【《2ASK调制解调电路设计案例》4400字】

ASK调制解调电路设计案例1.12ASK调制电路设计模拟相乘法的缺点是实现电路更为复杂一些，需要通过乘法器来设计电路，但乘法器的优点显著，它的调制效果比开关器件更好,通断键控法优点是电路简单易于实现，一般只需要选择一个合适的模拟开关即可，缺点是调制效果一般，输出的波形没有前一种方法好。通过比较两种方法的调制效果和实现的操作难度，本次仿真我选用的是通断键控法实现这次调制电路。1.11基带信号发生器这次仿真我选择使用的软件是multisum14.0，是一个使用比较方便且有效率的一个仿真软件。但是在这次设计中有一个缺点，就是没有基带信号发生器，这无疑增加了这次设计的难度。虽然没有基带信号发生器，但是可以用时钟发生器来替代，时钟发生器也有相应的缺点，时钟发生器发生的方波信号是规律的，占空比和比例都是相同的，而现实生活中的基带信号是随机的，没有规律的，于是我们需要设计一个基带信号发生电路来代替基带信号发生器。我们学习了数字电路，可以使用门电路来设计，也可以选择现有的移位寄存器。门电路中我们可以选择74ls86n异或门，而移位寄存器。我们可以选择74ls194n型号移位寄存器，两种方法都可以实现，但是74ls194n移位寄存器比74ls86n异或门更加便捷，同时实现的效果更加明显，两者相比较之下，我选择使用74ls194n来设计这次电路。图3-174LS194N仿真芯片图图3-274LS194N芯片实物图图3-3基带信号发生电路图图3-5是基带信号发生电路，主要由一个74LS194N移位寄存器和一个74LS86N异或门还有一个单臂单向开关构成，开始开关是关闭的，当开关打开时74LS194N移位寄存器开始工作，S0S1中的值开始向右移动，开关再次关闭时开始生成01序列，从11引脚输入一个32千赫兹的矩形方波，通过74LS194N生成符合序列规律的矩形波信号。图3-6为二进制序列的波形。图3-4基带信号发生电路仿真波形图通过观察信号的波形，我们发现序列是有规律的，这个序列是一个010111100010011的循环序列，符合这次做设计的基带信号的要求。1.12载波发生器载波发生器采用低失真正弦波振荡电路，我们常见的正弦波振荡电路通常有石英振荡电路，RC振荡电路，LC振荡电路等等，其中LC振荡电路产生的正弦波频率最高，RC振荡电路产生的最低，但本次设计的电路需要产生128k赫兹的信号，所以不能采用RC振荡电路。LC振荡电路可以产生十分高的频率且起振也相对较为容易，但是比较容易失真，不好设置参数，所以我采用了一种低失真的正弦振荡电路，电路图如图3-8所示。图3-5EL4451CN概述图图3-6低失真正弦波振荡电路图这个电路设计的核心是EL4451CN集成电路芯片和两个1N914二极管，EL4451CN有着良好的电压增益效果以及线性度，同时它电压工作范围在5v到15v，工作范围非常大，十分适合本次电路的设计。图3-9是低失真正弦波振荡电路仿真产生的正弦载波，我们可以观察到波形十分的平稳，有规律，没有出现失真现象，符合载波发生电路的要求。图3-7低失真正弦波振荡电路仿真波形图1.13开关电路2ASK调制电路的最后一个部分就是开关电路，也是调制电路最为重要的部分，模拟开关芯片有很多，例如CD4066，74HC4066D，74HC4016等等，本次设计使用的是CD4066，CD4066是一个四双向的模拟开关芯片，总共有14个引脚，有，1,2一对，3,4一对，8,9一对，10,11一对总共4对互不干扰的开关每一对开关都有相应的输入和输出并且可以相互置换，同时每个开关都有一个控制端。当我们在控制端口施加高电平时，开关正常连通，电阻阻值具有几十欧，有着十分高的阻抗，相当于一个断路。当施加一个低电平时开关关闭，CD4066通常用于传输模拟和数字信号，同时也可以实现多路的传输。模拟信号的最高频率的上限为40兆赫兹，本次设计的最高频率为128K赫兹，符合要求。图3-8CD4066概述图图3-9CD4066芯片实物图图3-10开关电路图上图是开关电路，二进制序列信号从1EN引脚进入，载波信号从1A引脚进入，调制后的信号从1Y输出到解调电路。1.22ASK解调电路设计非相干解调法的电路较为简单，电路十分稳定，不仅效率比相干解调法高，价格也比较低廉，所以使用的较多一些。非相干解调电路中，带通滤波器负责把信号多余的噪声滤除，使信号波形更加准确，包络检波器电路利用电容的充电放电，使电容上的电压改变从而使信号达到要求。包络检波法也有十分明显的缺点，就是在传输数字信号时，特别是传输速度较快时，包络检波器的码元相比于全波整流器更窄，所以包络并不明显。相比较之下，我还是选择使用全波整流电路。由于调制信号一定需要载波，所以一定有载波分量分布在信号中，我们通常会使用锁相环的方法或者设计一个滤波器来帮助提取信号的载波，但是如果加上这两个部分，电路会变得更加复杂，成本也会提高，所以现实生活中我们选择相干解调的时候较少，大多使用非相干解调法，所以通过比较，我选择使用非相干解调法。首先让已经调制后的信号进入带通滤波器，滤除无关的噪声，使已调信号的波形更加完整，然后从低通滤波器进入全波整流器，全波整流电路会把信号的下半边进行一个翻折，使信号都在上半部分，接着进入低通滤波器，低通滤波器会把较高频率的波形滤除，使剩下信号的频率都大致相似，此时信号的波形已经和矩形波大致相似，最后在抽样判决电路中进一步整形和抽样判决，有波形的地方为1，没有的地方为0，就可以得到调制前的矩形脉冲信号了。1.21带通滤波器带通滤波器是一个让特殊频段的信号正常通过而滤除其他频段信号的滤波器。理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在这个通带内没有增益或者衰减，并且在这个特殊通带之外所有频率都被完全滤除掉，此外，通带外的转换需要在十分小的频率范围完成。现实生活中，其实并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将目标频率范围外的所有其他频率完全滤除掉,尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常被我们称为带通滤波器的滚降现象，衰减幅度一般用dB来表示，我么只能把这个衰减的区域做的尽量的窄，让我们需要通过的波形尽可能的达到理想的状态，让后面的电路能够正常的运行。带通滤波器的电路有很多种，例如切比雪夫一型带通滤波器，有源二阶带通滤波器等等，但是电路过于复杂难以实现，所以我选择使用无限增益多反馈环型滤波器，电路容易实现同时滤波效率也不错。图3-11多反馈二环滤波器典型电路图设计这个多反馈二环滤波器时，首先我们需要根据所设计的电路图，；利用基尔霍夫定理，节点电压法或回路电流法得到每个电阻和电容的参数，各个电阻的计算公式如3-1:,,,,（3-1）传递函数的表达式如3-2：（3-2）将各个电阻的计算公式带入可得：（3-3）同时这个电路特性的各个参数的计算公式如下:（3-4）（3-5）（3-6）图3-12带通滤波电路图图3-16为带通滤波电路的仿真电路图，根据设计要求，我们的载波频率为128k赫兹，所以我们令Go=4,ξ=0.5,w0=2πx128x10*3，取电容为1nF。计算公式如下：（3-7）（3-8）（3-9）（3-10）把我们所设计的参数带入上面的公式中的到Q=2，R1=R2=622欧，R3=4976欧，再利用中心频率和最高截止频率和最低截止频率之间的公式：（3-11），（3-12）得到最高截止频率为164kHZ，最低截止频率为大约100kHZ，而我们调制波的频率为128kHZ，符合这次的设计要求。图3-13带通滤波电路仿真波形图通过观察示波器我们可以观察到经过带通滤波器滤波过后的信号更加的平整，有利于接下来全波整流电路的运行，符合设计要求。1.22全波整流器全波整流电路是解调电路的第二个部分，也是极为重要的一个环节。信号通过全波整流电路后，正常情况下信号并没有衰减多少，如果出现衰减过大的情况，我们则需要另外设计一个放大电路，不仅增加了设计难度，也让电路的变得更加复杂。所以我们需要在全波整流电路上增加运放的模块才能减少衰减。通过选择比较，这次设计我准备采用ne5532p作为这个电路的核心，与相同功能的芯片相比，ne5532p不仅具有更加优异的性能，电压范围也十分的大，适用于很多信号，不仅具有全波整流的功能，还能把电路进行放大，抗噪能力也十分优秀。图3-14NE5532概述图图3-15NE5532芯片实物图本次设计的电路图如3-20所示，这个电路是一个精密的全波整流电路，同时带有运放功能的模块。本次设计用了两个NE5532P集成运放芯片，同时带有四个1N4148和电阻。R1,R5,R4,都是一千欧姆，R2为4.7千欧姆。当电路运行时，在第一个NE5532P输入信号，其输出信号与输入信号相反，输入是负向信号时，输出就是正向信号，同时二极管正常运行，此时电路相当于一个反向比例放大器，当输入一个正向信号时，由于R5和R1都是一千欧，所以输出电压和输入电压相反，输出为两个信号之和，使下面的波形实现了翻转，达到了整流的要求。这个电路较为容易实现，同时效果也很好。图1.16全波整流仿真电路仿真出来的结果如图3-21所示，上面的调制波是整流之前信号的仿真波形，下面的是整流之后的仿真波形，我们可以发现整流之后的波形下半部分翻转到上面去了，上面的波形更加的密集，频率是整流之前的二倍，同时我们也可以观察到波形从出现到消失最后部分并不是理想的，依然存在一定的失真。和理想波形存在一定不同。图3-17全波整流电路仿真波形图1.23低通滤波器低通滤波器是调制电路的第三个部分，也是十分重要的一个部分，低通滤波器的作用是滤除高频的波形，使留下的低频波形频率都大致相似，让滤波后的信号更加接近矩形方波。低通滤波器依然使用NE5532P作为电路的核心，下图是有源二阶低通滤波电路的仿真电路图。图3-18低通滤波电路图这个电路使用了两个相同阻值的电阻R6,R7，阻值为一千欧，同时采用了四个电容，两个10PF和两个0.1uF，，C1和C4十分的小，目的是让滤波器电路的电压更加稳定，而C2和C3需要稍微大一点，这两个电容的功能主要是充电放电，电容值的大小要合适。电路的主要核心还是NE5532P，通过计算，我们发现这个电路的截止频率十分的高，超出了我们基带信号的频率，32千赫兹，符合我们这次设计的要求，可以滤除远远高于32千赫兹的波，留下合适的频率的调制信号。图3-19低通滤波电路仿真波形图图3-23是低通滤波器的仿真电路波形，上面的波形是低通滤波之前的波形，下面的是低通滤波之后的波形，通过观察我们可以发现低通滤波之后的波形已经十分接近基波信号的矩形方波了，但是在上升下降时候的波形依然存在着失真，边缘和原本的信号依然存在差距，需要通过下面的抽样判决电路进行整形和判断。1.24抽样判决器抽样判决器是2ASK解调电路的最后部分，通过电路的抽样判决来得到最后的信号波形，电压比较器有很多，如LM339,LM311H等等，这里我选择用LM339来对滤波后的信号波形进行整形，与LM311H相比,LM339集成电路芯片失调电压更小，电压的范围更大，一般为0到1.5伏，同时LM339的输出端更加的方便选择，一般我们可以通过滑动变阻器来控制判决电路电压的大小。抽样判决电路的芯片我选择使用SN74HC74N。图3-20LM339内部结构图图3-21LM339芯片实物图图3-22SN74HC74N芯片实物图图3-23抽样判决电路图整形电