小功率FM发射机.doc

小功率FM发射机设计系统测试：1 频率范围：19MHz35MHz2 输出功率：100mW (输出阻抗50)3 信杂比： 40dB 4 频谱纯度：40dB5 失真度：26 频响：80Hz1500Hz 2dB7 音频输入电平： 0dB功能扩展：1 立体声编码2 自动改变频率3 准确测定发射频率（显示）4 扩大频率范围（19MHz35MHz）5 其它（音频处理，节目存储，3V供电等）摘要：关键字：一、 系统设计系统原理框图如图1.1所示，主要由音频信号处理，载波频率合成，调频调试电路和功率放大电路四部分组成。图1.1 系统原理框图下面对系统各部分进行方案设计选择与论证。1.1 频率合成方案：频率合成是指利用一个或多个晶体振荡器产生一系列标准频率频率。通过合成，综合了晶体的频率稳定度、精确度高和LC振荡器改换频率方便等优点，克服了晶体点频工作和LC振荡的频率稳定度、精确度不高的缺点。方案一、直接频率合成：用一个或多个石英晶体振荡器的振荡频率作为基准频率，由这些基准频率产生一系列与晶振同稳定度精确度的谐波，从中取出一个或多个频率进行组合，如用混频器混频，得到和或差值，适当处理（如滤波）后便获得所需频率。直接频率合成一般要用到较多的晶体，滤波器，混频器，成本高，体积大，且混频器容易产生寄生调制，组合频率干扰等。调试困难。方案二、模拟锁相环路法（间接频率合成）通过环式的减法降频，将VCO的频率降低，与参考频率进行鉴相。优点是：可以得到任意小的频率间隔；鉴相器的工作频率不高，频率变化范围不大，比较好做，带内带外噪声和锁定时间易于处理。不需要昂贵的晶体滤波器。缺点是分辨率的提高要通过增加循环次数来实现，电路超小型化和集成化比较复杂。方案三、数字锁相环路法，如图1.2所示，应用数字逻辑电路把 VCO的频率降低到鉴相器的参考频率上，采用的是除法降频。此法除了具有方案二的优点外，还能与FPGA结合，利用灵活方便的数字电路，做成数控可变分频，得到任意的频率，且便于集成化，大大简化电路连线，缩短电路制作时间，降低整机体积。因此采用方案三。图1.2 数字锁相环频率合成框图1.2调频方案：调频的原理是利用调制信号去控制振荡回路中的电感元件或电容元件，使其振荡频率发生改变。由于采用锁相环频率合成器，可以利用其中的压控振荡器来实现调频。方案一：电抗管调频：在压控振的回路中接入电抗管，通过调制信号控制电抗管的电抗，从而改变振荡频率来调频。 方案二：变容二极管调频，直接将调制信号加到压控振电路中的变容二极管上即可。两种方案均可实现调频，但方案一需要新加入电抗管，增加了调试难度，方案二不改变压控振电路，调试更方便。因此选用方案二。该电路的关键是解决调频与稳频的矛盾，可以通过低通滤波器来解决，在单元电路设计中详细介绍。1.3 发射频率控制方案：发射频率有锁相环路决定，改变可变分频器的分频系数可以改变发射频率。方案一:通过拨键开关对分频系数进行预置，分频系数转化成BCD码。该方案稳定可靠，电路简单。但设置时需要先算出分频系数的BCD码。不能控制其自动改变频率，调节不便。方案二：为实现自动频率改变，需要通过控制电路对分频系数进行预置，可使用单片机，也可使用FPGA。控制电路还要实现人机界面，由按键输入发射频率，并显示。使用单片机时，由于可编程分频器的预置位数较多，已占用较多输出口，同时单片机又要完成读键盘与显示，编程复杂程度大大增加。方案三：采用FPGA作为控制部件，可达到同样的目的，更重要的是简单易行。由于FPGA有强大的资源，输入输出引脚多，编程、调试方便。因此采用方案三。1.4电源方案方案一：多电源供电。方案二：单电源供电。采用MC34063芯片对电池电压进行直流斩波调压，稳压后输出。方案一简单方便，但多路电源使得整机体积庞大，使用不方便。方案二只需使用两节电池，将3V的电压通过升压斩波变换电路，可得到5V、12V直流电压。该方案既节省了电池，提高电源效率，又减小了系统体积，同时保证了稳定性。因此选用方案三。1.5 显示方案。方案一：数码管显示。使用多个数码管动态显示，由于显示的内容较多，过多增加数码管个数显然不可行，进行轮流显示则控制复杂，加上数码管需要较多连线，使得电路复杂。方案二：液晶显示（数据并行传输）。液晶显示具有重量轻，耗电小，显示内容多等优点，采用点阵式字符型液晶可以显示汉字，符号等并可多行显示，从而大大增加了显示的内容，控制液晶显示使用一片AT89C52单片机，将显示的内容编码后送入液晶显示模块即可，采用并行传输方式，控制简单，但需要用到一排（一般需要10根）的数据线。方案三：液晶显示（数据串行传输）。由于显示时并不需要高速度，数据可以采用串行方式传输，并利用RS232通信原理实现，在此只需单方向传输，又可节省一根。此方案大大减少了连线，只需一根线即可完成单片机对液晶显示的控制及数据传送，节省资源。并因此选用方案三。通过以上方案选择与论证，得到系统的总体框图如图所示。压控振荡器产生的频率通过高速分频与可编程分频器两级分频后，与经过分频的晶振标准频率进行鉴相，得到的误差信号通过低通滤波器反馈到压控振上，形成锁相环路。左右声道音频信号经过立体声编码与音频处理后对载波进行调制，然后送功率放大电路放大后由天线发射。控制电路与频率计集成于一片FPGA芯片上，负责发射频率控制，发射频率测定与显示。单片机是控制液晶显示的专用芯片。由于系统工作再高频环境中，需要对部分器件进行高频屏蔽，如图虚线框所示。二、 单元电路设计：2.1 锁相环频率合成电路2.1.1 压控振荡器：采用MC1648集成芯片，根据芯片说明书，工作频率1060MHz时电感选用2.3H，变容二极管采用MV2115最佳。由于芯片工作频率范围是19MHz35MHz，可以将其自由振荡频率调在频段的中心27MHz处，电感用0.8mm漆包线在2mm直径的圆棒上单层平绕约10匝，然后用高频Q表测定其值L，电容值由式推出，其中CD变容二极管的电容。变容二极管的特性曲线采用图所示电路进行测试，从扫频仪输入0300MHz的信号，调节电位器R3使得加在VD上的电压以0.5V为间隔从1V10V变化，观测槽路的谐振点频率并记录下来，根据式，利用Matlab计算出频率与容量的关系，从而得到电压与容量关系曲线如图所示。图 变容二极管特性测试电路图 Matlab计算得到的变容二极管特性曲线压控振还作为调频器件，将音频处理器的信号直接加到变容二极管上，使CD随音频信号变化，从而振荡频率随音频变化，实现调频。2.1.2 鉴相器电路：MC145152是MOTOROLA公司生产的大规模集成电路，它是一块采用半行码输入方式置定、由14根并行输入数据编程的双模CMOSLSI锁相环频率合成器，其内部组成框图如图1所示。该芯片内含参考频率振荡器、可供用户选择的参考分频器(128ROM参考译码器和12bitR计数器)、双端输出的鉴相器、控制逻辑、10位可编程的10bitN计数器、6位可编程的6bitA计数器和锁定检测等部分。其中，10bitN计数器、6bitA计数器、模拟控制逻辑和外接双模前置分频器组成吞脉冲程序分频器，吞脉冲程序分频器的总分频比为：D=VNA。2.1.3 低通滤波器：锁相环的作用是得到稳定的频率输出，而调频电路得到的是随调制信号变化的频率输出，既要调频又要稳频，两者是矛盾的。但是，振荡器中心频率不稳主要由温度、湿度、直流电源等外界因素引起，其变化时缓慢的，而调频信号的变化是一个快变化，将环路滤波器的通带上限频率限制在几Hz内，只有慢变化的误差信号可以通过，音频调制信号产生的快变化误差信号不能通过，就不会影响锁相环的正常工作，理论上环路滤波器的通带应该尽量小，但是成本，体积也随之增加，几Hz已经能满足要求。低通滤波器由一级有源低通滤波器和一个无源低通网络构成，目的是只通过几赫兹的低频误差信号。有源低通滤波器采用运算放大器LM741和外围阻容元件组成，无源滤波器则由多级RC网络构成，低通滤波器电路如图所示。升压型开关稳压电源设计为得到5V