模擬集成乘法器在信號(hào)處理方面中的應(yīng)用ppt課件

1、第4章 模擬集成乘法器4.6 模擬集成乘法器在信號(hào)處置方面中的運(yùn)用 4.6.1 信息傳輸?shù)母靖拍钚畔鬏數(shù)母靖拍?4.6.2 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波 4.6.3 調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻 4.6.4 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路混頻、倍頻與鎖相環(huán)路第4章 模擬集成乘法器 模擬乘法器是典型的非線性器件,如圖4.6.1所示,假設(shè)作用于乘法器的兩個(gè)輸入信號(hào)電壓分別為)cos()cos(21coscos)()()(cos)(cos)(ttUUttuKututKututUtutUtuyxyxymxmyxyxyxoyymyxxmx 那么乘法器輸出電壓為 第4章 模擬集成乘法器ux(t)uy(t)uo(t

2、)KXYXY 圖4.6.1 模擬乘法器電路圖 可見,在乘法器的輸出信號(hào)中產(chǎn)生了新的頻率分量x+y、xy,闡明乘法器具有頻率變換的作用。由于模擬乘法器性能優(yōu)良,被廣泛地運(yùn)用于電子、通訊設(shè)備中。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.1 信息傳輸?shù)母靖拍钚畔鬏數(shù)母靖拍?1信息的傳輸過程 一個(gè)完好的信息傳輸系統(tǒng)應(yīng)該包括信號(hào)源、發(fā)送設(shè)備、傳輸信道、接納設(shè)備、終端等五部分,其方框圖如圖4.6.2所示。信號(hào)源發(fā)送設(shè)備傳輸信道接收設(shè)備終端 圖4.6.2 信息傳輸系統(tǒng)方框圖 第4章 模擬集成乘法器 2調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制就是一個(gè)信號(hào)如光、高頻電磁波等的某些參數(shù)如振幅、頻率、相位等按照另一個(gè)欲傳輸?shù)男盘?hào)如聲音、圖像

3、等的特點(diǎn)變化的過程。即把要傳送的信號(hào)“附加到高頻振蕩信號(hào)上去,然后由天線發(fā)射出去。高頻振蕩就是攜帶信息的“運(yùn)載工具,所以稱之為載波,而所要傳送的信號(hào)就稱為調(diào)制信號(hào)。按照被調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)的參數(shù)不同,調(diào)制的方式也不同。設(shè)高頻載波信號(hào)表示為uC(t)=UcmcosCt,假設(shè)用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)去控制高頻載波的振幅Ucm,使其振幅使其振幅隨著低頻信號(hào)的變化而 第4章 模擬集成乘法器 變化,那么稱為振幅調(diào)制,簡(jiǎn)稱調(diào)幅,用AM表示;假設(shè)用低頻信號(hào)去改動(dòng)高頻信號(hào)的頻率C,使其頻率隨著低頻信號(hào)的變化而變化,那么稱為頻率調(diào)制,簡(jiǎn)稱調(diào)頻,用FM表示;假設(shè)用低頻信號(hào)去改動(dòng)高頻信號(hào)的相位(Ct),使其相位隨著低頻信

4、號(hào)的變化而變化,那么稱為相位調(diào)制,用PM表示。調(diào)制后的載波就載有調(diào)制信號(hào)所包含的信息,稱為已調(diào)信號(hào),或稱為已調(diào)波。第4章 模擬集成乘法器 為什么要進(jìn)展調(diào)制呢？其一是提高頻率以便于輻射。由于低頻信號(hào)傳不遠(yuǎn),遇到妨礙物后衰減很大,假設(shè)要直接發(fā)射,所需天線就必需很長(zhǎng),因此,必需借助于高頻電磁波將低頻信號(hào)輻射出去。其二是為了實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用,防止各種信號(hào)之間的干擾。其三是為了改善系統(tǒng)性能,提高系統(tǒng)輸出的信噪比。 解調(diào)是調(diào)制的反過程,亦即把低頻調(diào)制信號(hào)從高頻已調(diào)信號(hào)中復(fù)原出來的過程。調(diào)幅波的解調(diào)過程稱為檢波;調(diào)頻波的解調(diào)過程稱為鑒頻;調(diào)相波的解調(diào)過程稱為鑒相。 第4章 模擬集成乘法器4.6.2 調(diào)幅與檢波調(diào)

5、幅與檢波 4.6.2.1 調(diào)幅信號(hào)的表示方式 1調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式及其波形 如前所述,調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅,使高頻載波的振幅按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化,設(shè)調(diào)制信號(hào)為正弦波正弦和余弦波形統(tǒng)稱為正弦波,如圖4.6.3a所示。其電壓表達(dá)式為tUtumcos)(4.6.1 載波為一高頻等幅波,如圖4.6.3b所示,表達(dá)式為tUtuccmccos)(4.6.2 第4章 模擬集成乘法器uUmuctttUcm (1 ma)Ucm (1 ma)UcmuAM(a)(b)(c)OOO 圖4.6.3調(diào)幅波波形a調(diào)制信號(hào);b高頻載波;c已調(diào)波第4章 模擬集成乘法器 通常滿足c,假設(shè)用調(diào)制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)展

6、調(diào)制,根據(jù)振幅調(diào)制的定義,在理想情況下,已調(diào)信號(hào)的振幅應(yīng)隨調(diào)制信號(hào)線性變化,已調(diào)信號(hào)瞬時(shí)幅值為cmmacmcmaacmmammcmmUUkUUmtmUtUkUtuUtu)cos1 (cos)()( 其中 4.6.3 4.6.4 式中,ma稱為調(diào)幅系數(shù),表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度;Ka為由調(diào)制電路決議的比例常數(shù)。由此可得調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為第4章 模擬集成乘法器 其波形如圖4.6.3c所示。 正常情況下,ma1。圖4.6.3c所示調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)ma1,就要引起調(diào)幅失真。 從圖4.6.3(c)可以看出:調(diào)幅波的包絡(luò)信號(hào)振幅各峰值點(diǎn)的連線完全反映了調(diào)制信號(hào)的變化;調(diào)幅波的上下包絡(luò)相位相差180

7、;調(diào)幅波的頻率就是載波的頻率。 ttmUttUtucacmcmAMcos)cos1 (cos)()(4.6.5 第4章 模擬集成乘法器 實(shí)踐上所要傳送的信號(hào)不只是簡(jiǎn)單的正弦波,而是一個(gè)復(fù)雜的波形,如圖4.6.4a所示,由于調(diào)幅波的包絡(luò)變化規(guī)律與低頻信號(hào)波形一致,因此可作出它的調(diào)幅波波形,如圖4.6.4b所示。第4章 模擬集成乘法器uuAMOO(a)(b)tt 圖4.6.4非正弦波調(diào)制的調(diào)幅波波形 a調(diào)制信號(hào); b已調(diào)波第4章 模擬集成乘法器 2調(diào)幅波的頻譜 將式4.6.5展開,并利用三角函數(shù)關(guān)系,那么得tUmtUmtUttmUuccmaccmaccmcacmAM)cos(21)cos(21co

8、scos)cos1 (第4章 模擬集成乘法器u幅度uc幅度uAM幅度cccc(a)(b)(c)OOO 圖4.6.5單頻調(diào)制頻譜(a)調(diào)制信號(hào)頻譜;(b)載波頻譜;(c)已調(diào)波頻譜第4章 模擬集成乘法器 從式4.6.6可以看出,調(diào)幅波有三個(gè)頻率分量,它是由三個(gè)高頻正弦波疊加而成的。第一項(xiàng)的頻率分量是載波的頻率分量,它與調(diào)制信號(hào)無關(guān);第二項(xiàng)的頻率等于載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之和,叫做上邊頻;第三項(xiàng)的頻率等于載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之差,叫做下邊頻。調(diào)制信號(hào)的信息包含在上、下邊頻分量之內(nèi)。假設(shè)把這些頻率分量畫在頻率軸上,就構(gòu)成單頻余弦調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜,如圖4.6.5所示。這兩個(gè)邊頻分量c+及c-以載波

9、c為中心對(duì)稱分布,兩個(gè)邊頻幅度相等并與調(diào)制信號(hào)幅度成正比,與載頻的相對(duì)位置決議于調(diào) 第4章 模擬集成乘法器 制信號(hào)的頻率,這闡明上、下邊頻中包含著調(diào)制信號(hào)的幅度及頻率。已調(diào)波的帶寬為 BW=(c)(c)=2(4.6.7) 復(fù)雜信號(hào)的調(diào)制頻譜如圖10.6所示。由圖可以看出,調(diào)制后產(chǎn)生的上邊頻和下邊頻不再是一個(gè),而是許多個(gè)頻率分量,但依然是頻率分量的上、下邊頻幅度相等且成對(duì)出現(xiàn),上、下邊頻帶的頻譜分布相對(duì)載頻是對(duì)稱的。所占的頻帶寬度為第4章 模擬集成乘法器 BW=(c+n)-(c-n)=2n (4.6.8) 其中n為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。式(4.6.8)闡明，多頻調(diào)幅時(shí),調(diào)幅波所占有總的頻帶寬度為調(diào)

10、制信號(hào)最高頻率的2倍。c1OuAM幅度cUcm2cmaUMnc1cncn 圖4.6.6 復(fù)雜信號(hào)調(diào)制頻譜第4章 模擬集成乘法器 4.6.2.2模擬乘法器調(diào)幅電路 1不同的調(diào)幅制式 由4.6.6式可知,載波分量是不包含信息的,因此,為了提高設(shè)備的功率利用率,可以不傳送載波而只傳送兩個(gè)邊帶信號(hào),這叫做抑制載波雙邊帶調(diào)幅,用DSBDoubleSideBand表示,其表達(dá)式為)cos(21coscostUmttUmuccmaccmaDSB其頻譜圖如圖4.6.7c所示。 )cos(21tUmccma第4章 模擬集成乘法器 圖4.6.7 不同制式的調(diào)幅波頻譜Ou幅 度uDSB幅度uAM幅度ccc(a)(b

11、)(c)ccuSSB幅度c(d )OOO第4章 模擬集成乘法器 由于兩個(gè)邊頻帶所含調(diào)制信息完全一樣,從信號(hào)傳輸角度看,只需發(fā)送一個(gè)邊帶的信號(hào)即可,這種方式稱為單邊帶調(diào)制,用SSBSingleSideBand表示,其表達(dá)式為 tUmutUmuccmaSSBccmaSSB)cos(21)cos(214.6.10 4.6.11 其頻譜圖如圖4.6.7d所示。由圖可以看出,只需將雙邊帶調(diào)幅信號(hào)抑制掉一個(gè)邊頻帶,就成為單邊帶調(diào)幅信號(hào),由于SSB調(diào)制方式只發(fā)送一個(gè)邊帶,因此它不但 第4章 模擬集成乘法器 功率利用率高,而且它所占用頻帶近似為,比普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅減小了一半,提高了波段利用率。 假設(shè)保管一

12、個(gè)邊帶及載波對(duì)另一個(gè)邊帶進(jìn)展部分抑制,稱為殘留單邊帶調(diào)制,用VSB(VestigialSideBand)表示。在電視發(fā)射技術(shù)中,普遍采用了殘留單邊帶調(diào)幅制式。 2調(diào)幅電路 由式4.6.6、4.6.9、4.6.10、 4.6.11可以看出,調(diào)幅的過程實(shí)踐上就是信號(hào)相乘的過程,因此,利用模擬乘法器就能實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。 圖4.6.8給出了用模擬乘法器MC1496實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅的第4章 模擬集成乘法器 電路,調(diào)制信號(hào)u(t)從芯片的1腳輸入,載波uc(t)由10腳輸入,已調(diào)信號(hào)由6腳輸出。在1、4之間接兩個(gè)10k電阻和一個(gè)47k的電位器,是為了靈敏調(diào)理1、4之間的直流電壓。 由式 4.6.5可知,只需在調(diào)

13、制信號(hào)u(t)上附加直流電壓后,再與載波信號(hào)直接相乘,即可得到普通調(diào)幅信號(hào)。因此,只需調(diào)理RP,使1、4兩端直流電位不相等,這就給u(t)上疊加了一個(gè)直流電壓U。這時(shí),圖中的輸出電壓為第4章 模擬集成乘法器UUmttmKUUttUUKUUtuUtKUtuUtKutumacacmcmcmmccmcocos)cos1 (cos)cos1 ()cos(cos)()()(其中 4.6.12 第4章 模擬集成乘法器 可見,改動(dòng)直流電壓的大小可以改動(dòng)普通調(diào)幅信號(hào)的調(diào) 幅度。為了添加調(diào)理范圍,可將圖4.6.8中的R1、R2阻值由10k改為750。但U值不能小于Um,否那么將會(huì)產(chǎn)生過調(diào)幅景象。第4章 模擬集成

14、乘法器MC14968101423614512R651 R451 1 kRyRc3.9 kRc3.9 kRr2 kR92 k6 V12 V UCCR1R2RP10 k10 k47 kR751 uxuyR511 k12 V UEEuOC10.1 FC210 FC30.1 FC60.1 FC40.1 FC50.1 FuCu2oI 圖4.6.8 MC1496型模擬乘法器調(diào)幅電路第4章 模擬集成乘法器 假設(shè)調(diào)理RP使1、4之間的直流電位相等,即1端子上只需調(diào)制信號(hào)u(t),就實(shí)現(xiàn)了u(t)與uc(t)的直接相乘,可得)cos()cos(21coscos)()()(ttUKUttUKUtutKutuccc

15、mcmccmcmco 可見,圖4.6.8電路也可獲得抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)輸出。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.2.3 模擬乘法器檢波電路 1. 包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調(diào)幅波的包絡(luò)成正比的檢波方法。 非線性電路低通濾波器uiu(a)0ui幅度c(b)cc0u幅 度 圖4.6.9包絡(luò)檢波原理圖(a)包絡(luò)檢波原理圖；(b)頻譜圖第4章 模擬集成乘法器 收音機(jī)中的檢波電路和電視接納機(jī)中的高頻檢波電路均采用包絡(luò)檢波。其原理可由圖4.6.9a來表示,圖4.6.9(b)為檢波輸入、輸出頻譜圖。 圖4.6.9(a)中的非線性器件可以是二極管,也可以是三極管或場(chǎng)效應(yīng)管。電路種類也較

16、多,下邊以二極管峰值包絡(luò)檢波器為例進(jìn)展討論,電路如圖4.6.10(a)所示。 在圖中,ui為輸入的普通調(diào)幅信號(hào),V為檢波二極管, R、C構(gòu)成低通濾波器,要求C對(duì)高頻短路,而對(duì)低頻阻抗趨于無窮大。而CL為檢波器輸出端的耦合電容,其值較大。對(duì)于低頻信號(hào)而言,電容CL相當(dāng)于短路。RL為下級(jí)電路的輸入電阻。 第4章 模擬集成乘法器 由圖4.6.10(a)可見,加在二極管的正向電壓為 uV=uiuo,二極管導(dǎo)通與否,不僅與輸入電壓ui有關(guān),還取決于輸出電壓uo。二極管導(dǎo)通時(shí),電容充電,充電時(shí)間常數(shù)為rVC;二極管截止時(shí),電容放電,放電時(shí)間常數(shù)為RC。由于二極管導(dǎo)通電阻很小,因此普通有rVCuo時(shí),二極管

17、導(dǎo)通,電容器充電,uo上升,如圖b中AB、CD、EF等上升段。 當(dāng)uiuo時(shí),二極管截止,電容經(jīng)過電阻R放電,uo下降,如圖b中BC、DE等下降段。 第4章 模擬集成乘法器 由分析可知,二極管兩端電壓uV在大部分時(shí)間里為負(fù)值,只在輸入電壓的每個(gè)高頻周期的峰值附近才導(dǎo)通,因此其輸出電壓波形與輸入信號(hào)包絡(luò)一樣。此時(shí),平均電壓uO包含直流及低頻分量,如圖4.6.10(c)所示,經(jīng)CL隔直后,將u耦合至RL上。如圖4.6.10(d)所示。第4章 模擬集成乘法器uoRRLCLuuiuv(a)VC第4章 模擬集成乘法器Auouui000tttuuoui包絡(luò)BCEF(b)(c)(d )D 圖4.6.10 包

18、絡(luò)檢波原理及波形 第4章 模擬集成乘法器 2. 同步檢波 由于DSB和SSB信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)不同,它們的包絡(luò)并不真實(shí)地反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律,因此不能用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波,而必需采用同步檢波,電路原理框圖如圖4.6.11(a)所示。 圖4.6.11(a)是為利用模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波電路原理框圖。它有兩個(gè)輸入電壓,一個(gè)是調(diào)幅信號(hào)可以是AM、DSB和SSB信號(hào)電壓ui;另一個(gè)是本地載波電壓ur或稱恢復(fù)載波電壓。為了能不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào),本地載波和原調(diào)制端的載波必需堅(jiān)持同頻同相,所以第4章 模擬集成乘法器 稱為同步檢波。設(shè)輸入信號(hào)為抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號(hào),即ttUucimicoscos同步信

19、號(hào)ur=Urmcosrt,要求r=c。因此可得乘法器輸出電壓uo為ttUKUtUKUttUtKUuKuucrmimrmimrrmcimtio2coscos21cos21coscoscos4.6.13 第4章 模擬集成乘法器低通濾波器KXYXYuiuruou(a)0uDSB幅度cccuSSB幅 度0ccur幅度0rc(b)0u幅度圖4.6.11同步檢波原理圖 (a)原理圖；(b)頻譜圖第4章 模擬集成乘法器 式中, 項(xiàng)是解調(diào)所需求的原調(diào)制信號(hào),而cos2ct項(xiàng)是高頻分量,用低通濾波器將其濾除掉，就可得到 tUKUrmimcos21tUUurmimcos214.6.14 同樣,假設(shè)輸入信號(hào)為單邊帶

20、調(diào)幅信號(hào), 信號(hào),即ui=Uimcos(c+)t,那么乘法器的輸出電壓uo為tUKUtUKUttUKUuKuucrmimrmimccrmimtio)2cos(21cos21cos)cos(4.6.15 第4章 模擬集成乘法器 經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量,即可獲得低頻信號(hào)輸出。 圖4.6.11(b)為頻譜圖。 由集成模擬乘法器構(gòu)成的實(shí)踐同步檢波電路如圖4.6.12所示,圖中,模擬乘法器的型號(hào)為MC1596,普通調(diào)幅信號(hào)或雙邊帶調(diào)幅信號(hào)經(jīng)耦合電容后從y通道1、4腳輸入,同步信號(hào)ur從x通道8、10腳輸入,12腳單端輸出后經(jīng)RC型低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)u。第4章 模擬集成乘法器MC1596810142

21、3614512(12 V) UCCuxuy0.1 F0.1 Fur51 0.1 F0.1 F1 k1 k1 k0.1 F680 3 k3 k0.005 F1 k0.005 F0.005 F47 FuR510 k0.1 Fui820 1.2 k 圖4.6.12 模擬乘法器MC1596組成的同步檢波電路 第4章 模擬集成乘法器 4.6.3 調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻調(diào)頻、調(diào)相與鑒頻 4.6.3.1 概述 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的相位,使載波信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)的大小變化,那么稱為相位調(diào)制,簡(jiǎn)稱為調(diào)相PhaseModulation,簡(jiǎn)寫為PM。 4.6.3.2調(diào)頻與調(diào)相原理 1調(diào)頻信號(hào) 調(diào)頻信號(hào)是高頻信號(hào)的振幅

22、不變,而高頻信號(hào)的瞬 時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化,且瞬時(shí)頻率變化的大小與調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)度成線性關(guān)系的已調(diào)信號(hào)。 第4章 模擬集成乘法器 設(shè)低頻調(diào)制信號(hào)u=Umcost,高頻載波信號(hào) uc(t)=Ucmcosct,那么已調(diào)波的角頻率為mfmmcmfcfcukttuktuktcoscos)()( (4.6.17) kf為由調(diào)制電路決議的比例常數(shù);c為未調(diào)制時(shí)載波的中心頻率；m為調(diào)頻波最大角頻偏。 瞬時(shí)相位:dttuktdttttfct)()()(00(4.6.18) 第4章 模擬集成乘法器 調(diào)頻波的波形如圖4.6.13所示,圖a為高頻載波信號(hào)波形,圖b為低頻調(diào)制信號(hào)u的波形,圖c為調(diào)頻波波形,圖d為調(diào)頻

23、波的角頻率波形。 的波形,圖c為調(diào)頻波波形,圖d為調(diào)頻波的角頻率波形。 當(dāng)u為波峰時(shí),調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率為最大,等于c+m,調(diào)頻波波形最密;當(dāng)u為波谷時(shí),調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率為最小,等于c-m,調(diào)頻波波形最疏。調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率按 調(diào)頻信號(hào): )(cos()(dttuktUtuftcmFM(4.6.19) 第4章 模擬集成乘法器 低頻信號(hào)變化規(guī)律而變化,由圖d可見,它是在載頻的根底上疊加了受低頻調(diào)制信號(hào)控制的變化部分。 2調(diào)置信號(hào) 調(diào)置信號(hào)是高頻信號(hào)的振幅不變,而高頻信號(hào)的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)ut而變化的已調(diào)信號(hào)。 設(shè)高頻載波為uc(t)=Ucmcosct,調(diào)制信號(hào)為 u(t)=Um cost,那

24、么調(diào)置信號(hào)的瞬時(shí)相位為tUkttukttmpcpccos)()( 4.6.20其中, kp為由調(diào)制電路決議的比例常數(shù)。 第4章 模擬集成乘法器瞬時(shí)角頻率為 )coscos()sincos()(sin)()(tmtUtUktUtuUktUkdttdtpccmmpccmPMmpmmpcPM信號(hào)最大角頻偏為 那么調(diào)置信號(hào)的表達(dá)式為 其中,mp=kpum。 第4章 模擬集成乘法器 調(diào)置信號(hào)的波形如圖4.6.13(e)、(f)所示,其中,圖(e)為調(diào)相波波形、圖(f)為調(diào)相波的角頻率波形。 由上述分析可知:調(diào)頻與調(diào)置信號(hào)都是等幅信號(hào),二者的頻率和相位都隨調(diào)制信號(hào)而變化,但二者的頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)而變化

25、的規(guī)律不同,由于頻率與相位是微積分關(guān)系,因此二者是有親密聯(lián)絡(luò)的。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.3.3調(diào)頻方法 可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法很多,歸納起來有兩種:直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)直接控制載波的瞬時(shí)頻率,以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。間接調(diào)頻是先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)展積分,然后對(duì)載波進(jìn)展調(diào)相,結(jié)果也可產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。 在調(diào)頻電路中,經(jīng)常利用變?nèi)荻O管與電感線圈構(gòu)成的LC諧振回路進(jìn)展調(diào)頻。隨著集成電路的開展,涌現(xiàn)出了各種由集成電路構(gòu)成的調(diào)頻電路,例如:利用壓控振蕩器可以使輸出信號(hào)的頻率隨著輸入電壓的變化而變化,到達(dá)調(diào)頻的目的。利用555電路(一種集成電路)也可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 第4章 模擬集成乘法器 4.6.3

26、.4鑒相與鑒頻 1鑒相 調(diào)置信號(hào)的解調(diào)叫做相位檢波,簡(jiǎn)稱鑒相。鑒相是將兩個(gè)信號(hào)的相位差變換成電壓的過程。圖4.6.14(a)是實(shí)現(xiàn)乘積型相位檢波的方框圖,圖中,相位不同的兩個(gè)高頻信號(hào)電壓ux和uy分別加到乘法器的兩個(gè)輸入端,低通濾波器用來取出反映兩輸入信號(hào)變化的低頻電壓。 第4章 模擬集成乘法器低通濾波器uxuyuo(a)uoKXYXY(b)(c)uo0 uo0 220.5 圖4.6.14 模擬乘法器的鑒相功能 (a)鑒相原理框圖；(b)正弦鑒相特性；(c)大信號(hào)任務(wù)形狀的鑒相特性第4章 模擬集成乘法器 為了可以正確地鑒別兩輸入信號(hào)相位的超前和滯后關(guān)系,兩個(gè)輸入信號(hào)必需有/2的固定相差,即輸入

27、信號(hào)為sin)2sin(21cos)sin(cos)sin(tUKUttUKUuKuutUutUuymxmymxmyxoymyxmx(4.6.24) 第4章 模擬集成乘法器 由式 4.6.24可以看出,鑒相器輸出電壓與兩個(gè)高頻信號(hào)電壓的相位差的正弦成比例,即鑒相特性為正弦特性曲線,如圖4.6.14(b)所示。其線性鑒相范圍為/6,即當(dāng)|/6時(shí),sin，鑒相特性接近于直線。鑒相電路的線性鑒相范圍越寬越好。 經(jīng)低通濾波器后,可濾除高頻分量,那么可得 ymxmomomymxmoUUKkUUUUKku21sinsin21(4.6.25)第4章 模擬集成乘法器 假設(shè)乘法器輸入信號(hào)ux、uy均為大信號(hào),經(jīng)

28、分析可得鑒相特性呈三角形特性,如圖4.6.14(c)所示。 2鑒頻 鑒頻是調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)過程,也就是將輸入信號(hào)的頻率變化轉(zhuǎn)換為電壓變化的過程。 從式(4.6.16)、(4.6.18)、(4.6.19)的調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式來看,由于隨調(diào)制信號(hào)u(t)成線性變化的瞬時(shí)角頻率與相位是微分關(guān)系,而相位與電壓又是三角函數(shù)關(guān)系,因此要從調(diào)頻信號(hào)中提取與u(t)成正比的電壓信號(hào)很困難。通常采用間接方法來實(shí)現(xiàn),常用的方法是相位鑒頻,它是第4章 模擬集成乘法器 經(jīng)過線性移相網(wǎng)絡(luò)把調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)相位變化,然后進(jìn)展鑒相的過程。在一定條件下,只需移相網(wǎng)絡(luò)具有線性的相頻特性,鑒相器的輸出電壓就能正確反映調(diào)

29、頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化。其原理框圖如圖4.6.15所示。 圖中的頻率相位變換網(wǎng)絡(luò),往往是由LC并聯(lián)諧振回路組成,它將調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化轉(zhuǎn)換成瞬時(shí)相位變化,所以調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過頻率相位變換網(wǎng)絡(luò)以后,就成為每一個(gè)頻率成分都附加一個(gè)相移的信號(hào)。這樣鑒相器兩輸入信號(hào)成為具有同一調(diào)頻規(guī)律而在不同頻率第4章 模擬集成乘法器 上具有不同相位差的信號(hào)。經(jīng)由模擬乘法器與低通濾波器所組成的鑒相器后,其輸出電壓就成為原低頻調(diào)制信號(hào)。頻率 -相位變換網(wǎng)絡(luò)低通濾波器uxuyuFM(t)uo(t)鑒相器KXYXY 圖4.6.15 用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)鑒頻功能的框圖 第4章 模擬集成乘法器4.6.4 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路 4.6

30、.4.1 混頻 用非線性器件和模擬乘法器均能實(shí)現(xiàn)混頻。分立元件超外差式收音機(jī)中的混頻電路就是由晶體三極管及LC諧振回路組成的。在這里,僅引見由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻的原理,其原理框圖如圖4.6.16所示。 設(shè)輸入到混頻器的已調(diào)波為tUuttUuLLmLcmicoscoscos本地振蕩為 第4章 模擬集成乘法器uo (t)帶通濾波器uo(t)uLuiKXYXY 圖4.6.16 由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻的原理框圖 第4章 模擬集成乘法器)cos()cos(cos21coscoscos)(tttUKUTttUKUtucLcLLmimLcLmimo乘法器的輸出電壓為可利用帶通濾波器取出所需的邊帶,即可得到中頻

31、信號(hào)電壓為 cLoLmimomoomcLLmimoUKUUttUttUKUtu,21coscos)cos(cos21)(其中 4.6.26 第4章 模擬集成乘法器 從4.6.26式可看出,混頻后得到的中頻信號(hào)uo(t)與輸入信號(hào)ui類似,中頻信號(hào)所包含的信息沒變,只是載頻由原來的c變?yōu)閛。 4.6.4.2倍頻 倍頻電路輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)頻率的整數(shù)倍, 即倍頻電路可以成倍數(shù)地把信號(hào)頻譜搬移到更高的頻段。 可以實(shí)現(xiàn)倍頻的電路很多,而由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻的原理如圖4.6.17所示。 第4章 模擬集成乘法器)2cos1 (2cos)(cos)(222tUKtKUtutUtuimimoimiuo

32、(t)高通濾波器uo(t)ui(t)KXYXY 圖4.6.17 用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)二倍頻的原理圖4.6.28 第4章 模擬集成乘法器 經(jīng)高通濾波器選出二倍頻,可得tUKtuimo2cos2)(2(4.6.29) 倍頻在電子系統(tǒng)及通訊系統(tǒng)中均有廣泛的運(yùn)用，如利用倍頻器可以實(shí)現(xiàn)頻率合成;對(duì)振蕩器的輸出進(jìn)展倍頻,可以得到更高的所需振蕩頻率,等等。 4.6.4.3鎖相環(huán)路 鎖相環(huán)路(PLL)是一種自動(dòng)相位控制系統(tǒng),它能使受控振蕩器頻率和相位均與輸入信號(hào)堅(jiān)持確定的關(guān)系,即堅(jiān)持相位同步,因此稱為鎖相。第4章 模擬集成乘法器 1電路組成與任務(wù)原理 鎖相環(huán)路的根本組成如圖4.6.18所示,它由鑒相器PD、環(huán)路濾波器LF和壓控振蕩器VCO組成閉合環(huán)路。 圖4.6.18 鎖相環(huán)路根本組成框圖鑒相器(PD)環(huán)路濾波器(LF)壓控振蕩器(VCO)輸入信號(hào)(參考信號(hào))uPD(t)uC(t)uo(t)ui(t)io輸出信號(hào)第4章 模擬集成乘法器 鑒相器可由模擬乘法器實(shí)現(xiàn),