《电子专业综合设计》.doc

西南科技大学电子专业综合设计报告 设计名称：锁相环实现抑制载波的模拟幅度调制与解调 姓 名： 学 号: 班 级： 电子1001班 指导教师： 郭 锋 起止日期： 2013.11.18-2013.12.13 西南科技大学信息工程学院制15综 合 设 计 任 务 书学生班级： 电子1001班 学生姓名： 学号： 设计名称： 锁相环实现抑制载波的模拟幅度调制与解调 起止日期： 2013.11.18-2013.12.13 指导教师： 郭锋 设计要求： 1. 参数：载波频率 100kHz，幅度5V,调制信号为正弦信号2V,频率1KHz ；幅度调制指 数0.5； 2. 要求：给出电路原理图和电路调试结果；提交设计报告。综 合 设 计 学 生 日 志时间设计内容2013.11.20-11.25查找相关的书籍，理解相关的原理2013.11.26-12.1利用PROTUES MULTISIM进行仿真2013.12.2-12.8搭建硬件电路图，并进行调试2013.12.9-12.13编写设计报告答辩锁相环实现抑制载波模拟幅度调制与解调摘要：锁相集成电路由于性能优良价格便宜使用方便，正在被许多电子设备使用，当前集成锁相环路已经成为锁相技术的一项重要进展。使用集成锁相环路很容易构成一个性能良好的AM调制器，并且由于窄带锁相环路具有提取同步载波的功能，因而，本文使用锁相环路构成抑制载波的模拟幅度调制与解调电路。关键词：抑制载波； 模拟幅度调制与解调； 锁相环Analog phase-locked loop to achieve suppressed carrier amplitude modulation and demodulationAbstract:Because the integrated circuit of phase-locked is characterized by excellent performance of phase-locked ，cheaper price and being easy to use, therefor integrated phase-locked loop current has become an important development phase lock technology and been used in many electronic devices.It is very easy to apply integrated phase-locked loop constitutes to a good performance AM modulator and phase-locked loop with extraction .At the mean while, narrowband carrier synchronization can extract carrier. So, Analog phase-locked loop to achieve suppressed carrier amplitude modulation and demodulation.Keyword:Suppressed carrier； Analog amplitude modulation and demodulation； Phase-Locked Loop1、 设计目的和意义1.熟悉集成锁相环路在调制电路中的应用；2.理解抑制载波模拟幅度调制的原理； 3.熟悉硬件的搭建与调试。2、 控制要求 1.利用锁相环实现抑制载波的模拟幅度调制(AM)与解调电路； 2.载波频率 100kHz，幅度5V,调制信号为正弦信号2V,频率1KHz，幅度调制指数0.5； 3.给出电路原理图和电路调试结果。3、 设计方案论证3.1.实现抑制载波的幅度调制电路的方案方案一：直接用模拟乘法器实现抑制载波的模拟幅度调制，输入信号采用外加信号源，其 原理框图如图3-1所示 图3-1模拟乘法器调制模块 方案二：采用集成锁相环路实现模拟幅度调制，其原理框图如图3-2所示VCO 相乘器 图 3-2 集成锁相环路实现模拟幅度调制 方案分析：方案一用模拟乘法器直接实现抑制载波的双边带调制，电路实现简单，但是输出信号稳定度不够好。方案二利用集成锁相环路电路比直接用模拟乘法器复杂，但是有集成锁相环路电路中的压控振荡器产生的载波频率较稳，此处的集成锁相环路可以选XR-2206ICL8038,因为大多数集成锁相环路中，压控振荡器产生的是方波，不大适合通信的要求，为此，应选用能产生正弦波的集成电路，ICL8038XR-2206是合适的电路,但由于仿真软件中只有ICL8038所以本设计采用ICL8038产生100KHz的载波，模拟乘法器MC1496完成调制部分。 3.2.实现抑制载波的幅度解调电路的方案 方案一：采用模拟乘法器和低通滤波器实现抑制载波双边带解调，如图3-3所示 低通滤波器 图 3-3 解调模块 方案二：采用集成锁相环路构成DSB信号的同步解调电路，如图3-4所示 DSB输入 解调输出同步检测 PLL相移器 图 3-4 DSB信号的PLL解调模块 方案分析：用模拟乘法器直接实现抑制载波的双边带调制，电路实现简单，但是输出信号稳定度不够好。利用集成锁相环路电路比直接用模拟乘法器复杂，但是有集成锁相环路电路构成的中的相移器比较精准解调出来的载波频率较好从而解调出来的信号较好，但由于仿真软中只有MC1496,所以本设计采用方案一完成解调。 4、 系统设计 4.1.抑制载波模拟调幅信号的载波产生的原理 1锁相环的组成及原理 锁相环是一种反馈控制电路，简称PLL，其特点是利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率与相位。 锁相环通常由鉴相器（PD）环路振荡器(LPF)和压控振荡器(VCO)三部分构成，如图4-1所示晶体振荡器LPFPD VCO 图 4-1 锁相环组成方框图 当压控振荡器做被控振荡器时，压控振荡器的输出频率与输入信号的频率几乎相等时，锁相环路处于锁定状态。当输入信号UR的频率f,由于某种原因而发生变化时，必然相应的产生相位变化。这相位变化在鉴相器中与压控振荡器输出信号的相位相比较，使鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压经过低通滤波器,取出其中直流电压分量U。用来控制压控振荡器中的压控原件数值， 而这压控原件又是VCO振荡回路的组成部分，因此压控原件数值的变化使VCO的频率发生变化，并将VCO的频率拉回。这个因为某种原因使输入信号的频率发生改变时通过锁相环的调节使锁相环输出频率又回到与输入频率相等的过程称为锁相环的跟踪(同步)过程。而当锁相环路本来处于失锁状态时，由于环路的作用，使压控振荡频率逐渐向输入信号频率靠近达到锁定 的过程称为捕捉过程。锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。当没有基准(参考)输入信号时，环路滤波器的输出为零(或为某一固定值)，这时，压控振荡器按其固有频率进行自由振荡。当有频率为的参考信号输入时,UR和UV同时加到鉴相器进行鉴相。锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差。如果和相差不大，鉴相器对和进行鉴相的结果，输出一个与和的相位差成正比的误差电压再经过环路滤波器滤去中的高频成分。输出一个控制电压。将使压控振荡器的频率(或相位)发生变化，朝着参考输入信号的频率靠拢，最后使，环路锁定。环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号(参考信号)之间只有一个固定的稳态相位差，而没有频差存在。环路的锁定状态是对输入信号的频率和相位不变而言的，若环路输入的是频率和相位不断变化的信号，而且环路能使压控振荡器的频率和相位不断地跟踪输入信号的频率和相位变化，则这时环路所处的状态称为跟踪状态。锁相环路在锁定后，不仅能使输出信号频率与输入信号频率严格同步，而且还具有频率跟踪特性。 而在此锁相环路中压控振荡器做振荡器使用，直接产生载波信号，其载波频率可以通过外部的电容（）进行调节。 2芯片ICL8038产生正弦波电路原理图如图4-2所示图 4-2 正弦波产生电路图ICL8038采用12脚双列直插式, 各引脚功能如下: 1脚正弦波线性调节2脚正弦波输出3脚三角波输出4脚恒流源调节5恒流源调节6脚正电源7脚调频偏置电压8脚调频控制输入端9脚方波输出10脚外接电容11脚负电源或接地12脚正弦波线性调节ICL8038工作原理如下:管8脚调频控制输入端，管7脚调频偏置电压，其值（管67脚之间的电压）是,它可以作为管8脚的输入电压。此外，此器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需要在正电源与9脚之间外接电阻，其值大概,由于本设计只需要产生正弦波，所以对于9脚采取空置，图中8脚与7脚短接，输出的正弦波频率f约100， 3相乘器产生调幅信号与解调的理论原理 设未调载波为 （4-1） 式中，为载波的幅度；为载波。调制信号为 （4-2） 为分析简化，式中的信号幅度已经归一化。经调幅后产生的幅度信号为 （4-3）由式可见，若信号为单一的频率，已调信号只包含两个频率成分，并不包含有载波成分，其频谱图如4-3所示 图 4-3 抑制载波双边带调幅信号频谱图 4相乘器解调的理论原理 双边带调幅波中不含载波分量，用相乘器进行检波时，需要在接收端产生一个载波。设输入的单频调制的双边带调制信号 （4-4）并设本机载波信号的与载波信号同频同相 （4-5）相乘器的输出信号 （4-6）4.2.抑制载波模拟调幅信号调制与解调原理 1芯片MC1496调制与解调电路 （1）芯片MC1496 运用芯片MC4O46来进行调制与解调,MC1496采用12脚双列直插式,工作原理如下: 接在1端的是调制信号；接在23端的是的电阻用着反馈电阻，以扩大的线性范围；接在5端的电阻用来控制电流源电路的电流值；接在6和9端的电阻用来做负载电阻；从+12V正电源7端和8端为提供积极偏置电压；7端输入载波；为调零电阻，作用是：将移去，只加载波，调节，使输出载波电压为0；双差分的工作特性取决于载波电压的大小。当时，电路工作与开关状态；时，电路处于线性工作状态；当同时加入和时，输出为双边带调幅。其解调原理与调制原理类似 （2）调制电路图输入调制信号从10脚输入，载波从1号脚输入，如图4-4所示 图 4-4 抑制载波双边带调制电路图 （3）解调电路图，输入已调波信号从1脚输入，载波从10号脚输入，如图4-5所示 图 4-5 抑制载波双边带解调电路图 （4）调制解调整体电路图，如图4-6所示 图 4-6 调制与解调电路原理图五、设计结果及分析 5.1.抑制载波模拟调幅信号载波的仿真波形，其波形图如图5-1所示 图 5-1 正弦波产生仿真波形图结果分析：产生的波为正弦波且频率为，所以理论正确 5.2.抑制载波模拟调幅已调波信号载波的仿真波形，其波形图如图5-2所示 图 5-2 已调波的仿真波形图5.3.抑制载波模拟调幅已调波信号载波的仿真波形，其波形图如图5-3所示图 5-3 解调后的仿真波形图图 5-4 调制信号波形图结果分析：由调制信号的波形图和解调后的波形图，可知两波形的频率均是，相位也是一样的，但是波形略有失真，可能因为晶体管的非线性引起的。结束语 本设计要求采用锁相环实现对信号进行抑制载波双边带调幅和解调，并且绘制相关的电路图和给出调试的结果，通过设计完成了题目的要求。 本次设计，首先针对题目进行分析，将所涉及的波形，频谱做了研究，大体能够把握了设计的流程以及思路。再通过查阅相关资料，能对相关的知识做正确的记录，以便随时查看。在问题的分析阶段中，就选择的芯片和设计方案做了比较，确定了具体的方案后，再针对所使用的芯片和有关的软件进行学习和分析，这样就提高了学习的针对性，同时节约了设计的时间。在设计过程中，充分的利用锁相环路的实用案例，如利用锁相环路实现DSB的调制和同步解调，使自己掌握了一些芯片的使用。同时，本设计中还要进行实物的搭建和调试，提高了自己的动手能力。在设计过程中，也遇到了许多的困难。如在PROTUES的软件中选用芯片进行仿真时由于用于DSB调制的芯片只有ICL8038和NE565，经过分析，ICL8038内部没有相乘器因此无法直接使用，而NE565只能产生方波，因此也无法使用，所以只能用在PROTUES中用ICL8038进行正弦波产生电路的仿真，由于PROTUES和MULTISIM中均没有MC1496芯片，所以先在MULTISIM画出内部原理图进行封装，然后进行调制和解调的仿真，在调试的过程中也遇到很多