基于Multisim的鎖相環(huán)解調(diào)系統(tǒng)仿真_畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 基于Multisim的鎖相環(huán)解調(diào)系統(tǒng)仿真 學(xué)生姓名 莫偉杰 學(xué) 號(hào) 09250107 專業(yè)班級(jí) 通信工程一班 指導(dǎo)教師 何繼愛 、王璐 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院 答辯日期 2013 年 6 月 13 日 基于 Multisim 的鎖相環(huán)解調(diào)系統(tǒng)仿真PLL Demodulation System Simulation Based on Multisim莫偉杰（MoWeijie） 09250107 摘要摘要實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波解調(diào)的方法有很多，而鎖相環(huán)鑒頻是利用現(xiàn)代鎖相環(huán)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鑒頻，具有工作穩(wěn)定，失真小，信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，所以

2、被廣泛用在通信電路系統(tǒng)中。鎖相環(huán)其原理是通過鑒相檢測(cè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測(cè)出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓，對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制。該文首先介紹了鎖相環(huán)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、方向以及背景，并對(duì) PLL 的原理進(jìn)行了闡述。在以上的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了 2ASK、2PSK、2FSK 的調(diào)制解調(diào)電路，其功能為數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過調(diào)制輸出一個(gè)模擬信號(hào)，然后用鎖相環(huán)進(jìn)行解調(diào)，最后采用 Multisim 軟件進(jìn)行仿真。在對(duì) 2ASK、2FSK、2PSK 解調(diào)時(shí)，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。在

3、整個(gè)電路設(shè)計(jì)中，力求要做到電路簡單，并完成任務(wù)書提到的要求。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：調(diào)制；解調(diào)； Multisim；鎖相環(huán)AbstrackThere are many ways to realize frequency wave demodulation, and PLL frequency which has the advantages of stable operation, small distortion, high signal-to-noise ratio and so on is achieved by using modern PLL frequency technology, so

4、 it is widely used in communication circuit system. Phase-locked loop through the difference of the phase detection of input signal and the output signal phase, and the detected phase difference signal into output voltage signal, the signal through a low pass filter. After the formation of the volta

5、ge control oscillator , the output signal of the oscillator frequency control.This paper first introduces the present situation, development direction, phase-locked loop technology as well as the background, and the principle of PLL is discussed. On the basis of the above, the modulation and demodul

6、ation circuit of 2ASK, 2PSK, 2FSK which function is a digital baseband signal is modulated by an analog signal and output were designed, and then useing the PLL demodulation, finally using Multisim software simulation. In the 2ASK, 2FSK, 2PSK demodulation, the output of the low pass filter waveform

7、distortion is relatively large, but finally it can regenerate digital baseband pulse sampling decision circuit after shaping. In the circuit design, and strive to do a simple circuit, and complete the task book mentioned requirements.Keywords： modulate ；modulation ；PLL；Multisim目目 錄錄第第 1 1 章章 緒論緒論.11

8、.1 研究背景.11.2 研究現(xiàn)狀.11.3 研究內(nèi)容介紹.2第第 2 2 章章 基本原理基本原理.32.1 Multisim 介紹.32.2 鎖相環(huán)基本原理.5鎖相環(huán)的基本組成.52.2.2 鎖相環(huán)的工作原理.5第第 3 3 章章 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì).83.1 2FSK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) .83.1.1 2FSK 調(diào)制電路設(shè)計(jì)原理 .83.1.2 2FSK 調(diào)制單元電路的設(shè)計(jì) .93.1.3 2FSK 解調(diào)單元電路的設(shè)計(jì) .133.1.4 2FSK 解調(diào)電路的整體設(shè)計(jì) .153.2 2PSK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) .173.2.1 2PSK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)原理 .173.2.2

9、2PSK 調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真 .183.3 2ASK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) .193.3.1 2ASK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)原理 .193.3.2 2ASK 調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真 .203.4 解調(diào)結(jié)果分析.22總結(jié)總結(jié).24參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).25附錄：附錄：( (外文翻譯外文翻譯) ).26致謝致謝.50第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 研究背景研究背景 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波解調(diào)的方法有很多，而鎖相環(huán)鑒頻是利用現(xiàn)代鎖相環(huán)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鑒頻方法，具有工作穩(wěn)定失真小，信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛用在通信電路系統(tǒng)中。鎖相環(huán)路是一種反饋電路，鎖相環(huán)的英文全稱是 Phase-Locked Loop，簡稱

10、 PLL。其作用是使得電路相位同步。因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，它還具有載波跟蹤特性。作為一個(gè)窄帶跟蹤濾波器，可提取淹沒在噪聲中的信號(hào)；用高穩(wěn)定的參考振蕩器鎖定，可提供高穩(wěn)定的頻率源；可進(jìn)行高精度的香味與頻率測(cè)量等等。如今鎖相環(huán)解調(diào)器在通信、雷達(dá)、測(cè)量和自動(dòng)化控制等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鎖相環(huán)解調(diào)的研究和應(yīng)用得到了越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)在通過分析與研究，加深對(duì)鎖相環(huán)解調(diào)方式的理解，并根據(jù)它的

11、原理，設(shè)計(jì)出2FSK、2PSK、2ASK 的調(diào)制電路，并通過鎖相環(huán)解調(diào)出來。1.21.2 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀鎖相環(huán)解調(diào)技術(shù)的發(fā)展十分迅速，如今已經(jīng)在很多領(lǐng)域都應(yīng)用了鎖相環(huán)解調(diào)的理論?？捎糜?中、SDH 網(wǎng)絡(luò)中、在汽車 MP3 無線發(fā)射器中測(cè)量汽車轉(zhuǎn)速都是十分典型的應(yīng)用。調(diào)頻波的特點(diǎn)是頻率隨調(diào)制信號(hào)幅度的變化而變化，壓控振蕩器的振蕩頻率取決于輸入電壓的幅度。當(dāng)載波信號(hào)的頻率與鎖相環(huán)的固有振蕩頻率0相等時(shí)，壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率將保持0不變。若壓控振蕩器的輸入信號(hào)除了有鎖相環(huán)低通濾波器輸出的信號(hào)uc外，還有調(diào)制信號(hào)ui，則壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率就是以0為中心，隨調(diào)制信號(hào)幅度的變化而變化的調(diào)頻波信

12、號(hào)。當(dāng)然，鎖相環(huán)的許多優(yōu)越性使得鎖相環(huán)解調(diào)技術(shù)在很多我們周圍都可以見到的物品中發(fā)揮著其巨大的功效。如今，鎖相環(huán)路理論與研究日臻完善，應(yīng)用范圍遍及整個(gè)電子技術(shù)領(lǐng)域。隨著通信及電子系統(tǒng)的飛速發(fā)展，促使集成鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)突飛猛進(jìn)?，F(xiàn)在品種齊全繁多，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性和小型化，目前仍朝著集成化，數(shù)字化，多用化方向迅速發(fā)展。1.31.3 研究內(nèi)容介紹研究內(nèi)容介紹調(diào)制和解調(diào)電路是通信設(shè)備中重要組成部分。用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)去控制高頻載波參數(shù)電路稱為調(diào)制電路，解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從高頻已調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)稱為解調(diào)電路。該文主要建立了 2ASK、2FSK、2PSK 的調(diào)制解調(diào)電路。解調(diào)電路中

13、使用了鎖相環(huán)解調(diào)。鎖相環(huán)路的輸出信號(hào)頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率的變化,環(huán)路鎖定后輸入?yún)⒖夹盘?hào)和輸出參考信號(hào)之間的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益被控制在所需數(shù)值范圍內(nèi).這種輸出信號(hào)頻率隨輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率變化的特性稱為鎖相環(huán)的跟蹤特性.利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸，收信端接收到信號(hào)后必須進(jìn)行解調(diào)才能恢復(fù)原信號(hào)。所謂的解調(diào)就是用攜帶信息的輸出信號(hào)uo來還原載波信號(hào)ui的參數(shù)，載波信號(hào)的參數(shù)有幅度、頻率和位相，所以，解調(diào)有調(diào)幅（AM） 、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）三種。調(diào)幅波的特點(diǎn)是頻率與載波信號(hào)的頻率相等，幅度隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào)頻

14、波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，頻率隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào)相波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，相位隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化。該文中調(diào)制出2FSK、2ASK、2PSK，調(diào)制時(shí)采用的是鎖相環(huán)解調(diào)出來,最后用 Multisim 進(jìn)行仿真出效果。在對(duì) 2ASK、2FSK、2PSK 解調(diào)時(shí)，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。第第 2 2 章章 基本原理基本原理 Multisim 介紹介紹隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計(jì)算機(jī)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。Multisim

15、10 是加拿大 Interactive Image Technologies 公司 2001 年推出的 Multisim 最新版本。可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機(jī)接口電路等?？梢詫?duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路。它有豐富的元件庫，為用戶提供元器件模型的擴(kuò)充和技術(shù)；虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，其操作方法與實(shí)際儀器十分相似；具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析

16、、交直流靈敏度分析等 18 種電路分析方法，提供了多種輸入輸出接口，Multisim10 可以與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件 Protel 及電路仿真軟件 Pspice 之間的文件接口，也能通過 Windows 電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版，同時(shí)還支持 VHDL 和 Verilog HDL 語言的電路仿真與設(shè)計(jì)。Multisim 10 把所有的元件分成 13 類庫，再加上放置分層模塊、總線、登錄網(wǎng)站共同組成元件工具欄。Multisim 10 提供了 18 種儀表，儀表工具欄通常位于電路窗口的右邊，也可以用鼠標(biāo)將其拖至菜單的下方，呈水平狀。Multisim 10 具有以下特點(diǎn):(

17、1)Multisim 10 是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。其元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此可以很方便地在工程設(shè)計(jì)中使用。(2)Multisim 10 的虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源；還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測(cè)量儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。(3) Multisim 10 具有較詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分

18、析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。(4) Multisim10 可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機(jī)接口電路等。可以對(duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的過程中還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)。Multisim10 是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。它用軟件的方法模擬電子線路元器件

19、和儀器儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”和“軟件即儀器” 。 Multisim10 是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件，該軟件為電子工程師提供了一個(gè)電路設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，不僅與國際著名的模擬電路仿真軟件 spice 兼容，而且具有較強(qiáng)的 VHDL 和 Verilog 設(shè)計(jì)與仿真功能。它具有界面形象、直觀易懂、采用圖形方式創(chuàng)建電路的特點(diǎn)；它豐富的元件庫中提供了超過 16000 個(gè)組件，全部采用世紀(jì)模型，確保了仿真結(jié)果的真實(shí)性和實(shí)用性；它采用開放式的庫管理模式，能自動(dòng)地生成模擬和數(shù)字組件模型，這對(duì)新器件的補(bǔ)充十分有利。Multisim10 的虛擬測(cè)試儀器種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用

20、表、信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源；還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測(cè)試儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。Multisim10 具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。Multisim10 可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微機(jī)接口電路等；可以對(duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，

21、從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時(shí)，軟件還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)等。2.22.2 鎖相環(huán)基本原理鎖相環(huán)基本原理鎖相環(huán)的基本組成鎖相環(huán)的基本組成許多電子設(shè)備要正常工作，通常需要外部的輸入信號(hào)與內(nèi)部的振蕩信號(hào)同步，利用鎖相環(huán)路就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環(huán)（PLL） 。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位。因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)

22、的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD） 、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖所示。 LFVCOPD圖2.1 鎖相環(huán)基本組成鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測(cè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測(cè)出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓，對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制。 鎖相環(huán)的工作原理鎖相環(huán)的工作原理鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖所示。 Ui（t）UoU圖2.2

23、 乘法器鑒相器的工作原理是：設(shè)外界輸入的信號(hào)電壓和壓控振蕩器輸出的信號(hào)電壓分別為： （2-1） sinimiiu tUtt （2-2） cosoomooutUtt式中的0為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或?yàn)橹绷麟妷簳r(shí)的振蕩角頻率，稱為電路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓uD為： （2-3）sin( )cos( )DmomiiooUKU Utttt （2-4） 11sin( ) cos( )sin( ) cos( )22DmomiioomomiiooUKU UttttKU Utttt用低通濾波器 LF 將上式中的和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓。即為： ( )cU

24、t( )cU t （2-6）1( )sin( ) ( )2cmomiiooU tKU Utttt （2-7）sin ( )( )dmioioUtttt式中的i為輸入信號(hào)的瞬時(shí)振蕩角頻率，和分別為輸入信號(hào)和輸出信( )it( )ot號(hào)的瞬時(shí)位相，根據(jù)相量的關(guān)系可得瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)位相的關(guān)系為：即 （2-9）( )( )dott dt則，瞬時(shí)相位差 d d為 （2-10）( )( )dioiotttt） （2-11）( )( )dttdt對(duì)兩邊求微分，可得頻差的關(guān)系式為 （2-12） () ( )( )dioioddttdttdtdtdt上式等于零，說明鎖相環(huán)進(jìn)入相位鎖定的狀態(tài)，此時(shí)輸出和輸入信號(hào)的

25、頻率和相位保持恒定不變的狀態(tài)，為恒定值。當(dāng)上式不等于零時(shí)，說明鎖相環(huán)的相位還未( )cU t鎖定，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻率不等，隨時(shí)間而變化。( )cU t因壓控振蕩器的壓控特性如圖所示，該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率u以0為中心，隨輸入信號(hào)電壓的變化而變化。該特性的表達(dá)式為( )cU t （2-13）0( )( )uoctK u t 圖2.3 壓控特性上式說明當(dāng)隨時(shí)間而變時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率u也隨時(shí)間而變，鎖相( )cU t環(huán)進(jìn)入“頻率牽引” ，自動(dòng)跟蹤捕捉輸入信號(hào)的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持 0 0=i i的狀態(tài)不變。第第 3 章章 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)3.13.

26、1 2FSK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì).1.1 2FSK 調(diào)制電路設(shè)計(jì)原理調(diào)制電路設(shè)計(jì)原理2FSK 即叫做二進(jìn)制移頻鍵控或二進(jìn)制頻移鍵控。2FSK 信號(hào)產(chǎn)生的方法一般有兩種：一種叫直接調(diào)頻法，另一種叫頻移鍵控法。（1）模擬調(diào)頻法：即直接利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻而獲得。如圖 3.1 所示：模模擬擬調(diào)調(diào)頻頻器器S S( (t t) ) 2 2F FS SK K圖3.1 模擬調(diào)頻法直接調(diào)頻法是頻移鍵控通信方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制方便，設(shè)備簡單，得出的是 2FSK 信號(hào)，相位連續(xù)。（2）鍵控法：即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。如圖 3

27、.2 所示：f f 1 1振振蕩蕩器器反反相相器器f2振振蕩蕩器器選選通通開開關(guān)關(guān)選選通通開開關(guān)關(guān)相相加加器器e e（t t）圖 3.2 鍵控法2FSK 鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛，但設(shè)備要復(fù)雜些，得出的是 2FSK 信號(hào)，相位不連續(xù)。該文采用鍵控法產(chǎn)生 2FSK 信號(hào)，即用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)獨(dú)立頻率源的振蕩作為輸出。設(shè)計(jì)原理圖如圖 3.3 所示: 開開關(guān)關(guān)4 40 06 66 6B BD D基帶信號(hào)脈脈沖沖信信號(hào)號(hào)f f 1 1雙雙D D觸觸發(fā)發(fā)器器2 2f f 1 1變變頻頻電電路路（產(chǎn)產(chǎn)生生正正弦弦波波）變變頻頻電電路路（產(chǎn)產(chǎn)生生

28、正正弦弦波波）2FSK圖 3.3 2FSK調(diào)制原理圖3.1.23.1.2 2FSK 調(diào)制單元電路的設(shè)計(jì)調(diào)制單元電路的設(shè)計(jì)要將時(shí)鐘脈沖信號(hào)經(jīng)過 2FSK 調(diào)制成為 2FSK 信號(hào)，我們采用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)獨(dú)立的頻率源作為輸出。鍵控法產(chǎn)生的 2FSK 信號(hào)頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過度頻率，它的轉(zhuǎn)換速度快，波形好。1）四雙向模擬開關(guān) CD4066CD4066 的引腳功能如圖所示。每個(gè)封裝內(nèi)部有 4 個(gè)獨(dú)立的模擬開關(guān)，每個(gè)模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子，其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制端加低電平時(shí)開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電阻為幾十歐姆

29、；模擬開關(guān)截止時(shí)，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為 40MHz。各開關(guān)間的串?dāng)_很小，典型值為50dB。 四雙向模擬開關(guān)CD4066輸入的基帶信號(hào)由轉(zhuǎn)換開關(guān)分成兩路，一路控制 f1=32KHz 的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制 f2=16KHz 的載頻。當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，模擬開關(guān) 1 打開，模擬開關(guān) 2 關(guān)閉，此時(shí)輸出 f1=32KHz，當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，模擬開關(guān) 2 開通。此時(shí)輸出f2=16KHz，于是可在輸出端得到 2FSK 已調(diào)信號(hào)。如圖 3.5 所示:圖 3.5 模擬開關(guān)2）變頻電路變頻電路是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)通過控

30、制載頻轉(zhuǎn)換成已調(diào)信號(hào)，即2FSK 調(diào)制信號(hào)。兩路載頻分別經(jīng)射隨、LC 選頻、射隨再送至模擬開關(guān)。其中 LC 選頻電路函數(shù)： ，選頻網(wǎng)絡(luò)如圖 3.6 所示：圖3.6 變頻電路圖3）2FSK 調(diào)制的整體電路圖的設(shè)計(jì)12fLC圖3.7 2FSK的Multisim調(diào)制仿真電路圖4）2FSK 調(diào)制電路的仿真圖3.8 脈沖信號(hào)輸出波形圖3.9 變頻電路輸出波形圖3.10 2FSK的仿真效果圖3.1.33.1.3 2FSK2FSK 解調(diào)單元電路的設(shè)計(jì)解調(diào)單元電路的設(shè)計(jì)鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD） 、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成，該文鎖相環(huán)解調(diào)原理框圖如圖 3.11 所示。 壓 壓控 控振

31、 振蕩 蕩器 器抽 抽樣 樣判 判決 決模 模擬 擬乘 乘法 法器 器低 低通 通濾 濾波 波器 器調(diào) 調(diào)制 制信 信號(hào) 號(hào)基 基帶 帶信 信號(hào) 號(hào)定 定時(shí) 時(shí)脈 脈沖 沖1 2FSK 解調(diào)原理框圖 12 所示： Ui（t）UoU2 乘法器3 所示：用低通濾波器 LF 將和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓 uC（t）。3 環(huán)路濾波器 34 所示，該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率u以0為中心，隨輸入信號(hào)電壓uc（t）的變化而變化。該特性的表達(dá)式為 （3-1）0( )( )uoctK u t4 壓控特性上式說明當(dāng)uc（t）隨時(shí)間而變時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率u也隨時(shí)間而變，鎖相環(huán)

32、進(jìn)入“頻率牽引”，自動(dòng)跟蹤捕捉輸入信號(hào)的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持 0=i5 所示：5壓控振蕩器4）抽樣判決電路（LM311）工作原理：LM311是當(dāng)2腳電壓高于3腳電壓時(shí)輸出高電平，反之則輸出低電平。引腳功能如下。1腳 GROUND/GND 接地2腳 INPUT+ 正向輸入端3腳 INPUT- 反相輸入端7腳 OUTPUT 輸出端5腳 BALANCE 平衡6腳 BALANCE/STROBE 平衡/選通8腳 V+ 電源+4腳 V- 電源- 圖3.16 LM311引腳圖 7 抽樣判決電路圖 2FSK2FSK 解調(diào)電路的整體設(shè)計(jì)解調(diào)電路的整體設(shè)計(jì)2FSK 解調(diào)電路的設(shè)計(jì)是采用鎖相環(huán)進(jìn)行解

33、調(diào)，2FSK 信號(hào)通過鎖相環(huán)最終解調(diào)出數(shù)字基帶信號(hào)。2FSK 基于 Multisim8 所示：8 2FSK的Multisim的解調(diào)仿真電路9 2FSK的Multisim解調(diào)電路的仿真3.23.2 2PSK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) 2PSK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)原理調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)原理PSK 分為二進(jìn)制相位鍵控（2PSK）和多進(jìn)制相位鍵控（MPSK） 。該文主要介紹2PSK 的調(diào)制與解調(diào)。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí),則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的 0和 180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和 0。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的調(diào)

34、制原理圖如下所示。其中圖 3.20 是采用模擬調(diào)頻的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào),圖 3.21 是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào).本設(shè)計(jì)調(diào)制 2PSK 時(shí)采用的是鍵控法。碼碼型型變變換換乘乘法法器器()st2( )psketcosct雙雙極極性性不不歸歸零零圖 3.20模擬調(diào)頻法2( )psketcosct00180移相( )s t開開關(guān)關(guān)電電路路圖 3.21 鍵控法2PSK 信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào), 該文的解調(diào)器原理圖如圖 2 與 2FSK解調(diào)原理相同。壓壓控控振振蕩蕩器器抽抽樣樣判判決決模模擬擬乘乘法法器器低低通通濾濾波波器器調(diào)調(diào)制制信信號(hào)號(hào)基基帶帶信信號(hào)號(hào)定定時(shí)時(shí)脈脈沖沖圖

35、22PSK 解調(diào)原理框圖3.2.23.2.2 2PSK 調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真2PSK 調(diào)制電路采用鍵控法調(diào)制，而解調(diào)電路的設(shè)計(jì)是采用鎖相環(huán)進(jìn)行解調(diào)，2PSK 信號(hào)通過鎖相環(huán)最終解調(diào)出數(shù)字基帶信號(hào)。2PSK 基于 multisim3 所示：圖3 2PSK調(diào)制解調(diào)電路圖2PSK 調(diào)制仿真圖與解調(diào)后的 4。圖4 2PSK調(diào)制解調(diào)電路圖仿真結(jié)果3.33.3 2ASK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) 2ASK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)原理調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)原理在二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化，實(shí)現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種：（1）模擬相乘法：通過相乘器直接將載

36、波和數(shù)字信號(hào)相乘得到輸出信號(hào)，這種直接利用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為模擬相乘法，其電路如圖 5 所示。在該電路中載波信號(hào)和二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)同時(shí)輸入到相乘器中完成調(diào)制。6 所示。乘乘法法器器()stcosct2( )asketcosct( )s t開開關(guān)關(guān)電電路路2()ASKet5 模擬相乘法 6 數(shù)字鍵控法2ASK/OOK 信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法） ，相應(yīng)的接收系統(tǒng)如圖 7、圖 8 所示。7 非相干解調(diào)方式8 相干解調(diào)方式該文 2ASK 的調(diào)制方法采用的是模擬相乘法，而調(diào)制則采用的是相干解調(diào)。該文的 2ASK9 如下：壓 壓控

37、控振 振蕩 蕩器 器抽 抽樣 樣判 判決 決模 模擬 擬乘 乘法 法器 器低 低通 通濾 濾波 波器 器調(diào) 調(diào)制 制信 信號(hào) 號(hào)基 基帶 帶信 信號(hào) 號(hào)定 定時(shí) 時(shí)脈 脈沖 沖9 2ASK 解調(diào)原理框圖 2ASK 調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真2ASK 調(diào)制電路采用鍵控法調(diào)制，而解調(diào)電路的設(shè)計(jì)是采用鎖相環(huán)進(jìn)行解調(diào)，2ASK 信號(hào)通過鎖相環(huán)最終解調(diào)出數(shù)字基帶信號(hào)。2ASK 基于 Multisim 仿真的調(diào)制解調(diào)電路的整體電路設(shè)計(jì)圖如圖 3.30 所示：圖3.30 2ASK調(diào)制解調(diào)電路圖圖 3.31 2ASK 調(diào)制解調(diào)仿真圖3.43.4 解調(diào)結(jié)果分析解調(diào)結(jié)果分析由于在解調(diào) 2

38、ASK、2FSK、2PSK 時(shí)的數(shù)字基帶信號(hào)都為 1KHZ,而在解調(diào)時(shí)壓控震蕩器的中心頻率都為 1KHZ，所以該文中三個(gè)信號(hào)的解調(diào)電路都是一樣的。鎖相環(huán)鑒頻電路環(huán)路輸入頻率跟隨輸出頻率變化，即跟蹤，實(shí)現(xiàn)環(huán)路鎖定困難，會(huì)出現(xiàn)毛刺。低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以很好的解調(diào)出數(shù)字基帶脈沖。在解調(diào)設(shè)計(jì)選取參數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)低通濾波器中 C2 的值最影響波形的輸出，以 2FSK解調(diào)為例，一開始我在 C22： 圖 2 C2=10nF 時(shí)的波形3：圖 3.33 C2=100nF 時(shí)的波形總結(jié)總結(jié)該文分別設(shè)計(jì)了 2ASK、2PSK、2FSK 的調(diào)制解調(diào)電路，其功能為數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)

39、過調(diào)制輸出一個(gè)模擬信號(hào)，然后用鎖相環(huán)進(jìn)行解調(diào)，最后采用 Multisim 軟件進(jìn)行仿真。在對(duì) 2ASK、2FSK、2PSK 解調(diào)時(shí)，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的時(shí)間，終于完成這次基于 Multisim 的鎖相解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。我首先查閱了大量的書本資料，接著又上網(wǎng)搜集了許多有用信息，有時(shí)候?yàn)榱苏业揭粋€(gè)合適的電路而苦惱，有時(shí)候又為取得一點(diǎn)成功而由衷的高興。當(dāng)最終的電路方案設(shè)計(jì)出來以后，我請(qǐng)教了我的指導(dǎo)老師何老師及學(xué)的比較好的同學(xué)，他們的一個(gè)小小指點(diǎn)就給我們很大啟示和靈感，對(duì)我的電路圖提出了很多有價(jià)值的建議，在此對(duì)熱心

40、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心感謝。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我充分體會(huì)到了熟練運(yùn)用相關(guān)軟件的重要性，不像以前做的課程設(shè)計(jì)，并沒有多少工作在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)都高度依賴計(jì)算機(jī)，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調(diào)節(jié)，可以說每一步都很艱難，每一步都是我一步一個(gè)腳印結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)踩下去的。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我增強(qiáng)了對(duì)通信電子技術(shù)的理解，學(xué)會(huì)查尋資料比較方案，學(xué)會(huì)通信電路的設(shè)計(jì)計(jì)算；進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決通信電子電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計(jì)與仿真加深對(duì)基本

41、原理的了解，增強(qiáng)了實(shí)踐能力。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 熊偉 候傳教. Multisim7 電路設(shè)計(jì)及仿真應(yīng)用M. 清華大學(xué)出版社，20052 陽昌漢. 高頻電子線路M. 高等教育出版社，20063 吳運(yùn)昌. 模擬集成電路原理與應(yīng)用M. 華南理工大學(xué)出版社，20004 沈偉慈. 通信電路M. 西安電子科技大學(xué)出版社，20045 李爭(zhēng). ，20076 鄭繼禹, 張厥盛, 萬心平. 鎖相環(huán)原理與應(yīng)用M. 人民郵電出版社，19847 Floyd M.Gardner,Phase lock Techniques(Second Edition),Publication:New York,John Wiley,19

42、79.8 t,Phase-locked Loops Design,Simulation and Application,清華大學(xué)出版社，20039 張輝，曹麗娜. 現(xiàn)代通信原理與技術(shù)M. 西安電子科技大學(xué)出版社，200210鄭繼禹, 張厥盛, 萬心平. 鎖相技術(shù)M. 西安電子科技大學(xué)出版社，199411 謝自美.電子線路綜合設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社12 Best,Roland E.,PhaseLooked Loop Theory,Design and Applications McGRAWHill,198413 沈偉慈.通信電路.西安電子科技大學(xué)出版社，2004附錄：附錄：( (外文翻譯外文翻

43、譯) )Bridging the Gap between the Analog and Digital WorldsMost applications require the co-existence of analog and digital functionality, and the benefits of combining this functionality on a single chip are significant. Such mixed-signal integration, however, also presents significant challenges. F

44、urthermore, digital and analog developments tend to evolve at differing rates, yet mixed-signal solutions for markets such as industrial, automotive and medical, must remain available over significant time periods. The latest mixed-signal semiconductor processes are helping to address some of these

45、issues, and this article will look at some of the issues designers should consider when specifying integrated mixed-signal solutions.Mixed-signal solution for the real worldSystem designers often partition the digital portion from the analog section of a given design for a variety of reasons: the av

46、ailability of mixing components for the two technologies, the complexity of the digital design or again because of the existence of pure digital processing parts as standard products. Placing the analog elements in an integrated circuit definitively allows the system designer to optimize the costs o

47、f its entire module. This integration approach is usually difficult for advanced markets such as telecommunications or computers, but makes sense for more mature or conservative markets such as automotive, medical and industrial. For most of these mature markets applications, digital functions are f

48、inding their way onto what once were pure analog designs. Adding digital functions to an analog design is helped in part by the development of new process technologies that can handle both short-channel, fast-switching digital transistors as well as high-voltage analog transistors. For example, AMI

49、Semiconductors latest mixed-signal technology offers digital and analog integration capabilities on the same design platform. The I3T technology family is based on standard CMOS 0.35m, limiting the maximum gate voltage to 3.3V. Some consider this technology outdated, from a pure digital designers po

50、int of view, but it is at the forefront for the automotive, industrial and medical markets.This list of optional features that enables the design of real SoCs includes high voltage interfacing up to 80V, microprocessing capabilities up to 32 bits, wireless capabilities up to 2.8GHz, and dense logic

51、design up to 15K gates/mm2. Beside these capabilities, NVM integration is possible: E2PROM up to 4 Kbytes, Flash memory up to half a megabit or On-Time-Programmable (OTP) cells for application calibrations. The ability to integrate all these features on a chip gives the customer the possibility to b

52、e independent from the obsolescence of the stand-alone NVM market, which is more or less driven by the computer market. This advantage is quite relevant when we consider the cost of re-qualifying a module for the OEMs in automotive, for instance. It also makes sense when considering the long lifespa

53、n of the applications embedded into cars, the industrial environment or medical self-treatment devices where patient cost is an important consideration.Nevertheless bridging the gap from digital to analog on a single chip does not occur without issues. Clocking noise from high-speed digital circuits

54、, for instance, often interferes with noise-sensitive analog functions. In addition, switching currents from high-power analog functions can interfere with low-voltage digital processors. The goal is to protect low-voltage transistors from the electric field effects of voltages that are 10 to 30 tim

55、es higher.These important issues are not without solutions. For example, one of the latest releases in the I3T family, the I3T50 DTI, uses a deep trench isolation technique. This technique uses a series of isolating trenches that bury deep into the IC substrate; effectively creating on-chip “pockets

56、” where noise and power supply parameters are carefully controlled.On top of its protection skills, the deep trench technology also helps to minimize die area by allowing dense packing of high-voltage analog pockets with low-voltage regions. You can obtain improvements in die area of 10 to 60 percen

57、t over designs that use standard junction isolation techniques.As mentioned earlier, the reason that system designers are using deep sub-micron technologies in those markets is often linked to the availability of devices in those technologies, not the complexity of the application itself. The comple

58、xity can be handled in many cases by an 8-bit microcontroller, or 32-bit for high-end applications. Products such as the 0.35m I3T are able to manage the integration at a reasonable cost. A typical application diagram of a real mixed-signal SoC is shown in Figure 1.9.Basically, the chip integrates t

59、he system functionality from the sensor to the actuator, going through some digital processing. Conventional mixed-signal technology allows analog control and signal processing functions such as amplifiers, analog-to-digital converters (ADCs) and filters to be combined with digital functionality suc

60、h as microcontrollers, memory, timers and logic control functions on a single, customized chip. All signals that process an algorithm or arithmetic calculation are digital, so conversion of analog to digital signals is mandatory when submitting data for comparison or processing by via a microcontrol