高频电子线路课程设计-正交鉴频电路的设计.doc

高频电子线路课 程 设 计 报 告题 目： 正交鉴频电路的设计 专 业： 通信工程 班 级： 10通信一班 姓 名： 指导教师： 电气工程系2012年12月17日21高频电子线路任务书课题名称正交鉴频电路的设计指导教师（职称） 执行时间20122013学年第一学期 第17周学生姓名学号承担任务正交鉴频电路图设计及绘画正交鉴频电路图仿真与调试正交鉴频器原理分析和报告整理鉴频器设计原理数据分析原理和仿真数据计算和修改报告检查和修改设计目的1、 掌握鉴频器的相关工作原理2、 理解鉴频器所起的作用3、 更好的学习通信电路设计要求 1原理分析及电路图设计2用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试（1）调测鉴频器的静态工作点。（2）根据实验数据绘出鉴频特性曲线。计算鉴频灵敏度Sd和线性鉴频范围2fmax摘 要鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。按用途可分为两类。第一类用于调频信号的解调。常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等，对这类电路的要求主要是非线性失真小，噪声门限低。第二类用于频率误差测量，如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。对这类电路的零点漂移限制较严，对非线性失真和噪声门限则要求不高。本设计使用LA1596为核心，设计正交鉴频器。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。关键字：正交鉴频器；LM1596；解调；Multisim10目录第一章绪论5第二章Multisim软件62.1 Multisim发展简介62.2 Multisim 组成72.3 仿真的内容72.4 Multisim新特点72.5 电路的构建及仿真8第三章正交鉴频电路的设计93.1鉴频器原理93.2 正交鉴频器原理103.3 鉴频特性113.4正交鉴频器的工作原理图123.5 设计原理数据分析12第四章仿真与调试164.1仿真原理图16第五章 总结19参考文献 20第一章 绪论 实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频 - 调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比较，通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相同的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。鉴频器是一种具有移相鉴频特性的的陶瓷滤波元件，主要用在电视机或录像机的伴音中频放大或解调电路中以及FM调频收音机的鉴频器电路中。它分为平衡型和微分型两种类型，前者用于同步鉴相器作平衡式鉴频解调，后者用于差分峰值鉴频器作差动微分式鉴频解调。德键调频音频窄带型JTCV10.7M系列贴片鉴频器，搭配多种IC应用于FM程序检验，转换频率为有用的音频信号。 调频波的特点是振幅保持不变，而瞬时频率随调制信号的大小线形变化，调制信号代表所要传送的信息，在分析或实验时，常以低频正弦波为代表。鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号，即完成频率电压的变换作用。能完成这种作用的电路被称为鉴频器。 调相波的解调电路，是从调相波中取出原调制信号，即输出电压与输入信号的瞬时相位偏移成正比又称为鉴相器。对于调频波的解调电路来说，是从调频波中取出原调制信号，即输出电压与输入信号的瞬时频率偏移成正比，又称为鉴频器。 鉴相电路通常分为模拟电路型和数字电路型两大类。而在集成电路系统中常用的电路有乘积型鉴相和门电路鉴相。鉴相器除了用于解调调相波外，还可构成移相鉴频电路。特别是在锁相环路中作为主要组成部分得到了广泛的应用。第二章 Multisim软件Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。2.1 Multisim发展简介加拿大EWB （Electrical Workbench）EWB4.0 EWB5.0 EWB6.0 Multisim2001 Multisim 7 Multisim 8 美国国家仪器（NI）有限公司Multisim 9 Multisim 10 Multisim 11 目前在各高校教学中普遍使用Multisim10.0，网上最为普遍的是Multisim 10.0，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NI Multisim v 10作为其中一个组成部分包含于其中。2.2 Multisim 组成1 构建仿真电路 2 仿真电路环境 3 multi mcu单片机仿真 4 FPGA、PLD，CPLD等仿真 5 FPGA、PLD，CPLD等仿真 6 通信系统分析与设计的模块 7 PCB设计模块：直观、层板32层、快速自动布线、强制向量和密度直方图 8 （自动布线模块）2.3 仿真的内容1 器件建模及仿真； 2 电路的构建及仿真； 3 系统的组成及仿真； 4 仪表仪器原理及制造仿真。 5.器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件： 模拟器件（二极管，三极管，功率管等）； 数字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）； FPGA器件。2.4 Multisim新特点1可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器； 2所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上; 3所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。2.5 电路的构建及仿真单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真。 系统的组成及仿真：Commsim 是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如信号与系统、通信、网络等课程，难度适合从一般介绍到高级。使学生学的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等，Commsim 中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术。要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域，XY图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。 仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。 PCB的设计及制作：产品级版图的设计及制作。第三章 正交鉴频电路的设计3.1鉴频器原理角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。其中调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）。与调幅接收机一样，调频接收机的组成也大多是采用超外差式的。在超外差式的调频接收机中，鉴频通常在中频频率（如调频广播接收机的中频频率10.7MHZ）上进行。就鉴频器的功能而言，它是一个将输入调频波的瞬时频率(或频偏)变换为相应的解调输出电压的变换器，通常将此变换器的变换特性称为鉴频特性，用曲线表示为输出电压与瞬时频率或频偏之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线。在线性解调的理想情况下，此曲线为一直线，但实际往往有弯曲，呈“S”曲线。通常用峰值带宽来近似衡量鉴频特性线性区的宽度，它指的是鉴频特性曲线左右两个最大值（）间对应的频率间隔。鉴频器特性曲线一般是左右对称的，若峰值点的频偏为,则=。对于鉴频器来讲，要求线性范围宽（），线性度好。但在实际上，鉴频特性在两峰之间都存在一定的非线性，通常只有在=0附近才有较好的线性。对鉴频器的另外一个要求，就是鉴频跨导要大。所谓鉴频跨导，就是鉴频特性在载频处的频率，它表示的是单位频偏所能产生的解调输出电压。鉴频跨导有叫鉴频灵敏度，用公式表示为： 鉴频跨导也可以理解为鉴频器将输入频率转换为输出电压的能力或效率，鉴频跨导又称为鉴频效率。调频制具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信噪比为条件的，一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比将急剧下降，甚至无法接收。 调频致具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信噪比为条件。一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比将急剧下降，甚至无法接受。这种现象称为门限效应。实际上，各种鉴频器都存在门限效应，只是门限电压的大小不同而已。鉴频特性：鉴调频电路输出低频解调电压与输入低频信号瞬时频偏的关系。理想鉴调频特性应该是线形的，实际为“ S ”曲线线形范围：由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化，故鉴频特性曲线位于载频附近，其中线形部分称为鉴频线形范围。正负峰间距 鉴频灵敏度 ：在鉴频线形范围内，单位频偏产生的解调信号电压的大小。 . 处的斜率。单位频偏产生的输出电压的大小。 图3-1 鉴频器及鉴频特性3.2 正交鉴频器原理正交鉴频器实际上是一种乘积型相位鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器。如图3-2所示。图3 -2 正交鉴频原理图3.3 鉴频特性正交相位鉴频器的输出电压U0与调频波瞬时频率f的关系称为鉴频特性，其特性曲线（或称S曲线）如图6-7所示。鉴频器的主要性能指性是指标是鉴频灵敏度sd和线性鉴频范围2fmax。sd定义为鉴频器调频波单位频率变化量，通变用鉴频特性曲线u0-f在中心频率f0处的斜率来表示，即图3-3 sd=U0/f （6-22）图3-3 相应鉴频特性2fmax定义鉴频器不失真解调调频波时所允许的最大频率线性变化范围，2fmax可在鉴频特性曲线上求出。3.4正交鉴频器的工作原理图图3-4 正交鉴频器原理图3.5 设计原理数据分析用频率特性测试仪调整、测试鉴频特性曲线 调相乘器两输入端直流平衡转动电位器R2和R5，用万用表直流电压档测量LM1596芯片管脚电压，使1和4, 8和10,6和12管脚的电压值分别相等。调移相网络移相90调整可变电容L1的值，使谐振网络的频率特性曲线在2.455MHz处达到峰值，即移相网络的谐振频率为中频频率。调整鉴频特性曲线表3.-1 鉴频特性曲线1零点频率下峰点频率上峰点频率线性范围2.455MHz2.261MHz2.720MHz459kHz鉴频灵敏度：峰峰值:研究相移网络对鉴频特性曲线的影响以及鉴频特性曲线对调频信号的影响最大频偏：51.0kHz在移相网络并联10k电阻后表3-2 鉴频特性曲线2零点频率下峰点频率上峰点频率鉴频灵敏度最大频偏峰峰值线性范围2.455MHz2.201MHz2.800MHz50.1小格/MHz100kHz0.81V599kHz分析:并联10k电阻后，移相网络的Q值降低，谐振频率不变，线性范围增大,鉴频灵敏度降低。所以Q值降低后，谐振曲线会变平缓，鉴频特性曲线也会随之变平缓，斜率降低，即鉴频灵敏度降低，同时线性范围会向两侧扩展。由于谐振频率不变，所以零点频率不会改变。并联电阻后，谐振回路耗能增加，所以峰峰值会降低。改变相移表3-3 鉴频特性曲线3零点频率下峰点频率上峰点频率最大频偏峰峰值线性范围2.800MHz2.598MHz3.088MHz44kHz1.20V490kHz 分析：中频频率不是90后，零点频率也不再是中频频率， 右移，上下峰点频率也随之右移。由于输入信号不再在中频频率处正交，所以最大频偏降低，峰峰值降低。联调数据：表3-4 接收机幅频特性表f/kHz0.20.40.580.711.21.422.533.6845Vpp/V0.921.722.352.583.023.163.313.082.832.552.352.091.783dB带宽： 灵敏度：图3-5 接收机幅频特性、第四章 仿真与调试4.1仿真原理图 仿真原理图如图4-1所示图4.1 仿真原理图4.2 仿真结果与分析正交鉴频器的输入调频波的波形如下图4-2，4-3所示。图4.-2 输入调频波的波形模块一后，调频波变换为调频、调幅波，其输出波形如下图4-3所示。原调频信号为等幅的调频波，波形仅有有疏密之别，经变换电路变换后，波形振幅不等，形成包络。图4-3 调频、调幅波的波形图再经模块二，即二极管包络检波器检波之后，输出所需的原调制信号，得到的仿真波形图如下图4-4所示。图4-4 原调制信号图将原输入的调频波与经鉴频器鉴频之后输出的原调制信号进行对比，其仿真波形如下图5-4所示。图4-5 输入调频波与输出信号的比较第五章 总结这次课程设计我们做了正交器电路的设计与仿真，在设计中遇到了很多困难，但同时也收获了很多东西，加深了对电子线路的理解与认识 通过这次课设，增强了自己的学习能力与动手能力，学会了运用Mult