同步解調(diào)器的設(shè)計及實現(xiàn)

1、-. z. - - .可修編 .唐 山 學(xué) 院 高頻電子線路 課 程 設(shè) 計 題 目 同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn) 系 (部) 信息工程系班 級 11通信2班 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2013 年 7 月 8 日至 7 月 12 日 共 1 周高頻電子線路 課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目、內(nèi)容及要求 設(shè)計題目：同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)內(nèi)容及要求：1原理分析及電路圖設(shè)計2用相關(guān)仿真軟件畫出電路并對電路進(jìn)展分析與測試(1)疊加型同步檢波器對DSB、SSB信號進(jìn)展檢波的分析；(2)輸入調(diào)幅波m不同時疊加型同步檢波器檢波分析；(3)乘積型同步檢波器對DSB、SSB信號進(jìn)展檢波的分析；(4)輸入調(diào)幅波m不同時乘積

2、型同步檢波器檢波分析；(5)檢波器電壓傳輸系數(shù)計算。二、設(shè)計原始資料模擬電子線路、高頻電子線路；軟件Multisim 10；計算機(jī)一臺 三、要求的設(shè)計成果課程設(shè)計說明書、設(shè)計實物、圖紙等設(shè)計說明書1份，不少于2000字，應(yīng)包含大信號包絡(luò)檢波器原理、設(shè)計電路、相關(guān)軟件Multisim 10介紹、仿真電路、仿真波形分析。四、進(jìn)程安排7月8號 課設(shè)理論講解及仿真軟件介紹、學(xué)生練習(xí)使用軟件7月9號 電路圖理論設(shè)計7月10號 仿真分析7月11號 整理、撰寫說明書7月12號 進(jìn)展測試或辯論五、主要參考資料1 曾興文、*乃安、陳健高頻電子線路：高等教育，20072 *肅文等高頻電子線路第四版：高等教育，20

3、043 聶典等Multisim 10計算機(jī)仿真：電子工業(yè)，2010指導(dǎo)教師簽名：教研室主任簽名：課程設(shè)計成績評定表出勤情況出勤天數(shù) 缺勤天數(shù)成績評定出勤情況及設(shè)計過程表現(xiàn)20分課設(shè)辯論20分設(shè)計成果60分總成績100分提問辯論問題情況綜合評定 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日-. z. - - .可修編 .目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc24429 前言 PAGEREF _Toc24429 1 HYPERLINK l _Toc9738 1同步解調(diào)器設(shè)計原理 PAGEREF _Toc9738 2 HYPERLINK l _Toc12776 1.1乘積型同步檢波器設(shè)計原理

4、 PAGEREF _Toc12776 2 HYPERLINK l _Toc20893 1.2疊加型同步檢波器設(shè)計原理 PAGEREF _Toc20893 3 HYPERLINK l _Toc16706 2同步解調(diào)電路設(shè)計 PAGEREF _Toc16706 6 HYPERLINK l _Toc31732 2.1 DSB信號乘積型同步檢波電路圖 PAGEREF _Toc31732 6 HYPERLINK l _Toc3371 2.2 SSB信號乘積型同步檢波電路圖 PAGEREF _Toc3371 6 HYPERLINK l _Toc15126 2.3 DSB信號疊加型同步檢波電路圖 PAGER

5、EF _Toc15126 7 HYPERLINK l _Toc23635 2.4 SSB信號疊加型同步檢波電路圖 PAGEREF _Toc23635 7 HYPERLINK l _Toc18573 3同步解調(diào)器電路的仿真 PAGEREF _Toc18573 8 HYPERLINK l _Toc24892 3.1 軟件技術(shù)簡介 PAGEREF _Toc24892 8 HYPERLINK l _Toc22413 3.2電路的仿真 PAGEREF _Toc22413 9 HYPERLINK l _Toc5998 4 同步解調(diào)器電路實現(xiàn)與分析 PAGEREF _Toc5998 12 HYPERLINK

6、 l _Toc27703 4.1乘積型解調(diào)器電路實現(xiàn)與分析 PAGEREF _Toc27703 12 HYPERLINK l _Toc27085 4.1.1 DSB電路的實現(xiàn)與分析 PAGEREF _Toc27085 12 HYPERLINK l _Toc2986 4.1.2 SSB電路的實現(xiàn)與分析 PAGEREF _Toc2986 13 HYPERLINK l _Toc27369 4.2疊加型解調(diào)器電路實現(xiàn)與分析 PAGEREF _Toc27369 14 HYPERLINK l _Toc148 4.2.1 DSB電路的實現(xiàn)與分析 PAGEREF _Toc148 14 HYPERLINK l

7、_Toc24457 4.2.2 SSB電路的實現(xiàn)與分析 PAGEREF _Toc24457 15 HYPERLINK l _Toc29754 5 總結(jié) PAGEREF _Toc29754 16 HYPERLINK l _Toc11563 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc11563 17前言調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是信息傳遞技術(shù)的關(guān)鍵。解調(diào)也稱作檢波，就是從接收端最大程度不失真的恢復(fù)出有用的信息。在各種信息傳輸或處理系統(tǒng)中，發(fā)送端用所欲傳送的消息對載波進(jìn)展調(diào)制，產(chǎn)生攜帶這一消息的信號。接收端必須恢復(fù)所傳送的消息才能加以利用，這就是解調(diào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。從調(diào)幅波中恢復(fù)調(diào)

8、制信號的電路，也可稱為幅度解調(diào)器。與調(diào)制器一樣，檢波器必須使用非線性元件，因而通常含有二極管或非線性放大器。通常，振幅解調(diào)的方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。同步檢波器是解調(diào)技術(shù)的一個重要分支。同步檢波，又稱相干檢波，它利用與已調(diào)幅波的載波同頻，同向)與已調(diào)幅波相乘相加，再利用低通濾波器濾除高頻分量，從而得到調(diào)制信號。本文詳細(xì)介紹了乘積型相干解調(diào)和疊加型相干解調(diào)兩種方法。給出了基于Multisim軟件的調(diào)制和解調(diào)仿真結(jié)果。1同步解調(diào)器設(shè)計原理同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號進(jìn)展解調(diào)。它的特點是必須外加一個與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號。其原理方框圖如圖1-1所示。外加載波信號電壓參加同步檢波器

9、有兩種方法：疊加型和乘積型。調(diào)制信號低通濾波器檢波器已調(diào)振幅信號 插入載波信號圖1-1 同步檢波器原理方框圖1.1乘積型同步檢波器設(shè)計原理乘積型同步檢波是直接把本地恢復(fù)載波與接收信號相乘，用低通濾波器將低頻信號提取出來原理框圖如圖1-2所示。在這種檢波器中，要求恢復(fù)載波與發(fā)端的載波同頻同相。如果其頻率或相位有一定的偏差將會使恢復(fù)出來的調(diào)制信號產(chǎn)生失真。低通濾波器 調(diào)制信號器 乘法器已調(diào)信號 插入載波信號圖1-2 乘積型同步檢波器原理方框圖設(shè)輸入普通調(diào)幅信號為 (1-1)乘法器另一輸入同步信號為 (1-2)則乘法器輸出為:其中 是乘法器增益?？梢? 輸出信號中含有直流, , ,幾個頻率分量。用低

10、通濾波器取出直流和分量, 再去掉直流分量, 就可恢復(fù)原調(diào)制信號。如果同步信號與發(fā)射端載波同頻不同相, 有一相位差, 即,則乘法器輸出中的分量為。假設(shè)是一常數(shù), 即同步信號與發(fā)射端載波的相位差始終保持恒定, 則解調(diào)出來的分量仍與原調(diào)制信號成正比, 只不過振幅有所減小。當(dāng)然，否則,分量也就為零了。假設(shè)是隨時間變化的, 即同步信號與發(fā)射端載波之間的相位差不穩(wěn)定, 則解調(diào)出來的分量就不能正確反映調(diào)制信號了。設(shè)載波為，單頻調(diào)制信號為，則雙邊帶調(diào)幅信號為： (1-3)其中為比例系數(shù)?？梢婋p邊帶調(diào)幅信號中僅包含兩個邊頻,無載頻分量,其頻帶寬度仍為調(diào)制信號帶寬的兩倍。 由于雙邊帶調(diào)幅信號的包絡(luò)不能反映調(diào)制信號

11、,所以包絡(luò)檢波法不適用, 而同步檢波是進(jìn)展雙邊帶調(diào)幅信號解調(diào)的主要方法。與普通調(diào)幅信號同步檢波不同之處在于, 乘法器輸出頻率分量有所減少。 用低通濾波器取出低頻分量,即可實現(xiàn)解調(diào)。1.2疊加型同步檢波器設(shè)計原理將輸入信號與同步信號疊加后，合成包絡(luò)反映調(diào)制信號變化的普通調(diào)幅信號，再利用包絡(luò)檢波器實現(xiàn)解調(diào)，原理電路如圖2-3所示。調(diào)制信號器 包絡(luò)檢波器加法器已調(diào)信號 插入載波信號圖1-3 疊加型同步檢波器原理方框圖假設(shè)，當(dāng)為雙邊帶信號時，合成電壓為：(1-4只要滿足，合成信號即為不失真的AM調(diào)幅信號，利用包絡(luò)檢波器可以解調(diào)出所需要的音頻信號。當(dāng)為單邊帶信號時，合成電壓為： 1-5)式中：合成信號的

12、包絡(luò)和相角均受到調(diào)制信號的控制，不能不失真地反映原調(diào)制信號的變化規(guī)律。所以，一般情況下，由包絡(luò)檢波器構(gòu)成的疊加型同步檢波器不能對單邊帶信號實現(xiàn)線性解調(diào)。將改寫為 (1-6假假設(shè)滿足一定的條件，失真可以減小到允許值假設(shè)滿足，上式可以簡化為 1-7進(jìn)一步忽略上式中的三次方及其以上的各項，經(jīng)三角變換后可得 1-8將角頻率為和分量的振幅之比定義為二次諧波失真系數(shù)，用表示，其值為假設(shè)要求則要求所以當(dāng)采用包絡(luò)檢波器構(gòu)成同步檢波電路用以解調(diào)單邊帶信號時，為將限制在允許的*圍內(nèi)，必須要求同步信號有足夠大的振幅。2同步解調(diào)電路設(shè)計2.1 DSB信號乘積型同步檢波電路圖輸入信號為DSB信號，將DSB信號與其載波信

13、號同時輸入到乘法器中，輸出的信號經(jīng)過低通濾波器輸出應(yīng)為原始載波信號。圖 2-1 DSB信號乘積型同步檢波器電路圖2.2 SSB信號乘積型同步檢波電路圖SSB信號由DSB信號濾波得到，濾波局部電路采用帶有反應(yīng)的有緣帶通濾波器。得到的SSB信號與恢復(fù)信號輸入乘法器，在經(jīng)過低通濾波得到原始載波信號。圖 2-2 SSB信號乘積型同步檢波器電路圖2.3 DSB信號疊加型同步檢波電路圖疊加型同步檢波是將DSB插入恢復(fù)載波,使之成為或近似為AM信號,再利用包絡(luò)檢波器將調(diào)制信號恢復(fù)出來。在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果將載波抑制，只需要將直流分量去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡

14、稱雙邊帶信號DSB。DSB調(diào)制由兩個同步的正弦波經(jīng)乘法器得到。圖 2-3 DSB信號疊加型同步檢波器電路圖2.4 SSB信號疊加型同步檢波電路圖SSB信號是將雙邊帶信號濾除或抵消一個邊帶形成的。由DSB信號得到SSB信號的方法主要有兩種：濾波法和移相法。鑒于電路及信號的穩(wěn)定性，我采用濾波法。包絡(luò)檢波局部由電阻和電容正確組合，調(diào)試數(shù)據(jù)得到正確波形即可。圖 2-4 SSB信號疊加型同步檢波器電路圖3同步解調(diào)器電路的仿真3.1 軟件技術(shù)簡介Multisim是美國國家儀器NI*推出的以Windows為根底的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言

15、輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)展仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)展捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。目前在各高校教學(xué)中普遍使用Multisim10.0，網(wǎng)上最為普遍的是Multisim 10.0，NI于2007年08月26日發(fā)行NI系列電子電路設(shè)計軟件，NI Multisim v 10作為

16、其中一個組成局部包含于其中。Multisim 仿真軟件有著自己鮮明的特點：1.可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器；2.所有的虛擬信號都可以通過計算機(jī)輸出到實際的硬件電路上;3.所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計算機(jī)中進(jìn)展處理和分析。而Multisim 10.0的特點：1.直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的； 2.豐富的元器件：提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時能方便的

17、對元件各種參數(shù)進(jìn)展編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)立模型等功能，創(chuàng)立自己的元器件。 3.強(qiáng)大的仿真能力：以SPICE3F5和*spice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強(qiáng)設(shè)計功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)展優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ堋?4.豐富的測試儀器：提供了22種虛擬儀器進(jìn)展電路動作的測量5.完備的分析手段：Multisim提供了許多分析功能：它們利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，分析*圍很廣，從根本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個分析作為另一個分析的一局部的自動執(zhí)行。集成LabVIEW

18、和Signale*press快速進(jìn)展原型開發(fā)和測試設(shè)計，具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的交互式測量和分析功能； 6.完善的后處理：對分析結(jié)果進(jìn)展的數(shù)學(xué)運算操作類型包括算術(shù)運算、三角運算、指數(shù)運行、對數(shù)運算、復(fù)合運算、向量運算和邏輯運算等； 7.詳細(xì)的報告：能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細(xì)報告、網(wǎng)絡(luò)報表、原理圖統(tǒng)計報告、多余門電路報告、模型數(shù)據(jù)報告、穿插報表7種報告； 8.兼容性好的信息轉(zhuǎn)換：提供了轉(zhuǎn)換原理圖和仿真數(shù)據(jù)到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout2005、P-CAD和Protel；輸出仿真結(jié)果到MathCAD、E*cel或LabVIEW；輸出網(wǎng)

19、絡(luò)表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing互聯(lián)網(wǎng)共享文件3.2電路的仿真1.乘積型電路的設(shè)計(1)DSB電路圖3-5 乘積型DSB仿真電路圖(2)SSB電路圖3-6 乘積型SSB仿真電路圖2.疊加型電路的設(shè)計1DSB電路圖3-6 疊加型DSB仿真電路圖2SSB電路圖3-5疊加型SSB仿真電路圖4 同步解調(diào)器電路實現(xiàn)與分析4.1乘積型解調(diào)器電路實現(xiàn)與分析4.1.1 DSB電路的實現(xiàn)與分析由調(diào)制信號和載波信號經(jīng)過乘法器實現(xiàn)的DSB信號如圖4-1所示：圖4-1 DSB信號波形DSB信號與本地載波信號經(jīng)乘法器后再經(jīng)過低通濾波器實現(xiàn)檢波：圖4-2 DSB信號解調(diào)后輸出信號

20、波形4.1.2 SSB電路的實現(xiàn)與分析由調(diào)制信號和載波信號經(jīng)過乘法器實現(xiàn)的DSB信號經(jīng)過濾波后產(chǎn)生的SSB信號：圖4-3 SSB信號波形SSB信號與本地載波經(jīng)乘法器后再經(jīng)過低通濾波器實現(xiàn)檢波產(chǎn)生的信號：圖4-4 SSB信號解調(diào)后輸出信號波形4.2疊加型解調(diào)器電路實現(xiàn)與分析4.2.1 DSB電路的實現(xiàn)與分析由調(diào)制信號和載波信號經(jīng)過乘法器實現(xiàn)的DSB信號如圖4-5所示圖4-5 DSB信號經(jīng)疊加型電路檢波后的信號如圖4-6所示：圖4-6 DSB信號解調(diào)后輸出信號波形4.2.2 SSB電路的實現(xiàn)與分析由調(diào)制信號和載波信號經(jīng)過乘法器實現(xiàn)的DSB信號經(jīng)過濾波后產(chǎn)生的SSB信號：圖4-7 SSB信號SSB信號與本地載波經(jīng)加法器后再經(jīng)過包絡(luò)檢波器實現(xiàn)檢波產(chǎn)生的信號：圖4-8 SSB信號解調(diào)輸出信號波形5總結(jié)此次課程設(shè)計，加深與穩(wěn)固了我們所學(xué)的專業(yè)根底課程，并將其綜合運用，提高了我們綜合運用知識的能力，還給了我們將理論運用于實踐的時機(jī)；另一方面，培養(yǎng)了我們對專業(yè)知識學(xué)習(xí)的趣；同時也提高了我們分析問題的能力。關(guān)于此次設(shè)計，對于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號來說，