高頻電子線路（第4版）課件 第10、11章 無線電接收與發(fā)射設(shè)備、大規(guī)模集成VCO的寬帶頻率合成器

無線電接收與發(fā)射設(shè)備電子信息科學與電氣信息類基礎(chǔ)課程高頻電子線路（第4版）第十章01概述無線電接收與發(fā)射設(shè)備是高頻電子線路的綜合應(yīng)用，是現(xiàn)代通信系統(tǒng)、廣播與電視系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、無線電制導(dǎo)系統(tǒng)等必不可少的核心設(shè)備。無線電收發(fā)系統(tǒng)按照調(diào)制方式可分為調(diào)幅（AM）收發(fā)系統(tǒng)、調(diào)頻（FM）收發(fā)系統(tǒng)、調(diào)相（PM）收發(fā)系統(tǒng)以及它們的組合調(diào)制系統(tǒng)。實現(xiàn)上述三種基本調(diào)制方法可采用模擬調(diào)制，亦可采用數(shù)字調(diào)制方法。概述以調(diào)頻廣播為例，其接收和發(fā)射設(shè)備的典型框圖如圖10.1.1和圖10.1.2所示。概述隨著無線電通信、廣播電視、雷達、電子對抗、報警等領(lǐng)域的高速發(fā)展、空間各種頻率信號日益密集、復(fù)雜，對發(fā)射設(shè)備的殘波輻射（即頻譜純度）有嚴格要求，接收機的抗干擾問題也顯得非常重要。特別是臺站設(shè)備，F(xiàn)M廣播、電視是同臺共建，收轉(zhuǎn)設(shè)備與發(fā)射設(shè)備同時安放在一個機房內(nèi)，收發(fā)隔離問題就顯得特別重要。概述02無線電接收機它屬于典型的超外差接收機，由接收天線、高頻帶通濾波器、高頻放大器、本振、混頻、陶瓷濾波器、寬帶中頻放大器、鑒頻器（檢波器）、低放及功放、AFC電路和揚聲器等組成。目前已將高放、本振、混頻、中放、鑒頻、AFC、低放和功放全部集成在一個集成電路內(nèi)。無線電接收機信噪比是指在一定的輸入信號電平下，接收機的輸出端的信號電壓與噪聲電壓之比。信噪比接收機的靈敏度是指在規(guī)定的音頻輸出信雜比下，產(chǎn)生標稱輸出功率所需要的最小輸入信號電平。靈敏度①雙信號選擇性；②中頻抑制；③鏡像抑制；④俘獲比；⑤調(diào)幅抑制。接收機抗干擾指標無線電接收機（4）整機電壓諧波失真。（5）整機電壓頻率特性（簡稱頻響）。（6）中頻頻率。無線電接收機去加重國家標準要求為50μs。最大有用功率整機電壓諧波失真為10%時的輸出功率稱為最大有用功率。頻率范圍在保證整機性能技術(shù)指標的前提下，接收機能接收的頻率范圍?！啊睙o線電接收機CXA1019芯片構(gòu)成的多波段收音機CXA1019P（M）介紹CXA1019P（M）是日本索尼公司研制的單片大規(guī)模收音機優(yōu)選電路。該電路集成度高，外圍元件少，性能優(yōu)良，在我國已相當流行。該公司后來又研制的CXA1191和CXA1619也是在它的基礎(chǔ)上進行了個別性能的改進的新產(chǎn)品。無線電接收機詠梅898型AM/FM九波段袖珍收音機國產(chǎn)898F型AM/FM九波段袖珍收音機就采用CXA1019P集成電路，其實際應(yīng)用電路如圖10.2.3所示。無線電接收機CXA1238S是日本索尼公司在20世紀80年代后期正式推出的集調(diào)幅、調(diào)頻、鎖相環(huán)立體聲譯碼等電路為一體的收音機集成電路。它在電路總體功能上完全替代了原來流行的TA三片機電路，即TA7335P、TA7640P、TA7343P。CXA1238芯片構(gòu)成的多波段收音機無線電接收機由CXA1238S組裝的鶯歌牌HP2202型AM/FM立體聲收音機電路，如圖10.2.5所示。無線電接收機03調(diào)頻發(fā)射機發(fā)射機按調(diào)制方式可分為調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）和脈沖調(diào)制四大類，他們又有模擬和數(shù)字之分。這里只討論調(diào)頻發(fā)射機，因為它廣泛地應(yīng)用于廣播、電視、通信、報警、遙控、遙測、電子對抗等領(lǐng)域中。調(diào)頻發(fā)射機現(xiàn)以調(diào)頻廣播發(fā)射機為例介紹它的組成和工作原理。其原理方框圖如圖10.3.1所示。調(diào)頻發(fā)射機調(diào)頻發(fā)射機的性能指標：①發(fā)射頻率f0和頻率范圍。②發(fā)射功率P~。③輸出阻抗。④殘波輻射。調(diào)頻發(fā)射機⑧頻率響應(yīng)。添加標題⑨效率。⑤音頻輸入阻抗和電平。⑥信雜比。⑦失真度。調(diào)頻發(fā)射機FM調(diào)制器20世紀末廣泛采用以中小規(guī)模集成塊構(gòu)成的FM調(diào)制器，近幾年大規(guī)模集成塊構(gòu)成的FM調(diào)制器已經(jīng)進入市場。現(xiàn)分別予以介紹。調(diào)頻發(fā)射機由中小規(guī)模集成塊構(gòu)成的FM調(diào)制器原理方框圖如圖10.3.2所示。調(diào)頻發(fā)射機音頻信號處理器如圖10.3.3所示。調(diào)頻發(fā)射機大規(guī)模集成塊構(gòu)成的FM調(diào)制器前面介紹利用中小規(guī)模集成塊構(gòu)成的調(diào)頻調(diào)制器，其外圍電路復(fù)雜，且性價比不太高。近幾年來已研制成大規(guī)模集成塊構(gòu)成的調(diào)頻調(diào)制器?，F(xiàn)有的大規(guī)模PLL芯片已經(jīng)可以將壓控振蕩器（VCO）、可編程分頻器、鑒頻鑒相器（FDPD）、低通有源濾波器（LPF）全部集成在一個芯塊內(nèi)。調(diào)頻發(fā)射機前置功放單元是由三個功率放大晶體管組成的三級寬帶放大器構(gòu)成的，具體電路如圖10.3.8所示。調(diào)頻發(fā)射機前級功率放大器末級功率放大器末級功放根據(jù)輸出功率不同，其輸出電路也不一樣，根據(jù)廣電總局的標準分為30W，50W，100W，300W，…，目前用全固態(tài)器件采用功率合成技術(shù)可以做到高達3000~5000W。單管輸出功率可達到100~300W。調(diào)頻發(fā)射機原理框圖如圖10.3.9所示。調(diào)頻發(fā)射機50W調(diào)頻發(fā)射機直流穩(wěn)壓電源原理圖如圖10.3.17所示。調(diào)頻發(fā)射機直流穩(wěn)壓電源04系統(tǒng)設(shè)計舉例設(shè)計舉例一、任務(wù)設(shè)計并制作一個單工無線呼叫系統(tǒng)，實現(xiàn)主站至從站間的單工語言及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計舉例基本要求：（1）設(shè)計并制作一個主站，傳送一路語音信號；（2）設(shè)計并制作一個從站，其接收頻率與主站相對應(yīng)，從站必須采用電池組供電，用耳機收聽語音信號；系統(tǒng)設(shè)計舉例（3）當傳送信號為300~3400Hz的正弦波時，去掉收、發(fā)天線，用一個功率衰減20dB左右的衰減器連接主、從站天線端子，通過示波器觀察從站耳機兩端的接收波形，波形應(yīng)無明顯失真；（4）主、從站室內(nèi)通信距離不小于5m，題目中的通信距離是指主、從站兩設(shè)備（含天線）間的最近距離；（5）主、從站收發(fā)天線采用拉桿天線或?qū)Ь€，長度小于或等于1m。系統(tǒng)設(shè)計舉例發(fā)揮部分（1）從站數(shù)量擴展至8個（實際制作1個從站），構(gòu)成一點對多點的單工無線呼叫系統(tǒng)，要求從站號碼可任意改變，主站具有撥號選呼和群呼功能；（2）增加英文短信的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，實現(xiàn)主站英文短信的輸入發(fā)送和從站英文短信的接收顯示功能；（3）當發(fā)射峰值功率不大于20mW時，盡可能地加大主、從站間的通信距離；（4）其他。系統(tǒng)設(shè)計舉例一、弄清題意根據(jù)任務(wù)，要設(shè)計一個單工無線呼叫系統(tǒng)，實現(xiàn)主站至從站間的單工語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。二、方案論證在弄清題意之后就應(yīng)該進行方案論證，根據(jù)題目要完成的主要功能和技術(shù)指標進行論證。系統(tǒng)設(shè)計舉例（一）發(fā)射機設(shè)計：發(fā)射機原理方框圖如圖10.4.8所示。系統(tǒng)設(shè)計舉例（二）接收機設(shè)計：接收機原理框圖如圖10.4.9所示。系統(tǒng)設(shè)計舉例（三）20dB衰減器的設(shè)計：如圖10.4.17所示，采用三級衰減，每級衰減量為6.02dB，共衰減18.06dB。系統(tǒng)設(shè)計舉例（四）抗干擾措施本系統(tǒng)既有低頻信號，又有中頻和高頻信號；既有模擬信號，又有低頻基帶的數(shù)字（脈沖）信號和鎖相環(huán)生成的各種頻率的數(shù)字（脈沖）信號。它們互相交調(diào)會形成頻譜很寬的內(nèi)部干擾信號，加上外部各類干擾信號，特別是50Hz的市電干擾信號，是無時不有，無孔不入的。系統(tǒng)設(shè)計舉例鑒于單片機技術(shù)比較成熟，且開發(fā)過程中可供利用的資源和工具豐富、價格便宜、成本低，故設(shè)計用C語言對其編程并燒錄到芯片內(nèi)部，C語言表達和運算能力比較強，且具有很好的可移植性和硬件控制能力。軟件設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計舉例經(jīng)測試，完成了題目要求的各項功能和技術(shù)指標。接收機靈敏度≤10μV，系統(tǒng)信雜比優(yōu)于5×10-6、失真度≤2%，頻率響應(yīng)為50~1300Hz±1dB、作用距離>50m。群呼、選呼以及英文短信傳送誤碼率小于1%。而且在抗干擾方面和天線匹配方面有特色。結(jié)論系統(tǒng)設(shè)計舉例謝謝觀看高頻電子線路（第4版）電子信息科學與電氣信息類基礎(chǔ)課程大規(guī)模集成VCO的寬帶頻率合成器電子信息科學與電氣信息類基礎(chǔ)課程高頻電子線路（第4版）第十一章01概述本章的內(nèi)容是第9章頻率合成器內(nèi)容的擴展。考慮到教學規(guī)律，先介紹基本原理（第8章8.4節(jié)自動相位控制（APC）電路（鎖相環(huán)路PLL）），然后在第9章頻率合成頻率中主要介紹中小規(guī)模集成芯片構(gòu)成的頻率合成器，目的在于講清頻率合成器構(gòu)成的方法及組成。在第10章中介紹了上個世紀末流行的大規(guī)模鎖相環(huán)集成芯片MC145152的原理及其應(yīng)用。本章主要介紹更大規(guī)模的頻率合成器。（ADF4351內(nèi)含有36，955GCMOS管和986個雙極性管）。概述表11.1.1列出AD公司DDS芯片選型表。概述概述由PLL構(gòu)成的超大規(guī)模的寬帶頻率合成器近幾年得到高速發(fā)展。新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。其中ADF4351輸出頻率范圍為35MHz~4400MHz，MAX2870、MAX2871輸出頻率范圍為23.5MHz~6000MHz，MAX7880輸出頻率范圍為250MHz~12.4GHz。它們的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用等均大同小異。概述02大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹概述ADF4351結(jié)合外部環(huán)路濾波器和外部參考頻率使用時，可實現(xiàn)小數(shù)N分頻或整數(shù)N分頻鎖相環(huán)（PLL）頻率合成器。內(nèi)部集成了VCO，其基波輸出頻率范圍為2200MHz至4400MHz。此外，利用1/2/4/8/16/32/64分頻電路，用戶可以產(chǎn)生低至35MHz的射頻輸出頻率。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹典型抖動：0.395rms。EVM（典型值，2.1GHz）：0.4%。電源：3.0~3.6V。邏輯兼容性：1.8V?？删幊屉p模預(yù)分頻器：4/5或8/9。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹ADF4351引腳圖如圖11.2.1所示。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹ADF4351內(nèi)部功能框圖、引腳圖及功能描述功能框圖如圖11.2.2所示。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹ADF4351技術(shù)規(guī)格如表現(xiàn)11.2.2所示。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹技術(shù)規(guī)格大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹時序圖如圖11.2.3所示。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹時序特性額定值見表11.2.4。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹絕對最大額定值注意超過上述絕對最大額定值可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。這只是額定最值，不表示在這些條件下或者在任何其他超出本技術(shù)規(guī)范操作章節(jié)中所示規(guī)格的條件器件能夠正常工作。長期在絕對最大額定值條件下工作會影響器件的可靠性。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹SW1和SW2為常閉開關(guān)。SW3為常開開關(guān)。啟動關(guān)斷程序后，SW3閉合，SW1和SW2斷開，確保關(guān)斷期間REFIN引腳無負載。電路描述大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹RF

N分頻器可以在PLL反饋路徑中提供一個分頻比。分頻比由構(gòu)成此分頻器的INT、FRAC和MOD的值決定（見圖11.2.5）。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹利用INT、FRAC和MOD的值以及R分頻器，可以產(chǎn)生間隔為PFD頻率的分類的輸出頻率。INT、FRAC、MOD與R分頻器的關(guān)系如果FRAC=0且寄存器2的DB8（LDF）設(shè)為1，則頻率合成器工作在整數(shù)N分頻模式。整數(shù)N分頻模式利用10位R分頻器，可以細分輸入?yún)⒖碱l率（REFIN）以產(chǎn)生PFD的參考時鐘。R分頻器大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹圖11.2.6是該覽頻覽相器的原理示意圖。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹圖11.2.7以框圖形式顯示了MUXOUT部分。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹輸入移位寄存器ADF4351數(shù)字部分包括一個10位RFR計數(shù)器、一個16位RFN計數(shù)器、一個12位FRAC計數(shù)器和一個12位模數(shù)計數(shù)器。數(shù)據(jù)在CLK的每個上升沿時逐個輸入32位移位寄存器。數(shù)據(jù)輸入方式是MSB優(yōu)先。在LE上升沿時，數(shù)據(jù)從移位寄存器傳輸至六個鎖存器之一。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹VCOADF4351的VCO內(nèi)核由三個獨立VCO組成，每個VCO使用16個重疊頻段。輸出級ADF4351的RFOUTA+和RFUUTA-引腳連到由VCO的緩沖輸出驅(qū)動的NPN差分對的集電極。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹寄存器映射如圖11.2.11所示。大規(guī)模集成VCO寬帶頻率合成器ADF4351介紹寄存器映射03ADF4351應(yīng)用2015年全國大學生電子設(shè)計竟賽試題（E題）基本部分一。（1）頻率范圍：90MHz~110MHz；（2）頻率步進：100kHz；（3）輸出電壓幅度：10~100mV，可調(diào)；（4）在整個頻率范圍內(nèi)可自動掃描。ADF4351應(yīng)用（5）顯示頻率；（6）制作一個附加電路，用于觀察整個鎖定過程；（7）鎖定時間小于1ms。ADF4351應(yīng)用方案1采用中小規(guī)模集成芯片構(gòu)成的本振源。方案2采用大規(guī)模集成芯片構(gòu)成的本振源。方案3采用集成VCO的寬帶頻率合成器ADF4351構(gòu)建的本振源?！啊盇DF4351應(yīng)用由ADF4351構(gòu)成的本振源如圖11.3.3所示。ADF4351應(yīng)用