高頻的課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 課程名稱： 高頻課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年5月22日 評定成績： 設(shè)計(jì)課題題目： 2FSK無線收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1設(shè)計(jì)制作一個(gè)2FSK無線收發(fā)機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號的無線傳輸。2.載頻：f1=13555kHz、f2=13565kHz。 3.設(shè)計(jì)一個(gè)4位序列信號發(fā)生器，作為數(shù)字基帶信號，傳輸速率為fs=1kbit/s。 4.通信距離：5m 。二、課題分析與方案選擇2FSK信號波形圖如2-1圖所示，它是由調(diào)制信號去控制載波信號，用載波的頻率來傳遞數(shù)字信息，即用所傳遞的數(shù)字消息控制載波的頻率。

2、圖2-12FSK信號波形圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，可擬定鍵控法、模擬調(diào)制法等兩種方案。方案一：鍵控法調(diào)制器選用圖2-2所示方案，采用石英晶體振蕩器構(gòu)成兩個(gè)不同頻率的載波發(fā)生器，用模擬雙向開關(guān)CD4066實(shí)現(xiàn)開關(guān)1和開關(guān)2，最后用集成運(yùn)放構(gòu)成加法電路，最終實(shí)現(xiàn)2FSK調(diào)制。解調(diào)器選用圖2-3所示方案，以LC諧振回路實(shí)現(xiàn)帶通濾波，然后用兩個(gè)模擬乘法器實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，最后用集成運(yùn)放構(gòu)成抽樣判決器，實(shí)現(xiàn)2FSK信號的解調(diào)。圖2-22FSK信號鍵控法產(chǎn)生原理框圖圖2-32FSK相干解調(diào)法原理框圖方案二：模擬調(diào)制法采用圖2-4、圖2-5所示方案實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)制解調(diào)，以高頻鎖相環(huán)NE564為主體，輔以適當(dāng)外圍

3、元件即可實(shí)現(xiàn)。若要構(gòu)成適用的發(fā)射器及接收器，只需增加合適的發(fā)射功放及接收濾波、解調(diào)放大電路即可。圖2-42FSK信號模擬調(diào)制法產(chǎn)生原理框圖圖2-52FSK模擬解調(diào)法原理框圖對比之下，模擬調(diào)制法會更經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠，它具有低門限特性，可大大改善模擬信號和數(shù)字信號的解調(diào)質(zhì)量。而高頻模擬鎖相環(huán)NE564的最高工作頻率可達(dá)到50MHz，采用+5V單電源供電，很適用于高速數(shù)字通信中2FSK、FM調(diào)頻信號的調(diào)制、解調(diào)，不需再外接復(fù)雜的濾波器。三、單元電路分析與設(shè)計(jì)1原理分析1.1.2FSK介紹： 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所

4、傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“1”對應(yīng)于載頻f1，而符號“0”對應(yīng)于載頻f2（與f1不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且f1與f2之間的改變是瞬間完成的。其表達(dá)式為： 典型波形如下圖所示。由圖可見,2FSK信號可以看作兩個(gè)不同載頻的ASK信號的疊加。因此2FSK信號的時(shí)域表達(dá)式又可以寫成：z1.2.2FSK調(diào)制原理2FSK調(diào)制就是使用兩個(gè)不同的頻率的載波信號來傳輸一個(gè)二進(jìn)制信息序列。可以用二進(jìn)制“1”來對應(yīng)于載頻f1，而“0”用來對應(yīng)于另一相載頻w2的已調(diào)波形，而這個(gè)可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源w1、f2進(jìn)行選擇通過。本次課程設(shè)計(jì)采用的是前面一種

5、方法。如下原理圖：2.主要元器件的功能及管腳圖介紹2.1. NE564介紹高頻模擬鎖相環(huán)NE564是PhilipsSemiconductors公司(荷蘭菲利浦公司的產(chǎn)品，同類國產(chǎn)產(chǎn)品的型號有XD564、L564等。NE564最高工作頻率可達(dá)到50MHz，采用+5V單電源供電，特別適用于高速數(shù)字中FM調(diào)頻信號及2FSK移頻鍵控信號的調(diào)制、解調(diào)，而無需外接復(fù)雜的濾波器。NE564采用雙極性工藝，其外部引腳圖和內(nèi)部組成框圖分別如圖3-1和圖3-2所示。其中，A1為限幅器，可抑制FM調(diào)頻信號的寄生調(diào)幅；相位比較器（鑒相器）PD的內(nèi)部含有限幅放大器，以提高對AM調(diào)幅信號的抗干擾能力；外接電容C3、C4組

6、成低通濾波器，用來濾出比較器輸出的直流誤差電壓的紋波；改變引腳的輸2入電流可改變環(huán)路增益；壓控振蕩器VCO的內(nèi)部接有固定電阻R（R=100），只需外接一個(gè)定時(shí)電容Ct就可產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率fv與Ct的關(guān)系曲線如圖3-4所示。VCO有兩個(gè)電壓輸出端，其中VCO01輸出TTL電平，VCO02輸出ECL電平。后置鑒相器由單位增益跨導(dǎo)放大器A3和施密特觸發(fā)器ST組成，其中，A3提供解調(diào)FSK信號時(shí)的補(bǔ)償直流電平及用作線性解調(diào)FM信號時(shí)的后置鑒相濾波器；ST的回差電壓可通過引腳16外接直流電壓進(jìn)行調(diào)整，以消除輸出信號TTL0的相位抖動(dòng)。圖3-1NE564的外部圖3-2NE564的內(nèi)部組成框圖由圖3-1可

7、知，NE564為雙列直插16腳封裝，各引腳的功能如表3-1所示。表3-1NE564引腳的功能引腳編號英文縮寫引腳功能引腳編號英文縮寫引腳功能1V+1VCC，接+5V9VCO01VCO輸出1，TTL電平2LGC環(huán)路增益控制端，電流約為200uA10V+2VCC，接+5V3PC1鑒相器輸入端，來自分頻器，占空比50%11VCO02VCO輸出2，ECL電平4LF環(huán)路濾波引出端12FC1振蕩頻率設(shè)置電容引出端5LF環(huán)路濾波引出端13FC1振蕩頻率設(shè)置電容引出端6RF1信號輸入端，占空比50%14AN0模擬輸出端（用于調(diào)解輸出）7BF偏置濾波輸入端15HYS延遲設(shè)置端（設(shè)置門限值）8GND地端16TTL

8、0TTL電平輸出端（調(diào)解輸出）2.2.CD4016介紹CD4016為4個(gè)獨(dú)立的雙向模擬開關(guān)，控制輸入端在輸入高電平時(shí)模擬開關(guān)導(dǎo)通，低電平時(shí)截止。輸入輸出為雙向，即可以由IN/OUT到OUT/IN，也可以反過來，此芯片廣泛用于信號開關(guān)，削波，調(diào)制解調(diào)電路中。其引腳排列如3-3圖所示。圖3-3CD4016外部引腳圖2.3.鎖相環(huán)的基本工作原理鎖相環(huán)路的系統(tǒng)框圖如圖3-4所示，由鑒相器PD(Phase Detector)、環(huán)路濾波器LF(Loop Filter)和壓控振蕩器VCO組成的，其中LF為低通濾波器。圖3-4鎖相環(huán)的基本組成框圖各部分功能如下：1）鑒相器PD：鑒相器是一個(gè)相位比較器，完成對輸

9、入信號相位與VCO輸出信號相位進(jìn)行比較，得誤差相位e(t)= i(t)- o(t)。2）環(huán)路濾波器LF：環(huán)路濾波器(LF)是一個(gè)低通濾波器(LPF)，其作用是把鑒相器輸出電壓ud(t)中的高頻分量及干擾雜波抑制掉，得到純正的控制信號電壓uC(t)。3）壓控振蕩器VCO：壓控振蕩器是一種電壓-頻率變換器，它的瞬時(shí)振蕩頻率o(t)是用控制電壓uC(t)控制振蕩器得到，即用uC(t)控制VCO的振蕩頻率，使i與o的相位不斷減小，最后保持在某一預(yù)期值。當(dāng)鎖相環(huán)路處于“失鎖”狀態(tài)時(shí)，ui(t)和uo(t)進(jìn)行相位比較，由PD輸出一個(gè)與相位差成正比的誤差電壓ud(t)。ud(t)經(jīng)LF濾波，取出其中緩慢變

10、化的直流或低頻電壓分量uC(t)作為控制電壓。顯然，uC(t)也將隨著相位差的變動(dòng)作相應(yīng)變化。uC(t)加到VCO上，從而控制VCO的振蕩頻率，使o不斷改變，ui(t)和uo(t)的相位差不斷減小，直至鎖相環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)。3.電路設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.2FSK調(diào)制電路設(shè)計(jì)利用鎖相環(huán)VCO輸出信號頻率隨輸入信號大小而變化的特點(diǎn)，可將待傳輸調(diào)制信碼直接送入NE564的VCO輸入端，從而可以實(shí)現(xiàn)2FSK調(diào)制。圖3-5是NE564構(gòu)成的2FSK調(diào)制器電路。調(diào)制信碼從雙態(tài)信號控制CD4016模擬開關(guān)13腳輸入，NE564的6腳電壓在5V與1.42V之間轉(zhuǎn)換（即5VR6/(R5+R6)=1.42V），經(jīng)緩

11、沖放大器A1及相位比較器PD中的放大器放大后，直接控制VCO的輸出頻率。因此，9腳輸出的是2FSK信號。圖3-5NE564構(gòu)成的2FSK調(diào)制電路PD輸出端不再接濾波電容，而是接電位器RP1，用于調(diào)整環(huán)路增益并可細(xì)調(diào)壓控振蕩器的固有頻率fv，fv與Ct的關(guān)系如下圖所示。圖3-6fv與Ct的關(guān)系曲線C1是輸入耦合電容，R1、C2組成差分放大器A1的輸入偏置電路濾波器，可濾除調(diào)制信碼中的雜波。R2（包含電位器RP2）對引腳2提供輸入電流I2，可控制環(huán)路增益和VCO鎖定范圍，R2與電流I2的關(guān)系可表示為：（3-1）I2一般為200uA。調(diào)整時(shí)，可先設(shè)置I2的初值位100uA，待環(huán)路鎖定后再調(diào)節(jié)電位器R

12、P2使環(huán)路增益和壓控振蕩器的鎖定范圍達(dá)到最佳值。R3是壓控振蕩器輸出端必須接的上拉電阻，一般為幾千歐姆，這里取2K。R4是VCO輸出ECL電平和鑒相器輸入端之間的限流電阻，可取值3K。壓控振蕩器的固有振蕩頻率可表示為：（3-2）若已調(diào)2FSK信號中心頻率fv=5MHz，則Ct=90pF（可取標(biāo)稱值82pF與8.2pF可調(diào)電容并聯(lián)構(gòu)成）。若調(diào)制信碼的波特率為500kBaud，則9腳輸出2FSK信號頻率范圍為fo=51MHz。3.2.2FSK解調(diào)器電路設(shè)計(jì)NE564構(gòu)成的2FSK解調(diào)器電路如圖3-6所示。已知輸入信號vi的頻率fi=51MHz，調(diào)制信碼（由“0”、“1”組成的方波）的頻率fo=50

13、0kHz。已調(diào)制信號直接送入NE564的VCO輸入端，與壓控振蕩器輸出的5MHz（9腳輸出）進(jìn)行相位比較，輸出信號經(jīng)環(huán)路濾波后由A2放大，從16腳輸出解調(diào)后的方波（TTL電平）。電阻R6和電位器RP2用于調(diào)整施密特觸發(fā)器的回差電壓，可改善輸出方波的波形。R7為上拉電阻，增加R7的值亦可改善輸出波形。圖3-7NE564構(gòu)成的2FSK解調(diào)電路由于輸入信號的頻率fi=51MHz，解調(diào)時(shí)必須使壓控振蕩器工作在46MHz并保證NE564鎖定，此時(shí)16腳輸出才為高電平“1”；超出此范圍失鎖，則16腳輸出為低電平“0”。因此，壓控振蕩器的固有振蕩頻率fv和捕捉帶fv必須十分準(zhǔn)確。由已知條件可得：壓控振蕩器的

14、固有振蕩頻率fv=5MHz，fv=fimax-fimin=2.0MHz。由式（3-2）得Ct=90pF，可取標(biāo)稱值82pF與8.2pF可調(diào)電容并聯(lián)，以便精確調(diào)整固有振蕩頻率，使fv=5MHz。外接電容C3、C4與內(nèi)部兩個(gè)對應(yīng)電阻（阻值R=1.3K）分別組成一階低通濾波器，其截止角頻率可用下式描述：（33）濾波器的性能對環(huán)路入鎖時(shí)間的快慢有一定影響，由于本例輸出信號頻率較高，低通濾波器的截止角頻率也要相應(yīng)提高，計(jì)算可取C3=C4=300pF。制作實(shí)物電路時(shí)可通過觀測4腳和5腳的輸出波形調(diào)整電容的值，使輸出波形更為清晰。電容C6的作用事濾除內(nèi)部單位增益跨導(dǎo)放大器A3輸出的補(bǔ)償直流電壓中的交流成分，

15、因此，對C6的耐壓有一定要求，通常取耐壓大于電源電壓的電解電容，這里取C6=10uF/8V。C7和C8為電源濾波電容，一般取0.2uF。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖(1)、根據(jù)上述的原理，利用畫圖軟件畫出的2FSK調(diào)制的原理圖如下：PCB圖如下：根據(jù)上述的原理，利用畫圖軟件畫出的2FSK解調(diào)的原理圖如下：PCB圖如下： 2元件清單：（如下表格所示）型 號數(shù)量CD40161個(gè)0.47uF 1個(gè)82PF 2個(gè)NE564 2個(gè)可變電容8.2PF 2個(gè)0.1uF 1個(gè)0.01uF 3個(gè)300PF 2個(gè)100uF 1個(gè)10uF 1個(gè)6.8k1個(gè)2.7k1個(gè)10k可變電阻1個(gè)2k5個(gè)10k5個(gè)47k

16、1個(gè)3k1個(gè)5102個(gè)1k10個(gè)1.2k1個(gè)五、安裝與調(diào)試1調(diào)試過程描述（一般分靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩大內(nèi)容）2實(shí)物照片六、性能測試與分析（要圍繞設(shè)計(jì)要求中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行）7、 結(jié)論與心得在本次試驗(yàn)中，我認(rèn)識到自己有很多的不足之處，首先是沒有及時(shí)看老師的要求更新，導(dǎo)致最后做板的時(shí)間緊迫，再者是自己的知識在這方面比較匱乏，導(dǎo)致自己在設(shè)計(jì)的時(shí)候，困難重重，相關(guān)芯片的功能不是很了解，需要自己通過查找芯片手冊才知道芯片的管腳及功能的實(shí)現(xiàn)。由于無線模塊接觸的不多，在設(shè)計(jì)時(shí)也沒有找到很有用的相關(guān)材料，導(dǎo)致在方面的設(shè)計(jì)不成功，此外，我的畫圖能力也不很好，在畫元器封裝時(shí)困難多多。由此看來我還需要努力加強(qiáng)這些知識才行，凡事有好也有壞，在這次實(shí)驗(yàn)中，我雖然有很多的不足之處，但是我對本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)的具體