AM-FM通信电路设计讲座

通信方向讲座

—AM、FM通信系统设计7/26/2024AM信号的产生1、平方律伏安特性器件均有乘法作用。二极管、三极管、双栅场效应管、PIN二极管、、、、ISOu

/Vi

/mAU(BR)2、模拟乘法器件MC1596、AD831、AD834（500MHzFour-QuadrantMultiplier）输入、输出阻抗；信号幅度；耦合方式等、、、、3、模拟电子开关平衡调制CD4051、CD4052、CD4066等。4、AGC放大器AD603、、、、、5、DDS数字方式SW1载波调制信号DSB调制信号FM信号的产生1、直接调频（VCO、晶体调频）经典组合：VCO+PLL2、间接调频（调相-调频）

DDS等

NFM即窄带调频，Narrow（窄）。WFM即宽带调频，Wide（宽）。

窄带调频的频偏小、频道间隔为12.5KHZ或更小，宽带调频的频偏大、频率间隔为200KHZ或更大。因为窄带调频占用的频带窄，同样的频率范围内就可以容纳更多的频道，适合于要求信道较多的通信系统。但是这种方式的信号信噪比较低，音质较差，常用于对讲机等无线电通信设备，对电路的稳定性和调试要求高。MC2833、MC3361、MC3362等电路均属于此。

WFM是调频广播用的，音质好，对电路带宽要求较高。BH1415、CXA1691等电路均属于此。3、窄带和宽带调频信号的区别4、FM方式的优点——常用抗干扰能力强、可靠性高调制解调电路和相关器件易获得音质好、、、、AM、FM信号的接收1、尽量采用超外差电路形式——以提高灵敏度2、尽量采用合适的接收机集成电路——简化制作难度3、常用AM、FM低功耗接收芯片CXA1600（AM）、CXA1991（AM/FM）、TA31142（N-FM）

CXA1184M（N-FM）

、MC3361（N-FM）、TDA7021（W-FM）4、综合考虑，模拟信号通信采用FM模式，数据传送采用FSK。（MSM7512、HT9032、MX614、CMX469等）通信类电子设计要点举例一.竞赛题分析二.选用收、发芯片三.芯片方框图分析四.芯片功能实现六.PCB设计五.数据与收发芯片间的连接与制约七.指标测量设计并制作一个单工无线呼叫系统一.竞赛题分析要求：实现语音及数据传输业务，发射频率在30MHz~40MHz

间，射频信号带宽及调制方式自定，发射峰值功率不大于20mW，通信距离不小于5米3.调制方式——取决于传送的信号与无线工作频率分析赛题要抓住：1.传送的信号格式模拟数据2.无线工作频段：自选？规定？4.关键芯片选择，自选？规定？二.选用收、发芯片规定？自选？选芯片原则——功能、指标功能：适用场合、工作频段、调制方式指标：发射功率、接收机灵敏度、数据速率根据设计要求，确定指标，选择芯片接收机灵敏度(最低输入电平)=天线噪声+系统噪声+要求的信噪比发射机最低输出功率=系统损耗+路径损耗+达到接收机的灵敏度芯片选择举例：其主要性能参数:电源电压2.8～9.0V。工作频率200MHz。输出功率+10dBm(50Ω负载10mW)。调制灵敏度10Hz/mV(直流电压)。最大频偏5kHz。话放闭环增益30dB谐波失真0.15%FM窄带调频芯片MC2833主要指标:工作频率200MHz。电源电压2～7V。低功耗当VCC为3V时电流为3.6mA。灵敏度0.3μV(12dB信纳比)。窄带FM接收芯片MC3363结论：（1）工作频段200MHz以内（2）调制方式窄带FM传送语音低速数据（3）发射功率和灵敏度决定通信距离TH72005单片FSK/ASK发射器主要性能指标：工作频率290～350MHz

电源电压1.9~5.5V

输出功率－12dBm~+8.5dBmFSK数据速率40Kbit/sASK数据速率40Kbit/s用途：无钥匙进入系统、车库开启装置、遥控遥测、轮胎压力检测数据通信、安防和家庭自动化等rfRXD0420ASK/FSK/FM接收器主要性能指标：工作频率300～450MHzASK最大数据速率80Kbit/sNRZFSK最大数据速率40Kbit/sNRZ信号强度指示（RSSI）70dB三.芯片方框图分析要会使用模拟电路芯片，一定要看懂其结构方框图原理两部分结构原理发射机接收机目的：（1）了解信号的传输路径和原理（2）确定外接元件的数值设计一个系统,首先要指标分配MC2833发射机原理外接元件：语音处理元件决定工作频率元件放大器偏置主要模块：话音放大和处理主振荡源倍频与功率放大MC3363内部结构二次变频超外差式正交鉴频FM外接元件：决定两个本振频率两个中频滤波器鉴频移相线圈TDA5102发射芯片关键：频率合成器、ASK、FSK工作方式外接元件：晶体、电容、输出匹配网络四.芯片功能实现关键是在理解工作原理的基础上正确选择外接元件模拟电路集成块与数字模块不同点:实现的同一功能对应有不同指标需要外接元件外界元件决定了性能指标1.决定工作频率的元件发射机的发射频率一般采用晶振（注意负载电容）振荡回路分析C1C2CdCdCcCcLC2C12.接收机本振频率由已知的接收频率和中频值计算得出如,1中频取10.7MHz则1本振若2中频取455KHz，则2本振频率为：还应算出对应的镜像频率，以便天线预选器滤除fimfLO1fRFf接收机有各种方案,但都需要下变频3.

中频滤波器IF滤波器决定接收机的选择性一般采用10.7MHz或455KHz的陶瓷滤波器使用时注意两点（1）带宽（2）端口匹配带宽考虑因素调制方式发射机和接收机频率误差端口匹配——根据已知的输入输出阻抗陶瓷滤波器的输入和输出阻抗一般为330欧10.7MHz390欧2.2K前置中放－＋330欧主中放4.高频端选频、滤波与匹配接收机前端：天线预选器（选择频段、抑制镜像频率）LNA的输入回路（负载、匹配、抑制镜像频率）Vcc天线匹配LNAC1C2CcL声表面波滤波器天线混频器发射机末端的输出滤波器匹配滤波器VccRL50射频输出L39nHRo250Co1.5PFC330PFRL50R13K保证：功率放大器工作在最佳负载状态，输出最大功率必要的滤波功能5.调制器与解调器的外接元件FM、FSK应保证适当的频偏C2C1振荡器发送数据FSK调制Vcc

发送数据C2C1晶体振荡器固有频率（载频)晶体总的负载电容受发送数据控制，则频率发生变化频偏大小多少？调制灵敏度多少？CL2CL1CL注意窄带FSK、宽带FSK对外接电容大小选取解调器的带宽FM/FSK一般采用正交鉴频680PFR4.7KL3.3UHC3C11.0PFC2中放限幅乘法器正交移相网络的Q值决定了鉴频器的带宽该LC网络也可以用陶瓷滤波器代替1.0PFC3680PFC1C2关键：了解芯片工作原理，在理论指导下选择进行适当的计算（一般有推荐值）会绕制、测量线圈

综上分析知，外接元件主要是选频滤波元件选频滤波器的分类1.集中参数滤波器声表面波滤波器晶体滤波器陶瓷滤波器特点：中心频率、带宽固定选择性好输入、输出阻抗确定常用于中频滤波器2.LC滤波器——一般自己绕制常用于高频段，注意线圈Q值磁心导磁率和损耗高质量电容温度补偿6.锁相环的环路滤波器LF收、发芯片中的锁相频率合成器一般有两种用法1.仅作为收、发信机的本振源2.参与了调制因此对环路滤波器的要求略有不同环路滤波器是低通，是决定环路性能的关键元件它的主要指标是带宽（时间常数）锁相频率合成器仅作为收、发信机的本振源PALNA输入射频输出90oAGC发射数据调制器增益控制接收数据I接收数据Q串行接口外部PFD÷16分频器晶振串行接口外部PFD÷16分频器晶振本振源输出——带宽宽、锁定时间快——参考信号噪声、VCO噪声对带宽要求不同——带宽窄，抑制无用频率成份一般取鉴相频率的1/10晶振－16MHz，参考分频比16鉴相频率（信道间隔）＝16MHz16＝600KHz可取LF带宽约为5KHz去VCO0.01U10K10K390PF390PF锁定时间抑制噪声抑制寄生干扰环路滤波器的带宽影响：频率合成器参与调制（ADF7010）环路滤波器带宽（LBW）与数据速率有关PA发射数据÷RPFD分频器FSK/GFSKASK/OOK环路滤波器VCOASK/OOKFSK模式——LBW约是数据速率的5倍，GFSK模式——LBW约是数据速率的2.5倍扩展带宽可减少频率跳变的时间ASK模式——LBW约是数据速率的10倍PA功率变化、VCO负载变化、VCO频率抖动,扩大LBW将减少VCO抖动。补充锁相环的设计锁相环的应用同步跟踪、载波提取调制解调频率合成锁相环的指标：同步带、捕捉带、捕捉时间、频率相应、稳定性不同应用强调不同指标设计要求锁相环系统指标各部件指标元器件参数值VCOPDLF五.数据与收发芯片间的连接与制约数据接收发射转换开关调制解调调制解调方式AM、FM——模拟调制ASK、FSK——数字调制(选用合适芯片）相互制约信号带宽（数据速率）中频带宽解调器带宽发射MC2833语音频带：300～3400Hz窄带调频FM额定频偏3KHz，最大频偏5KHz已调信号带宽信道间隔：25KHz接收

MC3363——中频滤波器带宽如果用此芯片传送数据0、1采用FSK调制方式数据速率的限制？例：用于传送语音455KHz10.7MHz中频滤波器中频滤波器数据输出已知中频滤波器带宽，如何确定允许的最大数据速率？设数据格式是二进制非归零码NRZ01100T数据速率是b/s,对应的方波频率是此数据信号的频谱是f它的带宽是用此信号进行FSK后，已调信号带宽最小值是FF为了很好的恢复FSK解调方波的前、后沿，接收机中频滤波器的带宽至少包含方波信号的7次谐波即已知：额定频偏中频滤波器带宽若用MC2833~MC3363做发送接收芯片可求得数据速率必须限制在或数据速率限制在约1500b/s以内数据速率可由单片机或编码、解码芯片时钟决定例如：编码芯片PT2262、解码芯片PT2272不同外接电阻值决定期时钟大小六.PCB设计电磁兼容性设计原则：减小循环电流回路面积，从而降低磁场辐射减小导线线路压降，从而降低电场辐射系统硬件制作的三要点系统方案设计、器件选择结构、工艺指标测量注意事项系统的划分布局、布线（地线、电源线、信号线)及接地电源滤波模拟电路和数字电路屏蔽和匹配推荐使用双层PCB板底层——地线面顶层——信号路径顶层电源、信号路径线无路径线处均用地线填充（大面积）顶层地线用多个金属穿线与底层地线面相连集成芯片接地脚尽量穿孔连接到接地层数字地和模拟地分开，单点相连（防止地阻抗耦合）模拟电路数字电路数字电路模拟电路模拟地数字地1.地线原则：回流路径尽量短；地电流在关键点处产生的干扰应最小定义——电流能够流回源的一条低阻抗路径注意——地线是有阻抗的电源滤波——减小芯片间、芯片内不同区域间耦合2.电源滤波与电源线电源线布线为星形结构VCC1VCC每个节点必须有大的去耦滤波电容（在工作频率处的接地电阻小于1欧）滤波电容的接地点尽量靠近芯片地电源线尽量不要靠近敏感的信号线电源是频率成分最复杂的部件3.高频元件与引线输入、输出匹配网络线振荡回路线目的：减少寄生电感、寄生电容、减少辐射引线仅可能短外接元件仅可能靠近芯片放置线两端阻抗匹配4.屏蔽电屏蔽、磁屏蔽屏蔽材料选择屏蔽盒内元件放置屏蔽盒内外的连接七.