优缺点， 本文 提出了 一种 基于m a 小 数分频锁相 环的新 型调频发 射方案。 该方案可直接处理数 字或模拟音源信号，并采用闭环的方式对载波信号进行调制，从而显著降低系 统的失真度， 而且由于 全部调制过程工作在闭 环状 态，环路滤波器的 带宽得以 拓 展， 从 而有效抑 制v c o模块的 相位噪声， 进而改 善系统的 信噪比。 同 时， b e 调 制器的高信噪比 保证了调频信号的高分辨率。因 此，该调频发射方案具有 低 成本，低功耗，高性能等众多优点。 本文的 第二 章阐述了 调频的基本原理以 及其 抗干扰性能，并根据本设 计的 应用领域， 介绍了 相关的国际 和国 家标准，最 终提出了 本设 计的 系统实 现指标。 第三章对基 于e 小数分频器的新型调频发 射 机的结 构进行介绍， 并根据第 二章提出 的系统 参数要求，提出 各模块的参数 指标， 完成最 终的系统设计. 第四 章介绍了 抗混叠滤波器的实现结构。 第五章阐 述了 e 调制器的基本原理， 拓扑结 构以 及降 低多比 特 d a c电 容 失配影响的方 法. 从行为级设计入 手， 最终实 现2 阶 3比 特的调制器结构。本 章的最后介 绍了m a s h 2 - 2 调制 器的 实现结构及 测试结果， 进一步证明了 设计方 法的正确性。 第六 章对艺 小数 分频器的原 理进行介绍， 深 入分析了 锁相环电 路各模块噪 声 对系统的 影响 。 提出了 斩波p f d的结构以 及 频率自 动调谐的方法。 同时， 分 析了环路分频比 过低以 及电荷泵电 流失配对系统相 位噪声的影响， 并给出 相应 的 解决方 法。 第七章对版图 设计以 及系 统的状态流程图进 行介绍，并 对测试结果进行相 应分析。 第八章对本文的主要内容进行回顾，并提出了未来工作的展望. 本文的创新点主要包含以下几个方面: 1 .提出了一 种基 于艺 小数分频器的新 型调频发 射方案，该方案以 闭环的 方式 对载波进 行调试，具有 低失 真度， 高 信噪比， 频偏精确可控，成 本 低等众多优点，系统原型测试的结果证明该结构的正确性. 2 .提出了一种斩波 p f d结构用于消除 p f d模块的闪烁噪声。 第一章 前言 3 .在电 荷泵电路中，引入额外偏差电流 消除电 荷泵电 流失配对系统相位噪 声的影响。 4 . 提出了 一 种频 率自 动调谐的方法用 于降 低对片外电 感精 度的要 求。 5 . 采用先插 值， 再加入 f i f o单元的 方法降 低数字音频信号的时 钟与系 统 时钟不同步对系统性能的影响。 第二章 调频系统的理论及调频发射标准 第二章调频系统的理论及调频发射标准 调 频的 优点包括具有抗天电 干扰和衰落的 特性，以 及调频接收机可从两个 同一载频发射的信号中捕捉较强的信号能力。本章将阐述调频系统的基本原理， 对其抗 干扰特性进行分析， 并根据本设计的 应用领域介 绍相应的调频 广播的规 定及标准。 第一节调频系统的基本原理 2 . 1 . 1 调频 系 统的 基本概 念 在连续载波调制中，未调载波可表达为 c (t ) 一 a c o s ( w ,t + k f , f f ( t )d t ) ( 2 .1 .1 ) 当 幅 度a ,角 频 率w , 保 持 不 变 ， 而 瞬 时 角 偏 移 是 调 制 信 号 的f ( t) 的 线 性 函 数 时 ， 这种调制被称为频率调制。此时瞬时角频率为 v ( t ) 时， 则有 q, ( t ) o ( t ) + a r c t g v ( t ) s i n b ( t ) 一 0 ( t ) a + v ( t ) c o s b ( t ) 一 0 ( t ) 第二章 调频系统的 理论及调频发射标准 v ( t ) - 0 ( t ) +一s i n j o ( t ) 一o ( t ) 1 a ( 2 . 2 . 9) 、 产 考 线 图 2 . 2 .2高信噪比时的合成矢量 理想鉴频器的输出应与输入信号的瞬时频偏成正比，若比例常数为 1 ，则 _ _ 。 、 1 d p ( t ) 1 d o ( t ) . v_几 ，尹. . 甲 2 s d t 2n d t n d ( t ) 一 v ( t ) s i n b ( t ) 一 0 ( t ) 中的第一项为有用信号项， 1 d n d ( t ) 2= a山 ( 2 . 2 . 1 0) 其中 式 ( 2 . 2 . 1 0 ) 输出信号为 ( 2.2. 1 1) 而第二项可视为噪声项.因此解调器的 s o (t) - 会 弩 会 k f . f (t) ( 2 . 2 . 1 2) 输出信号功率为 so ft)一 令f 2(t) 令e f 2(t) ( 2 . 2 . 1 3 ) 由 于窄带高斯噪声的瞬时相位 在 ( 一兀 ，兀 )范围内 均匀分 布， 因而可以 认为6 ( r ) - o ( t ) 也 在 ( -n, n ) 范围内 均匀分布，故式 ( 2 .2 . 1 1 ) 可以 简化为 n 一 v ( t ) s i n b ( t ) ( 2 . 2 . 1 4 ) 而 这 就 是 载 波 为0 时 窄 带 高 斯 噪 声 的 正 交 分 量 ， 因 此它 具 有 与 n , (t ) 相 同 的 功 率 谱 密 度n o 0 鉴 频 器 输出 噪 声 与n d ( t) 的 微 分 成 正比 ， 而 理 想 微 分 网 络 的 功 率 传 递 函数为 附 (。 习 ， ij 叫 ， 一 。 ， ( 2 nf ) 2 ( 2 .2 .1 5 ) 因而解调器输出噪声的功率谱为 第二章 调频系 统的 理论 及调频发射标 准 ih ( w )i2 n o l ( 2 7ta ) 2 m n o t 2 / a 2 0 ， 卜 _b fm2 其它 口j、. . 、.产 才叮 了.、 、 劝 ( 2 .2 . 1 6 ) 式 ( 2 .2 .1 6 ) 中 b f为 调频 信号 的 传 输 频 带， 该 式 表 明 ， 鉴 频器 输出 噪 声 功 率 谱 已 不再 是输入噪声那样的均匀分布， 而变为 抛物线分 布，随着输出 频率增加而 平方的增大。其功率谱变化图如图2 . 2 . 3 w . , ( f ) 同 b _ , 0(a) 一 人 w ., ( f ) - b _n 0 b, n ( b ) 今 w . . ( f ) f i f _ 一 肠/ 2 0 b, / 2 ( c ) 图2 . 2 . 3非相干解调输出噪声功率谱 鉴频器 输出 经低通滤波器滤除 调制信 号频带以 外的频率分量，因 而输出 噪 声 功 率 应 为 - f , f 所 包 含 地 面 积 ， 即 n 0 - j-f 争 2 n . 七 ( 2 .2 . 1 7 ) 几为 调 制 信 号 截 至 频 率 。 根 据 式( 2 .2 .1 3 ) ( 2 .2 . 1 7 ) 得 到 调 频 信 号 鉴 频 器 解 调 其 输出信噪比为 。 3 a k 22 e f 2 (t ) s o c 2 n , f .3 ( 2 . 2 . 1 8 ) 50-no 第二章 调 频系 统的 理论及调频发射标准 由 于 频 偏 、 会 k f , i f (t) 一故 2 .2 .18 ， 可 改 写 ” s o i n - 1 2 二 丁 - . 入 一 花尸 一 夕 i v . 1. e f 2 (t ) a / 2 f ( t) i益 n o f . ( 2 . 2 . 1 9) 由式 ( 2 . 2 . 4 )和 ( 2 . 2 . 1 9 )可求得解调地信噪比增益为 g fx - 粉 今 2恶 溜 令 ( 2 . 2 . 2 0 ) 当 材 ， 几时 ， b ，一 2 好 _. 上 式 可 写 成 ，, , a f _、 ， e f 2 (t ) u矛 ， f.u l -二 尸 一夕丁 下 万 了万一 j . 1 1( 1 ) i- ( 2 . 2 . 2 1 ) 、。，曰，。，泊。，化，。 n i 匀- 、 。口 仕 j 甲 烈im m i m 兀r ， y rm l- l / h洲 9 9 1 1 日义 凡 ， f p l -). v f w ， : 1 . e ; f 2 (t)i lf (t) 12告 ( 2 . 2 .2 2 ) 因此有 s .n . 号 p 2 (n b l2 )b ,2 fm f 3 肠 ( ,b . + 1 x s ; / n ; ) g m 3 ,b f m ( f fl + 1 ) 3 ,b ff m ( 2 . 2 . 2 3 ) ( 2 . 2 . 2 4) 调频广播中fi. o f -. 7 5 k f lz 。 5 ， f 1 5 k h z 此时 信噪比 增益为4 5 0 . 对于 输入信噪比 很低时，v ( t ) a ， 则有 q, ( t ) 一 。 ( t) + 共s in b ( t ) 一 ，0 (t ) 犷l r ) ( 2 . 2 . 2 5 ) 由 上式可知，此时 解调器输出 中已 不存在单独的有用信号 项， 信号完全被噪声 淹没，因而输出 信噪比 急剧下降，称之为门限 效应。 采用比 鉴频器优越的一些 解调方法可以改善门限效应，本文不再赘述。 第二章 调频系统的理论及调频发射标准 第三节采用预加重/ 去加重改善信噪比 在调频广播中所传送的语音和音乐信号其大部分能量集中在低频端，然而 从第二节知调频器的输出端，噪声功率谱密度与频率平方成正比，因而在信号 功率普密度最小的 频率范围内 噪声功率谱密度却是最大，这对于解调输出信噪 比显然不利的。因此在发送端调制之前提升输入信号的高频分量，而在接收端 解调后作反变换，压低高频分量，使信号频谱恢复原始形状，这样就能减少在 提升信号高频分量后所引入的噪声功率。通常把发送端对输入信号高频分量的 提升称为预加重，解调后对高频分量的压低成为去加重. 4 h ( f )今 h ( f ) 几了 ( a )( b ) 图2 . 3 . 1 ( a ) 预 加重幅频 特性曲 线 ( b )去加重幅频特性曲 线 预 加 重 和 去 加 重 处 理的 幅 频 特 性曲 线 近 似图2 .3 . 1 ， 在频 率 小 于五 的 范围内 是 平 坦 的 ， 预 加 重 处 理 在 频 率几 与几 之间 具 有 微 分 特 性， 而 去 加 重 处 理 在 高 于几 的 频 率 范 围 内 具 有 积 分 特性. 在 调 频 广 播 中 ， 通 常 取人- 2 . l k h z ( r c - 7 5 u s ) 2 . 加入预加重和去加重处理后，对解调输出 信噪比必有改善，计算噪声功率 的减小量即可算出 信噪比改善值. 根据式 ( 2 . 2 . 1 6 )可知解调器输出噪声功率谱密度 气 - n o f 2 / a 2 x 2 .3 . 1 ) 去加重处理的 传输函数为 .f c c 规定预加 重的时 间 常数为7 5 u s ， 而我国国 家广播电视总 局规定预加重的时间 常致 为s o u s . 第二章 调频系统的理论及调频发射标准 h( f ) ( 2 .3 . 2 ) 故去加重后噪声功率为 n , 嵘 ， 、 (f ) i h (f ) izdf 2 n , 价 一f 斗, d f a r 0 1 + 汀i f) ( 2 . 3 . 3 ) 而不用去加重时，噪声功率 n。 粤i f zd f a j a ( 2 . 3 . 4 ) 因此当信号不发生失真时，信噪比改善值为 r - n 0 n , ( 2 . 3 . 5 ) 将式 ( 2 . 3 . 3 )及 ( 2 . 3 . 4 )代入 ( 2 . 3 . 5 )可得 ， 1( 几/ 五 ) s 1. . 一( 2 . 3 . 6 ) 3 ( 几i a ) 一 a r c tg ( f . / f 2 ) 例 如，几- 1 5 k h z , 六. 2 .l k f l z ， 则 可 算 得 信噪比 改 善 值 约 为1 3 d b . , 第四节 调频广播的相关标准 为了制定本设计调频发射机的设计参数， 此处需介绍我国国家广播电视总 局以 及美国 联邦通信委员会( f e d e r a l c o mmu n i c a t i o n c o m m i t t e e ) 对调频立体声 广 播 及 其发 射 机的 部分 标 准 和 规 则 【12- 161 1 .调频广播得频率范围为8 8 -1 0 8 m h z ,频道的间隔为2 0 0 k h z . 2 .最大频偏为7 5 k h z ，最高调制频率为1 5 k h z , 3 .立体声广播时， 导频载波 ( 1 9 k h z ) 分量在调频时只允许占最大频偏1 0 % ( 7 . 5 k h z ) ，因此在节目 停顿期间导频的调频指数为7 . 5 / 1 9 = 0 . 3 9 5 . 4 .不带辅助节目( s c a ) 的 立体声广播中，1 0 % 频偏分配给1 9 k h z 导频，其 余 9 0 % 分配给 ( l + r ) 和 ( l - r )两个通道. 。 由于预加重处理的作用是提升高频分f，因 此调频后得最大 频偏就有可能增加， 而超出原有信号 所容许 的频带宽度.为了 保持预加重后频偏不变， 需要在预加重后将信号衰减再去调制， 这样必然会使改菩 值有 所下降。 第二章 调颇系统的理论及调频发射标准 图 2 . 4 . 1立体声广播信号得频谱 5 .当 调制频 率在5 0 h z - 1 5 0 0 0 h z 范围内 ， 调制百 分比 为2 5 % 1 5 0 % 和1 0 0 % a 时，在系统输出端测得的音频谐波不应超过下表所列均方根值 表 2 . 4 . 1 f c c 对 调制频率的 谐波失真要求 调制频率 ( h z ) 失 真( % ) 5 0 - 1 0 03 .5 1 0 0 - 7 5 0 02 .5 7 5 0 0 -1 5 0 0 0 3 6 .在 5 0 h z -1 5 0 0 0 h z 频带内， 发射系统输出的噪声电平 ( 调频) ，比1 0 0 % 调制 ( 频偏为+ 7 5 k h z ) 至少应 低于印分贝.测量时应以 ) o h z 调制为 基准. 噪声测量设备 接入标 准的 7 5 . 微秒的去加重， 其冲 击特性应与 标 准的音量表相近。 7 .发射机应能在允许的误 差范围内任2 0 0 0 h z ) ， 自 动地保持规定的中 心频 率。 8 ，其频率偏离载波达1 2 0 k h z 至2 4 0 k h z 的 任何发射， 毫无 例外地应衰减到 比为未调制载波电平至少低 2 5分贝。符合这一标准即被认定所占带宽 是 2 4 0 k h z 或更窄。 9 .其频率偏离载波多于2 4 0 k h z 到6 0 0 k h z( 包括 6 0 0 k h z )的 任何发射， 应该衰减到比未调载波电 平至少低 3 5 分贝。 1 0 . 所发射的导 频副载波1 9 0 0 0 + 2 h z 对主载波进行调频， 调制度在8 % 至1 0 % 之间。 n 立体声副载 波应是导 频副 载波的 二次谐波. 在导频每次 与时间轴 相交的 同时，导频副载波应以正斜率穿过时间轴。 。f c c规定的信号起始频率为5 0 h z ，而我国广播电影电视总局规定信号得起始频率为3 0 hz ，下同. 。f c c 规定预加重和去加重时间常数为g ，而 我国 广播电 影电 视总局规定预 加重和去加 重时间 常数为 5 加 s . 第二章 调频系统的理论 及调频发射标准 1 2 . 立体声副载波应 采用调 幅。 1 3 . 立体声副载波应 被抑制， 使其电 平 低于主载波调制的1 %. 1 4 . 立体声辅 助通道的 预加重特性， 在一切 频率上的 相位和振幅都 应与主 通 道相同。 1 5 . 由 立体声 副载波调幅所产生的边带 之和， 所造成的 主载波峰值频 偏，当 只 有左 右) 路信号 存在时， 不应 超过总调制度的4 5 % ， 与此同 时， 在 主 通道上，当只有左 路 ( 或右路) 信号 存在时， 频偏也不 应该超过 总调 制度的4 5 % . 1 6 . 在只有正左路信号的瞬间， 主通道的 调制应使主载波频率上 偏;与 此同 时，立体声副载波及其边带信号应以同样的方式穿过时间轴. 1 7 . 主通道峰值频偏与 立体声辅助通道峰 值频偏之比， 当 只有一个 稳态的左 路 ( 或 右路) 信号 存在时，在任何电 平上和5 0 h z - 1 5 0 0 0 h z 的 任何频率 上应为1 ， 误差在夕. 5 % 之内。 1 8 ， 主通道 信号的 零点 与立体声副载波 边带包络之间的相 位差， 当 只有 一个 稳态的 左路 ( 或右路) 信号存在时， 在从5 0 h z - 1 5 0 0 0 h z 的音 频调 制频 率内， 应不超过+ 3 0 e 1 9 . 立体声辅助声道内的信号对主通道的串音， 应衰减到比9 0 % 调制至少低 4 0 分贝。 主 通道内 的信号对立体声 辅助通道的串 音， 应衰减到比9 0 % 调 制至少低4 0 分贝。 我国 无线电管理委员 会对短距离无限电设备发射功率 和频率也提出 相关要 求，如表2 .4 .3 表 2 . 4 . 3无线电 管理委员会对短距离 无限电 设备发射功率 和频率的相关要求 发射频段 发射功率 8 8 . 0 -1 0 8 . o mhz3 mw 7 5. 4 - 7 6 . o mhz 8 4.0- 8 7 . o mhz l o mw 1 8 9.9 -2 2 3.o mhzl o mw 4 7 0 . 0 - 51 0.o mhz 7 0 2 . 0 - 7 9 8 . o mhz s o mw 第二章 调频系统的理论 及调频发射标 准 系统的另 外一个重要参数的带外辐射能 量， 短 距离 无线电 设备的技术要求 16 规 定， 表 2 . 4 . 4 短距离无线电设备的带外 辐射要求 频率范围a 9 试带宽限值检波方式 9 k hz - 1 5 0 k h z2 0 0 h z ( 6 d b ) 2 7 d b u a / m ( 1 0 米 处 ) ( 每倍频程/ 下降 3 d b ) 准峰值 l 5 0 k h z - 1 0 m h z 9 k h z ( 6 d b ) 准峰值 i o mh z-3 0 m h z 9 k h z ( 6 d b ) - 3 . 5 d b v a / m准峰值 3 0 m h z - 1 g h zl 0 0 k h z ( 3 d b ) - 3 6 d b m有效值 1 g h z -4 0 g h z 1 m h z ( 3 d b ) - 3 0 d b m有效值 4 0 g hz 1 m h z ( 3 d b ) - 20 d b m有效值 根据以 上各项标准，本论文需要完 成的主 要设计目 标为 表 2 .4 . 5本系统设计的实 现目 标 参数指标 非线性失真 0. 1 %