西电射频大作业

1、射频大作业基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与数字调制与解调的集成器件学习（老师：全利安） 学院：电子工程学院班级：02XXXX姓名：XX学号：02XXXXXX基于PSpice仿真的振幅调制电路设计摘要：通过对单端和双端输出差分对放大器，单端和双端回路二极管调幅电路的调幅的原理的了解，选择元器件、调制信号和载波参数，完成PSpice电路设计、建模和仿真，实现振幅调制信号的输出和分析，并理解平衡对消技术原理和平衡对消技术在差分放大器和二极管调幅电路的应用。一实验要求和内容1.1 基本要求参考教材射频电路基础第五章振幅调制与解调中有关差分对放大器调幅和二极管调幅的原理，选择元器件、调制信号和载

2、波参数，完成PSpice电路设计、建模和仿真，实现振幅调制信号的输出和分析。1.2 实践任务(1) 选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，通过理论计算分析，正确选择晶体管和其它元件；搭建单端输出的差分对放大器，实现载波作为差模输入电压，调制信号控制电流源情况下的振幅调制；调整二者振幅，实现基本无失真的线性时变电路调幅；观察记录电路参数、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。(2) 参考例5.3.1，修改电路为双端输出，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。(3) 选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，通过理论计算分析，正确选择二极管和其它元件；搭建单二极管振幅调制电路，实现载波作为大信号，调

3、制信号为小信号情况下的振幅调制；调整二者振幅，实现基本无失真的线性时变电路调幅；观察记录电路参数、调制信号、载波和已调波的波形和频谱。(4) 参考例5.3.2，修改电路为双回路，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用效果。1.3 写作报告(1) 按论文形式撰写，包括摘要、正文和参考文献，等等。(2) 正文包括振幅调制电路的设计原理、理论分析结果、实践任务中各阶段设计的电路、参数、波形和频谱，对观察记录的数据配以图像和表格，同时要有充分的文字做分析和对比，有规律性认识。(3) 论文结构系统、完备、条理清晰、理论正确、数据翔实、分析完整。1.4 相关提示(1) 所有电路和信号参数需要各人自行决定，各

4、人有不同的研究结果，锻炼学生的独立研究和实验分析能力。(2) 为了提高仿真精度和减小调试难度，可以将调制信号和载波的频率设置得较低。二差分对放大器调幅电路（一）单端输出差分对放大器调幅电路1.单端输出的差分对放大器调幅电路的设计原理如上图所示的单端输出的差分对放大器调幅原理电路中，为差模输入电压，在交流通路中加在晶体管和的基极之间；控制电流源的电流，即晶体管的集电极电流。图5.3.15（b）所示的转移特性给出了和的集电极电流和与和之间的关系。根据差分对放大器的电流方程，有： （2.1.1）其中，为热电压。对电流源进行分析可得到： 代入式（2.1.1），得：其中，以下分三种情况讨论和中的双曲正切

5、函数。（1） 当时，差动放大器工作在线性区，双曲正切函数近似为其自变量：(2)当时，差动放大器工作在开关状态，双曲正切函数的取值为1或-1，即其中，称为双向开关函数，其傅里叶级数展开式为（3）当的取值介于情况（1）和（2）之间时，差动放大器工作在非线性区，双曲正切函数可以展开成傅里叶级数：情况（1）下，中包含频率为、的载频分量和上下边频分量。情况（2）和（3）下，中包含频率为、（n=1,2,3，） 的载频分量和上下边频分量。无论哪种情况都可以滤波输出普通调幅信号。2. 单端输出差分对放大器调幅电路仿真仿真电路图：如上图所示，载波频率为10M赫兹，振幅为1V.由射频可得知识可得，谐振频率也应该为

6、10M赫兹，由谐振频率计算公式：fc=12LC 。可选择L3=100uH,C=2.38pF,由此算得谐振频率约为10MHz。调制信号频率100KHz，直流偏置-3V，振幅1V。R1=2k。直流电压为8V和-8V，R3=2k。三极管均选择Q2N2222。 仿真结果如下：如图可知其中心频率在10M赫兹左右，故仿真成功。载波波形如下：得到已调波的频谱如下：已调波波形如下：显然，波形出现了失真，需要修改参数，则载波信号的幅值改变为0.01V。调幅信号的幅值为2V,得到的波形图如下：由图可知，更改参数后，图形得到了明显的改善。（二）双端输出差分对放大器调幅电路1. 双端输出的差分对放大器调幅电路的设计原

7、理双端输出的差分对放大器调幅电路如上图（a）所示。其中，。根据差分对放大器的电流方程，晶体管V1和V2的集电极电流分别为 其中，晶体管提供电流源电流： 和各个电流成分在电路中的分布如上图（b）所示，输出电流： 将在LC并联谐振回路上产生输出电压，而和各自的在LC回路中流向相反，产生的电压反向抵消，实现平衡对消，在中去除了载频分量。在<时，有：其中包括频率为±的上、下边频分量，对其滤波输出双边带调幅信号；当<条件不满足时，包含的谐波分量，和相乘后频谱分布在±附近，如果滤波输出，则将是双边带调幅信号发生线性失真。2. 双端端输出的差分对放大器调幅电路仿真仿真电路图：

8、载波频率为5M赫兹，振幅为2V.不断的调整L3,L4,C3的值，使得谐振频率等于载波频率，最终得到其谐振频率如下图：已调波波形为：其对应的频谱为：由图可知，很明显的去除了5M赫兹的载波频率，这也体现了平衡对消技术的优点。所以，平衡对消技术去除了载频分量使滤波输出为双边带调幅信号，有效的减小了非线性失真。三二极管振幅调制电路（一）单二极管调幅电路仿真仿真电路图：载波频率为10M赫兹，振幅为1V.由一中单端输出的振幅调制电路可知,L1=100Uh,C1=2.38pf.,调制信号频率依然为100KHz。对已调波的谐振频率仿真，得下图，由图可知，其中心频率在10M赫兹，可仿真成功。已调波波形：显然，波

9、形图出现了失真,参数的选择不合理,还需要做更改，而减小载波信号的幅值可以避免惰性失真.所以载波信号的幅值修改为0.1V。波形图如下:波形仍然有失真,但明显比上次要好。二极管单端输出频谱图：由图可知，输出频谱图有很多高次频谱.（二）双回路二极管调幅电路仿真仿真电路图：载波信号，谐振回路的各个参数值与更改过参数后的单二极管调幅电路相同。则已调波波形如下：已调幅信号频谱图：经过平衡对消去除了高次频谱，保留了Wc的载频分量和上下边频分量。减少了波形的非线性失真。很明显双回路二极管调幅电路的波形比单二极管调幅电路要好，失真状况得到明显的改善。四实验收获与体会通过此次报告，使我认识到了自己在对差动放大器和

10、二极管调幅电路的运用不是很熟悉,因此参考了别人完成的很多调幅电路设计。并且使自己在用Pspice仿真的振幅调制电路设计与性能分析的过程中学到了很多。学习了如何应用PSpice软件的仿真实验，提高了动手能力和分析问题解决问题的能力。当然，我们意识到我们自己的知识还很欠缺，做仿真设计的时候有遇到了很多困难，最主要的困难，是平时没好好掌握射频基础知识，导致仿真设计时处处遇阻。但通过这次大作业，也让我对射频振幅调制等知识有了更深的认识和理解。我们也明白学习是一个长期积累的过程，学习过程中要注重知识的理论与实际相结合的原则，真正做到理论知识在工程中的实际应用。在以后的生活中都应该不断的学习，增加自己的实

11、际动手能力，努力提高自己知识和综合素质。参考文献射频电路基础西安电子科技大学出版社.pspice仿真指导北京航空航天大学出版社.数字调制与解调的集成器件学习摘要：cmx469a是一个单片机的发射电路，如全双工1200，2400或4800ffsk/高速调制解调器的波特率。标记和空间频率的1200 /1800，1200 /2400和2400 /4800赫兹分别。音频率相连续；过渡发生在零交叉点。一个常见的晶体振荡器有选择的时钟频率（1.008mhz或4.032mhz）提供波特率，发射频率，和接收和发送同步。发射器和接收器的操作完全独立，包括个人部分的节能功能。该cmx

12、469a包括片上电路，载波检测和接收时钟恢复，这两者都是可作为输出引脚。接收，发送载波检测和路径包含带通滤波器优化信号条件下在每一节的调制解调器。该cmx469a表现出良好的灵敏度和可靠性的恶劣的条件下。载波检测时间常数是由一个外部电容器，使产品的性能得到优化，在高噪声环境。这种低功耗器件从一个单一的供应之间的2.7和5.5v，需要很少的外部元件，可在各种各样的塑料包装。一、 芯片介绍1.芯片特性与应用参数：cmx469a 1200/2400 /4800ffsk/高速调制解调器的波特率 469a/ 2/2001临时问题 特点：全双工f

13、fsk/高速调制解调器单独的接收和发送使能功能引脚可选的数据率：1200，2400或4800波特晶振/时钟输入引脚可选：1.008mhz或4.032mhz时钟恢复设备载波检测设施低功率运行（2.0ma类型。在3.0伏） 应用程序 ：data-over无线电个人/无绳电话无线电和一般应用窄带同轴数据通道双向无线电（mpt1327）信号便携式数据终端 。2.原理框图3. 外部端口结构 4. 性能要求4.1接口时序图 4.2极电性能二、基于CMX469A 的FFSK调制解调器设计与应用 1FFSK信号特点与调制解调方法FFSK (

14、快速频移键控)是特殊的二进制相位 连续FSK调制。FFSK已调信号相位连续, 包络 恒定,其信道传输特性优于一般频移键控信号。 FFSK信号的一般表示式为 ： SFFSK ( t) = cos (c t +k ) = cosk cosc t - s ink sinc t ·····(1) 其中,k ( t) = ak 2TS t +k 展开式(1)可得FFSK信号的正交表示式 ： SFFSK ( t) = cosk cos (t2TS) cosc t -ak cosk s in (t 2TS) s inc t = Ik ( t) cos (t2

15、TS) cosc t - Qk ( t) cosk s in (t2TS) s inc t 其同相分量为( I支路) xI ( t) = cosk cos (t2TS) cosc t 正交分量为(Q 支路) xQ ( t) = ak cosk sin (t2TS) sinc t 根据FFSK信号正交表示式构成FFSK信号 调制框如图1所示。FFSK信号属于数字频率调制信号, 因此可以采用一般鉴频器方式进行解调,鉴频器解调方式结构简单,容易实现。由于FFSK信号调制指数较小, 采用一般鉴频器方式进行解调误码率性能不太好,因此在对误码率有较高要求时大多采用相干解调方式。

16、0;图2是FFSK信号相干解调框图,由相干载波提取和相干解调两部分组成。2系统硬件组成CMX469A 与STC12C5410单片机硬件接口电路如图3所示。2.1:  关于cmx469A芯片在此不做说明（上文已有）。 2.2: STC12C5410是宏晶科技的新一代增强型高速低功耗单片机,指令代码完全兼容8051单片机, 但速度快8  12 倍。内部集成MAX810复位电路,具有ISP功能,可在系统编程/仿真。片内资源有10 kFLASHROM , 512 B yteS2RAM

17、 , 4路8位PWM,工作电压5318 V。 2.3:  工作原理在图3中, CMX469A 的TX DA TA (数据) 、TX SYNC ( 时钟) 和TX EN ( 使能) 与STC12C5410单片机的P110 P112 的连接组成数据发送通道,单片机采集的数据通过接口电路由CMX469A 进行FFSK调制,已调FFSK信号由数据发送线TX S IG

18、NAL 输出到数据信道。数据接收通道由CMX469A 的CLOCKED DA TA (时钟同步数据) 、RX SYNC (时钟) 、RX EN (使能)和Ca rrier Detec t (载波检测) 与单片机的P113、P312及P314、P315 组成, 上位机指令( FFSK 信号)通过连接数据信道的数据接收线RX S IGNAL由CMX469A 进行FFSK解

19、调, 原指令代码由单片机接收并执行相应的操作。在数据接收过程中,载波检测端口的输出状态检测有效的FFSK数据是否进入CMX469A, 以防止错误接收的发生。相应的时序设计为:单片机的发送和接收串行数据与CMX469A 内部产生的TX SYNC 和RX SYNC同步时钟线同步。发送数据时,单片机输出的串行数据在TX SYNC 的上升沿有效, 在时钟下降沿输出。CMX469A 在RX SYNC 的下降沿读取单片机同步数据线(CLOCKED DA TA 

20、;)上的串行数据, 同步数据线的状态在RX SYNC的上升沿不被响应。3、发送/接收控制程序设计与时序CMX469A 的发送/接收控制程序流程图如图4所示。单片机工作在数据发送状态时, 数据发送开始, P112 = 0,置TXEN 低电平, CMX469A 发送使 能。P111在数据发送过程中始终检测发送同步时钟TX SYNC, 并在TX SYNC 下降沿由P110 输出1 bit 数据, 数据块发送结束,

21、 P112 = 1,CMX469A 发送使能禁止, 退出发送状态。单片 机工作在数据接收状态时, 首先置P314 = 1,CMX469A 使能。 接收P312 ( / IN T0)与接收同步 时钟RX SYNC同步产生中断,由于RX SYNC与接收数据同步, 则单片机每当接收一位FFSK数 据,即进入中断一次,在中断服务程序中, P113接收同步时钟数据线CLOCKED DA 

22、TA 的数据, 并存入数据接收缓冲器, 直至数据接收结束。因单片机是低电平中断, CLOCKED DA TA 数据是在RX SYNC下降沿采样。在中断服务程序中先判断是否P315 = 1, 即载波检测信号Carrier Detect是否有效,以防止错误接收。单片机控制TX EN 低电平,使CMX469A 进入发送工作状态。在时钟信号TX SYNC 的同步 下, TX DA TA 数据线上

23、的信号将依次被采样, 并进行FFSK调制, FFSK已调信号在TX S IGNAL 线上输出。系统传输速率2 400 Bps时,数据“0”调制成2 400 Hz 的正弦信号, 数据“0”为1 200Hz的正弦信号,并且输出已调波的相位连续。当发送同步时钟信号TX SYNC 的上升沿稳定有效时,由单片机输出给TX DA TA 的数据被采样,下一位数据由单片机在TX SYNC 信号下降沿给出,直至待发送数据块全

24、部发送完毕。数据发送结束,单片机输出高平, 使TX EN = 1, TX SYNC固定为逻辑高电平, TX SIGNAL信号线为高阻态。发送电路部分进入节能状态。当单片机控制RX EN 高电平, CMX469A 进入接收工作状态。RX S IGNAL 接收到的已调 FFSK信号经过内部滤波器后进行FFSK解调,解调后的串行数据由CLOCKED DA TA 信号线输 出,同时在接收信号中恢复接收同步

25、时钟信号RX SYNC, 由图6 可见, 串行数据CLOCKEDDA TA 在同步时钟信号RX SYNC 的下降沿有效,因此单片机通过RX SYNC 下降沿中断方式接收CLOCKED DA TA 线上数据。当数据接收结束,单片机控制RX EN 为低电平,使接收电路 部分进入节能状态。3.结语 利用STC12C5410单片机控制CMX469A 集成芯片实现了FFSK调制解调器, 并在数据采集系统中应用,实测在

26、20 dB 信噪比信道条件下,接收信号幅度150 mV 时,误码率小于10- 6。FFSK 调制在传输速率、抗干扰能力及频带利用率等方面具有显著的优点,是短距离有线/无线数据传输的一种高性能解决方案。三、英文原文资料1、Brief Description The CMX469A is a single-chip CMOS LSI circuit which operates as a full-d

27、uplex 1200, 2400 or 4800 baud FFSK/MSK modem. The mark and space frequencies are 1200/1800, 1200/2400 and 2400/4800 Hz respectively. Tone frequencies are phase continuous; tra

28、nsitions occur at the zero crossing point. A common Xtal oscillator with a choice of two clock frequencies (1.008MHz or 4.032MHz) provides baud-rate, transmit frequencies, and

29、 Rx and Tx synchronization. The transmitter and receiver operate entirely independently, including the individual section powersave functions. The CMX469A includes on-chip circuitry for

30、 Carrier Detect and Rx Clock recovery, both of which are made available as output pins. Rx, Tx and Carrier Detect paths contain bandpass filters to optimise signal&#

31、160;conditions in each section of the modem. The CMX469A demonstrates good sensitivity and bit-error-rate under adverse signal conditions. The Carrier Detect time constant is set&#

32、160;by an external capacitor, so that the product's performance can be optimised in high noise environments. This low-power device operates from a single supply between 2.

33、7V and 5.5V, requires few external components and is available in a wide variety of plastic packages. 2、Features and Applications CMX469A 1200/2400/4800  Baud  FFSK/MSK  Modem 

34、;D/469A/2 May 2001 Provisional Issue Features  Full-Duplex FFSK/MSK Modem with Separate Rx and Tx Enable Functions  Pin Selectable Data Rates: 1200, 2400 or 4800 Baud

35、0; Pin Selectable Xtal/Clock Inputs: 1.008MHz or 4.032MHz  Clock Recovery Facility  Carrier Detect Facility  Low Power Operation (2.0mA typ. at 3.0V) Applications  Data-O

36、ver Radio  Personal/Cordless Telephone  Radio and General Applications  Narrowband Coax Data Channels  Two Way Radio (MPT1327) Signalling  Portable Data Terminals 3、External&#

37、160;Components 1. VBIAS may be decoupled to VSS and VDD using C2 and C6 when input signals are referenced to the VBIAS pin. For input signals referenced to VSS, decouple VBIAS to VSS using C2 only. 2.