2017年大学生电子设计竞赛论文--模板

1、 20017年全国大学生电子设计竞赛 调幅信号处理实验电路 【本科 组】 F 题） 摘要 本电路相当于一个接收机系统，各模块之间通过变压器耦合，以便实现阻抗配比。 低噪声放大器模块将 AM信号从噪声中提取出来并进行适当放大后送往后继电路。混频 器将输入信号载频 f0 与本机振频 fl 进行频率变换， 是输入信号的载频变成固定的中频 信号 10.7MHz，并保持其原有的规律不变。中频滤波器和中频放大器分别对混频器输出 的信号进行过滤和放大， 将中频信号所带的谐波成分去掉并使混频器输出信号的电压幅 度满足后级包络检波器对信号幅度的要求。 AM解调电路，即包络检波器。 作为整个系统 的核心模块，作用

2、是从输入的调幅波中还原调制信号。基带放大器由NE5532运算放大 器构成，对包络检波器输出的信号进行幅度放大为 Vorm =1V0.1V 。 关键词：低噪声 AM解调 调制信号 混频 2017 年 8 月 11 日 1 系统方案 本系统主要由低噪声放大模块、混频模块、中频滤波模块、中频放大模块、 AM 解调模块、基带放大模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1 低噪声放大器模块的论证与选择 方案一：采用 RFMD 公司的 SPF5189运算放大器。 采用运放 SPF5189Z。SPF-5189Z 是一款优秀的低噪声放大器，运放电路较为简单。 方案二：采取晶体管构成的低噪声放大器。晶体管

3、的反向传输系数，实际中微波场效应 晶体管和双极性晶体管都存在内部反馈，反馈量达到一定强度时，将会引起放大器稳定 性变坏，甚至产生自激振荡。 从电路实用性方面考虑，选择方案一。 1.2 混频模块的论证与选择 方案一：二极管混频电路。具有动态范围大、线性好以及使用频率高的优点，但没 有变频增益。 方案二：晶体三极管混频电路。具有大于 1 的变频增益，互调失真较高。 方案三：模拟乘法器混频电路。其输出电流频谱较纯净，所允许的输入信号线性动 态范围更大，利于减少交调、互调失真，对本振电压大小无严格要求。 从设计要求方面考虑，选择方案三。 1.3 中频滤波模块的论证与选择 方案一：两级晶体滤波器级联。使

4、用两个晶体滤波器形成一个带通滤波器，共有较 好的稳定性，选择性好。 方案二：两级陶瓷滤波器级联。使用两个晶体滤波器形成一个带通滤波器，共有较 差的稳定性，选择性较好 从稳定性方面考虑，选择方案一。 1.4 中频放大模块的论证与选择 方案一：采用 MC1350单片中频放大器。集成功放电路成熟，低频性能好，内部设 计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调 整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全。 方案二：多级选频放大器。由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数选择 恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。但只要其中一个环节出

5、现问 题，则性能会低于一般集成功放。 从电路稳定性、成熟度方面考虑，选择方案一。 1.5 AM 解调模块的论证与选择 方案一：二极管检波电路。电路结构简单，若检波结果不理想时对 RC 电路进行调 节即可很快得到结果。 方案二：同步检波电路。同步检波电路很繁琐的，要载波提取，在用乘法器相乘后 在低通滤波，才能实现解调。 两者都能实现题目要求，从简原则，选择方案一。 1.6 基带放大模块的论证与选择 方案一：采用 NE5532集成运放。集成运放电路较为成熟，性能与可靠性都较为稳 定。 方案二：采用多级低频放大器。电路复杂，实现难度较大。 从电路稳定性、成熟度方面考虑，选择方案一。 1.7 程控增益

6、模块的论证及选择 方案一：利用采数控衰减器与单片机结合进行控制。可以采数控衰减器与单片机结 合控制，进过包络检波后变成直流信号，用单片机的 AD 去采样，然后控制数控衰减器 调节中放的增益。 方案二：采用三极管自身的特性，随着 Ic的增大，增益下降，这样也比较简单，但 是得要对模拟电路很熟练，加上实际的动手能力。 这个两种方案都可以，第一种是数模结合的，难度稍弱。第二种是纯模拟的，是很 考验学生的功底的，难度很大。综合考虑采用方案一。 2 系统理论分析与计算 2.1 低噪声放大器模块的分析 射频 LNA 设计要求：低噪声放大器（ LNA ）作为射频信号传输链路的第一级，它的噪声系数特性决 定了

7、整个射频电路前端的噪声性能，因此作为高性能射频接收电路的第一级 LNA 的设计必须满足： （ 1）较高的线性度以抑制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的 噪声 ;（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为 50 ;（4）尽可能低的功耗，这是无线通信设备的发展 趋势所要求的。 ADS 仿真 2.2 混频模块的计算 本地振荡频率 f=10.7Mhz+fc，255MHzfc300MHz。故：f=265.7MHz310.7MHz 2.3 中频滤波模块的计算 由题知：中频频率 fo=10.7MHz。采用两个中频为 10.7MHz 的晶体滤波器。调制信 号为 300Hz5kHz。 A

8、M 信号经过混频器以后，载波平率变为 10.7MHz。中频滤波器采 用一个中心频率为 10.7MHz 、以 10.705MHz 为截止频率的低通滤波器和一个个中心频 率为 10.7MHz、截止频率为 10.695MHz 的高通滤波器所组成的一个带宽为 10KHz 的带 通滤波器 。 2.4 混频放大模块的计算 题目要求经过中频滤波后得到 10.7MHz 的频率，因此如图 图中， Us(t)为输入信号， Uc(t)为本振信号。 ui(t)输出信号。分析：当 Us(t)=Usmcosst uc(t)=Ucmcos ct 则 Up(t)=Us(t)*Uc(t) = U sm cos stUcm co

9、s ct = Am cos st*cos ct 其中： Am=Usm*Ucm 对上式进行三角函数的变换则有： Up(t)=Am cos st*cos Uc(t)=l 2Am cos(c+s)t+COS(c 一 s)t 从上式可推出， Up(t)含有两个频率分量和频为 (c+S)，差频为(C 一 S)。若 选频网络是理想上边带滤波器则输出为： Ui(t)=1 2Amcosc+ s t 若选频网络是理想下边带滤波器则输出： Ui(t)=1 2Amcosc 一 st 2.5 AM 解调模块的计算 包络检波器不出现惰性失真的条件： RC (1 - m2a)/ max ?ma ; RC1/wc ; 包络

10、检波器不出现底部切割失真的条件 maR1/(R +R1) ; 一般取 Cd=10uf，由题知前级放大的输出阻抗为 50，则 R=100，由知 R1 =150 又： max=5k， ma =0.5.由知， C=4uf。 2.6 基带放大模块计算 该基带放大模块采用 NE5532 运算放大器制作，其负载电阻 R=600，输出阻抗 Ro=600。 2.7 程控增益模块计算 3 电路与程序设计 3.1 电路的设计 3.1.1系统总体框图 3.1.2 低噪声模块子系统框图与电路原理图 3.1.3 混频电路子系统框图与电路原理图 3.1.4 中频滤波电路子系统框图与电路原理图 3.1.5 中频放大器电路子系统框图与电路原理图 3.1.6 AM 解调电路子系统框图与电路原理图 3.1. 7 基带放大器电路子系统框图与电路原理图 3.1.8 程控增益电路子系统框图与电路原理图 程控电路由比较器、控制信号产生器、可控增益电路、电平检测、滤波器。框图为： 3 测试方案与测试结果 3.1 测试方案 1. 硬件测试：因在设计电路和查找资料花了大量时间，在网上购买元器件无法及时 送达，且在附近实体店没有主要芯片、有关电感、贴片电容出售，导致没有设计出相关 硬件，故无法测试。 2. 软件仿真