西南学院本科生课程设计

   

  《高频电子线路》课程设计

设计题目：    基于MC1496同步检波电路的设计 

专    业：        电子信息科学与技术        

班    级：            20##     级           

学生姓名：            张       三           

学    号：             11111111              

指导教师：          王 心 武（实验师）      

20##年06月

基于MC1496同步检波电路的设计

                                             张三

                     （西南学院 电子信息工程学院，西南 某市 585454）

                           

摘要：随着信息传输在现代生活中重要性的增强，调制和解调作为无线电通信系统中必不可少的关键技术也越来越受到重视。解调又称作检波，就是从接收端最大程度不失真的恢复出有用的信息。同步检波，又称相干检波，利用与已调波载波同频同相的参考信号与已调波相乘，再利用低通滤波器滤除高频分量，从而得到调制信号。本文介绍了基于模拟乘法器MC1596的AM调制系统和同步检波器的详细方案，并给出了基于Multisim软件的调制和解调仿真结果，并做出电路板实物图。

关键词：高频电子；同步检波；AM调制；Multisim

1.设计目的

 （1）进一步地掌握相乘器完成的同步检波工作原理；

 （2）掌握检波信号相关参数测量方法；

 （3）能够正确分析检波输出信号的频谱成分。

2.设计要求

（1)自行设计模拟相乘器同步检波电路

   （2）制作PCB板或万能板完成对应的电路焊接

   （3）测量该检波电路输出信号的波形、频谱,分析其失真情况。

3.概述

调制信号的解调过程称为检波，常用的方法有包络检波和同步检波两种。由于有载波的振幅调制信号包络直接反应了调制信号的变化规律，可以用包络检波法进行解调。而抑制载波双边带或单边带信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，所以无法用包络检波器进行解调，必须采用同步检波器。

同步检波器分为相乘型和相加型同步检波器。可以利用模拟相乘器，实现该功能。

                                        

3.1 幅度解调原理

调幅的实质是利用模拟相乘器将调制信号频谱线性搬移到载频附近，并通过带通滤波器提取所需要的频带信号。解调作为调制的逆过程，必然是再次利用相乘电路将调制信号频谱从载波频率附近搬回原来你位置，并通过低通滤波器提取所需要的调制信号，即基带信号，滤除无用的高频分量。

                                          

图3.1 幅度解调器的组成框图

  图3.1中，是相乘电路的标尺因子，是参考信号，是输入的已调幅信号，无外乎以下的三种形式之一

  

                                                                      (1.1.1)

    式中，代表调制信息，是的希尔伯特变换。为了能从条幅波中恢复调制信号，需要输入一个与载波同频同相的高频电压信号，即载波恢复信号。

    设 ，利用三角恒等式

可以求出相乘器的输出电压的表示式为

    对AM和DSB信号

                                         （1.1.2）

    对SSB信号

                            （1.2.3）

    假若低通滤波器能够滤除中集中在角频率附近的高频分量，又具有足够的带宽就不会引起调制信号频率分量的失真，于是滤波器的输出信号电压为

     对AM和DSB信号

                                                 （1.1.4）

对SSB信号

                                                 （1.1.5）

式中，是低通滤波器的传输系数。

由于这种检波过程必须在接收端产生一个与载波信号同步的参考信号，故称为同步检波器。同步检波器可以对AM、DSB、SSB任何一种条幅波进行解调。

                                    

3.2 同步检波电路原理

相乘型同步检波电路组成与解调原理，在2.1中说明并得出结论，参看式（1.1.1）~（1.1.5），用模拟相乘器MC1496构成同步检波实用电路，有单电源供电与双电源供电，虽然供电方式不同，但原理相同。此处采用双电源供电，如图3.2所示。

图3.2双电源供电的同步检波实用电路

模拟相乘器作同步检波时，不需要载波调零电路。因为在其输出电流中，除了解调所需要的低频分量外，其余所有分量都属于高频范围，因而很容易在输出端给予滤除。

由载波恢复电路产生的载波信号通常加到MC1496的x输入端。其电平大小只要能保证查分对管很好地处于工作状态即可。通常在100~500mV之间。根据待解调的单边带或双边带已调信号送到MC1496的y输入端，其电平应保持在线性工作的限度内。该电路输入已调波电平高达100mV是，仍可获得很好的线性和无失真的输出。

载波恢复电路的任务是提供与载波同频同相的参考信号，它是实现各种同步检波的关键所在。

载波恢复电路可根据待解调的调幅信号中是否含有载波分量而采用不同的实现方法：对普通调幅信号，或者发送导频的双边带信号或单边带信号，可以采用窄带滤波器将载波信号提取出来；对于不含载波分量的双边带信号，采用非线性变换的方法恢复载波分量；对于不含导频分量的单边带信号，可采用发、收两端的载波都有频率稳定度很高的晶体振荡器产生。

                                  

4 电路设计

4.1 MC1496芯片介绍

MC1496是美国Motorola公司生产的单片集成模拟相乘器，即吉尔伯特相乘器。MC1496的最高工作频率为300MHz，被转换的信号频率可达80MHz，它具有良好的载波抑制能力，应用广泛。芯片内部电路如图4.1所示。

图4.1 MC1496内部电路图

（2）MC1496基本性能和管脚分布

     在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多，而且性能优越，因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。在目前的乘法器中，单通道器件无法实现多通道的复杂运算；二象限期间又会使负信号的应用受到限制。而ADI公司的MC1496则是一款完全四通道四象限电压输出模拟乘法器，这种完全乘法器克服了以上期间的诸多不足之处，适用于电压控制放大器、可变滤波器、多通道功率计算一级低频解调器等电路。非常适合于产生复杂的高要求的波形，尤其适用于高精度CRT显示系统地几何修正。MC1496管脚分布如图4.2。

                          图4.2 MC1496引脚图

MC1496是由互补双极性工艺制作而成，它包含有四个高精度四象限乘法单元。温度漂移小于0.005%/℃。0.3μV/Hz的点噪声电压使低失真的Y通道只有0.02%的总谐波失真噪声，四个8MHz通道的总静止功率也仅为150mW。MC1496的工作温度范围为-40℃～+85℃。

MC1496的其他主要特性如下：

l  四个独立输入通道；

l  四象限乘法信号；

l  电压输入电压输出；

l  乘法运算无需外部元件；

l  电压输出：W=(X*Y)/2.5V,其中X或Y上的线性度误差仅为0.2%；

l  具有优良的温度稳定性：0.005%；

l  模拟输入范围为±2.5V，采用±5V电压供电；

l  低功耗：一般为105mW。

4.2 Multisim仿真电路

在熟悉了电路的原理后，应用Multisim软件进行仿真实现。首先按实验原理完成电路图的搭建，得到图4.3。

图4.3双电源供电同步检波电路仿真图

图4.3中，载波输入端接入函数信号发生器XFG1，用以产生与调制信号载波同频同相的参考信号；已调信号输入端可以输入调制好的DSB信号、SSB信号和AM信号，此处接入安捷伦函数发生器XFG2，用来产生AM信号；在解调信号输出端接入双踪示波器，A通道接解调信号，B通道接安捷伦函数发生器，可以对比AM信号的包络波形与同步检波后得到的解调波形。

5 软件运行

5.1 参数设置

( 1). 函数信号发生器的参数设置。

设置参考信号   频率

                   振幅，如图5.1所示。

在示波器上可得到参考信号的波形，如图5.2所示。

  

图5.1 参考信号参数设置                    图5.2 参考信号波形

 (2).安捷伦函数发生器的参数设置

    安捷伦函数发生器能直接产生AM波，

设置载波   频率

           振幅，如图5.3所示。

设置调制信号   频率

               振幅，如图5.4所示。

在示波器上可得到AM信号的波形，如图5.5所示。

图5.3载波参数设置

图5.4调制信号参

图5.5 AM信号的波形

5.2 仿真结果

    在设置好所应用仪器的参数后，点击运行，可以在双踪示波器上清晰地观察到输出波形。 由于这里采用了AM信号，可以猜测，观测到的输出波形应该是输入已调信号中调制信号的波形，即AM信号的包络波形，与包络检波器的输出波形是一样的。若采用DSB或SSB信号，也会得到与其对应的相应波形。

                          图5.6  同步检波电路输出波形

     

如图5.6所示波形，上边的波形为同步检波输出信号，下变的波形为输入的已调信号。根据图形对比，在不计失真的情况下，同步检波器的输出波形与输入的已调信号中调制信号波形相同。而单参考信号的参数设置与已调波载波的参数不一致时，会得到严重失真的波形。

6、实物设计及测试

根据电路原理仿真图做出实物电路图.

6.1电路实物图，

电路实物图如图6.1所示。

                           图6.1 电路实物图

6.2电路实物图测试结果

电路实物测试结果如图6.2所示。

               

                          图6.2示波器检测波形

实验调试过程中，最好采用按功能模块分别调试的分块调试方法，首先调试正弦波电路是否产生符合要求的正弦波，检查波形幅度是否达到设计要求。用示波器观测各级输出电压大小及波形。如果实测值与要求值相差过大，则应检查电路连接是否正确，检查元件参数是否满足要求。

在不计失真的情况下，同步检波器的输出波形与输入的已调信号中调制信号波形相同。

7.设计结论

同步检波器可以对AM、DSB、SSB任何一种调幅波进行解调，在这里采用AM作为调制波，与DSB、SSB的实验过程基本相同，不再赘述。

从对于双边带或单边带调幅信号来说，无法直接从双边带或单边带调幅信号中提取参考信号。为了产生同频同相的本地同步载频信号，往往在发射机发射双边带或单边带调幅信号的同时，附带发射一个载频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率，通常称为导频信号。接收机在接收双边带或单边带调幅信号的同时也接收导频信号，由晶体滤波器从输人信号中取出该导频信号，经放大后作为本地载频信号。如果发射机不发射导频信号，那么在接收端可采用与发射机相同的高稳定度的石英晶体振荡器或频率合成器来产生本地载频信号。

若本地载频信号与输入信号的载频不能保持同步，对检波性能会产生影响。

假如本地载频信号与输入信号的频率和相位都不同步，若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则经低通滤波器取出的低频信号将产生频率失真和相位失真。若用模拟乘法器构成的乘积滤波电路解调单边带调幅信号．同理，检出的低频信号也将产生频率失真和相位失真。在进行语言通信时，人耳对相位失真不敏感，但频率失真听上去会感到严重声音失真。实验证明，当频率偏移值为20 Hz时，开始觉察声音不自然，而当频率偏移值为200 Hz时，语言可懂度就会下降。在进行图像通信时，频率和相位偏移都会影响图像的质量。所以参考信号的与载波的一致性是各种同步检波的关键。

同步检波器的抗干扰性能比包络检波器优越，在实际电路中，信道中都会存在随机噪声，若噪声超过某一个阈值，则包络检波器所解调的波形失真严重，得不到想要的信息，而同步检波器就不会有这种问题。虽然同步检波器的电路比较复杂，但是随着电子技术的发展，这种解调方式会应用的越来越广泛。                                      

8.总结体会

由于我们在以前的课程中没有接触过Multisim，在课程设计的第一天，老师给我们培训了这款软件的基本用法，下课后虽然有些地方忘记了，但在同学们的帮助下和在网络上查找的资料上学会了软件的使用，我也算是入了门。

在拿到课设题目后，我主要根据高频课的教材和实验手册来进行设计，仿真电路图也是按照书上的图连接的，在以前学习时有些没有注意到的细节问题通过这次课设也意识到了。

这一个星期过的可以说是不容易，很早之前就听说过课程设计的大名，现在一见真是名不虚传。经过这次课设，我的收获也很大，与我的付出成正比。首先，我更熟悉了关于解调检波等一系列的专业知识，通过搭建电路图选择元器件等过程让我对它有了更深刻的认识和更直观的印象；其次，我学会了Multisim软件的仿真应用，很多平时不能轻易接触到的仪器，都可以在仿真界面上尽情使用，不用担心损坏等那么多的问题，对学习专业课非常有帮助；而且，在整理报告内容时，通过自己输入公式、绘制框图和按照论文要求更改版式等操作，对Word的使用也更加得心应手；除了收获知识外，最重要的是，我坚持不懈的毅力和要战胜困难的决心也得到了一定程度的磨练，使我在面对挑战时能更有自信更有勇气，哪里不对了，翻书、查资料，一定要找到差错，一定要解决掉，这才是课设最大的成果。

这次课程设计会是大学生活中灿烂的一页，值得回味。

参考文献：

［1］艾青等主编.通信电子线路[M].北京：北京理工大学出版社 2010.

［2］李新春等主编.高频电子线路教学实验[M].辽宁：辽宁工程技术大学出版社 2012.

［3］谢自美主编.电子线路设计 实验 测试（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社 2003.

［4］张义方主编.高频电子线路[M].哈尔滨工业大学出版社 2012.

［5］聂典等主编.Mutisim 10计算机仿真[M].电子工业出版社 2012.

《高频电子线路》课程设计评分表

设计题目：基于MC1496同步检波的电路设计              学生姓名：张三                       

指导教师签名：                                     20##年 6月 5  日

第二篇：高频电子线路课程设计实验报告

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

20##年秋季学期

高频电子线路课程设计

   题    目：2FSK调制解调电路的设计     

   专业班级：    09级通信工程(2)班       

   姓    名：        王瑜曈              

   学    号：     09250229               

   指导教师：         张玺君             

      成    绩：                            

摘    要

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。 数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。

本次高频电子线路课程设计以2FSK信号的调制解调为题目，以《高频电子线路》及《通信原理》课程所学知识作为铺垫，借助Multisim仿真软件来完成。该设计模块包括信源调制、发送滤波器模块及解调，并对各个模块进行相应的参数设置。在此基础上熟悉Multisim的基本功能及操作，最后，通过观察仿真图形进行波形分析及系统的性能评价。

关键词：2FSK  调制  解调  Multisim

目   录

前言.................................................... 3

一、设计任务介绍......................................... 4

二、Multisim软件的介绍................................. 5

2.1 软件的发展与简介........................................ 5

2.2  Multisim10的特点....................................... 5

三、方案论证............................................ 8

3.1 调制电路论证............................................ 8

3.2 解调电路论证............................................ 9

四、单元电路设计....................................... 12

4.1 调制部分............................................... 12

4.2 解调部分............................................... 14

五、Multisim的仿真................................................................................... 17

5.1 调制电路波形的仿真..................................... 18

5.2 解调电路波形的仿真..................................... 18

5.3 结果分析............................................... 19

六、注意事项................................................................................................. 20

七、总结.................................................... 21

参  考  文  献.............................................. 22

附：元器件引脚图............................................ 23

前  言

在实际通信系统中，大部分信道不能直接传输基带信号，必须用基带信号对载波波形的参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即以正弦波作为载波的数字调制系统。和模拟调制一样，数字调制也有调幅、调频和调相三种基本形式。调频信号即2FSK信号是数字通信系统使用较早的一种通信方式，由于这种通信方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。

2FSK信号的产生可利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频而获得。这正是频率键控通信方式早期采用的实现方法，也是利用模拟调频法实现数字调频的方法。2FSK信号的另一产生方法便是采用键控发法，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选择。

2FSK它是利用载频频率变化来传输数字信息。数字载频信号又可分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间的相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载波就是相位连续的数字调频信号。

本实验电路利用移频键控法，由振荡器产生不同的载频频率作为两个不同频率的载频信号，即为相位不同的数字调频信号，由基带信号对不同频率的载波信号进行选择。

一、设计任务介绍

设计的目的在于通过做这个课程设计，掌握常用软件的使用，能够把高频电子线路上面学习的一些理论知识经过软件设计出一个完整的二进制频移键控调制和解调。通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。

    设计的意义在于通过设计二进制频移键控调制和解调，使学生对高频电子线路中的二进制频移键控调制和解调能进一步深入理解和学习。把书上的理论通过自己的设计与现实问题结合起来，在加强理论学习的同时增强了自己的动手能力。课程设计是我对通信系统的认识不再只是停留在书本上，通过软件仿真的结果与书上的结论相对比，能够更加直观的理解书上的理论。在做课程设计的同时，进一步深入的学习了Multisim的使用，认识到了Multisim在通信系统设计方面的优势。虽然还不能说完全掌握了它的使用，但是却对它长生了很大的兴趣，对以后的学习打下了坚实的基础。

掌握调制、解调的基本原理。通过实际方案的分析比较，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。

   

二、Multisim软件的介绍

2.1 软件的发展与简介

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/数字电路板的设计工作，包括电路原理图图形及电路硬件描述语言的输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

主要内容为基于Multisim的模拟乘法器应用设计与仿真。阐述了双边带调幅及普通调幅、同步检波、混频、乘积型鉴相电路的原理，并在电路设计与仿真平台Multisim11仿真环境中创建集成模拟乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

NI Multisim软件结合了直观的捕获和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim,可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器仿真电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SingnalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

　　它有丰富的元件库，为用户提供元器件模型的扩充和技术 ；虚拟测试仪器仪表种类齐全，其操作方法与实际仪器十分相似 ；具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等 18 种电路分析方法，基本上能满足一般电子电路的分析设计的要求 ；提供了多种输入输出接口，Multisim2001 可以与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件Pspice之间的文件接口，也能通过Windows 电路图送往文字处理系统中进行编辑排版，同时还支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。

2.2  Multisim10的特点

　 Multisim10 把所有的元件分成13类库，再加上放置分层模块、总线、登录网站共同组成元件工具栏。

    Multisim10提供了18种仪表，仪表工具栏通常位于电路窗口的右边，也可以用鼠标将其拖至菜单的下方，呈水平状。

(1)Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可以很方便地在工程设计中使用。

    (2)Multisim10 的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测量仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

    (3) Multisim10 具有较详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等，以帮助设计人员分析电路的性能。

    (4) Multisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的过程中还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据。

　　Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。它用软件的方法模拟电子线路元器件和仪器仪表，实现了“软件即元器件”和“软件即仪器”。 Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，该软件为电子工程师提供了一个电路设计与仿真平台，不仅与国际著名的模拟电路仿真软件spice兼容，而且具有较强的 VHDL和 Verilog设计与仿真功能。它具有界面形象、直观易懂、采用图形方式创建电路的特点；它丰富的元件库中提供了超过16000个组件，全部采用世纪模型，确保了仿真结果的真实性和实用性；它采用开放式的库管理模式，能自动地生成模拟和数字组件模型，这对新器件的补充十分有利。multisim10的虚拟测试仪器种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流、交流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测试仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

Multisim10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

Multisim（电子工作平台）软件，是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为"计算机里的电子实验室"。其特点是图形界面操作，易学、易用，快捷、方便，真实、准确，使用Multisim可实现大部分硬件电路实验的功能。最突出的特点是用户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是Multisim软件的一大特色。它采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。

三、方案设计与论证

频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK中，载波的频率随着二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。在2FSK中，载波的频率随基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为：

典型波形如下图所示。由图可见。2FSK信号可以看作两个不同载频的ASK信号的叠加。因此2FSK信号的时域表达式又可以写成：

 

图3.1    2FSK时间波形

3.1  调制方案设计与论证

FSK信号的产生有两种方法：直接调频法和频移键控法。

直接调频法是数字基带信号直接奇偶内阁制载波振荡器的振荡频率。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。

频移键控法有两个独立的振荡器。数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号，从而产生FSK调制。

本实验采用键控法产生2FSK信号，用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，就

2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。如下原理图：

      

图3.2   键控法原理框图

    3.2   解调方案设计与论证

 2FSK信号的方式除了有过零检测法、包络检波法还可以用锁相环电路来完成解调。下面将对这几钟方法进行介绍和比较：

  包络检波法

由于一路2FSK信号可视为两路2ASK信号，所以，2FSK信号也可以采用包络检波解调。性能分析模型如下所示:

                        图3.3    包络检波法模型图

与同步检测法解调相同，接收端上下支路两个带通滤波器的输出波形和分别表示为下式:

 

经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。

过零检测法

    单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。过零检测法方框图及各点波形如图4所示。2FSK输入信号经放大限幅后产生矩形脉冲序列，经微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列，这个序列就代表着调频波的过零点。尖脉冲触发一宽脉冲发生器，变换成具有一定宽度的矩形波，该矩形波的直流分量便代表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越大，反映着输入信号的频率越高。经低通滤波器就可得到脉冲波的直流分量。这样就完成了频率－幅度变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。

图3.4    过零检测法方框图及各点波形图

锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。

锁相解调框图如下所示：

                      

 图3.5  PLL解调原理框图

2FSK信号的解调可才用调制跟踪环,VCO要保证能跟踪上与传号,空号相对应的两个频率.当FSK信号输入时,LF输出端有高低电平输出,它们分别与传号空号相对应.再经过放大整形就可以解调出原来的数字基带信号.锁相解调器由于具有跟踪特性,低门限特性,与相干解调器相比约有4dB~5dB门限改善.因此在信号为低信噪比时,采用PLL可以降低误码率。故在上述三种解调方法中选择PLL电路。

四、单元电路设计

4.1 调制部分

要将基带信号NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立的频率源的真的作为输出。键控法产生的FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过度频率，它的转换速度快，波形好。

模拟开关电路

输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到FSK已调信号。

 

                                                                                                    

           图4   模拟开关电路

                                                                    

                   

 图4.1  模拟开关电路

射随选频电路

 

                图4.2   射随选频电路

电路中的两路载频由内时钟函数发生器产生，分别经射随、LC选频再送至模拟开关。

LC选频电路函数：

   最终可得到调制电路如下：

                       图4.3   调制部分电路

4.2  解调部分

模拟乘法器

   模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（电流或电压）相乘作用的电子器件。它具有两个输入端对和一个输出端队，是三端对有源器件，它有两个输入端口，即X和Y输入端口。

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无级通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。

根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的弹片集成相乘器MC1496是四象限的乘法器。

图4.4   MC1496的内部电路

其中V7、R、V8、R2、V9、R3和R5等组成多路电流源电路，V7、R5、R1为电流源的基准电路，V8、V9分别供给V5、V6管恒值电流I0/2,R5为外接电阻，可用以调节I0/2的大小。由V5、V6两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻RY,利用RY负反馈作用，以扩大输入电压U2的动态范围。RC为外接负载电阻。

根据差分电路的工作原理，可以得到：

                 (3-3)

                 (3-4)

                  (3-5)       

锁相环工作原理

锁相环是个相位误差控制系统。它比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差， 从而产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率，以达到与输入信号同频。在环路开始 工作时，如果输入信号频率与压控振荡器频率不同，则由于两信号之间存在固有的频率 差，它们之间的相位差势必一直在变化，结果鉴相器输出的误差电压就在一定范围内变 化。在这种误差电压的控制下，压控振荡器的频率也在变化。若压控振荡器的频率能够 变化到与输入信号频率相等，在满足稳定性条件下就在这个频率上稳定下来。达到稳定 后，输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零，相差不再随时间变化，误差电压 为一固定值，这时环路就进入“锁定”状态。这就是锁相环工作的大致过程。 
    以上的分析是对频率和相位不变的输入信号而言的。如果输入信号的频率和相位在 不断地变化，则有可能通过环路的作用，使压控的频率和相位不断地跟踪输入频率的变 化。 
    锁相环具有良好的跟踪性能。若输入FM信号时，让环路通带足够宽，使信号的调制 频谱落在带宽之内，这时压控振荡器的频率跟踪输入调制的变化。 
    对于锁相环的详细分析可参阅有关锁相技术的书籍。在此仅说明锁相环鉴频原理。 可以简单地认为压控振荡器频率与输入信号频率之间的跟踪误差可以忽略。因此任何瞬 时，压控振荡器的频率ωv(t)与FM波的瞬时频率ωFM(t)相等。 FM波的瞬时角频率可表示为 假设VCO具有线性控制特性，其斜率Kv（压控灵敏度）为（弧度／秒·伏），而VCO在Sd (t)＝0时的振荡频率为ωo’，则当有控制电压时，VCO的瞬时角频率为 
令上两式相等，即ωv(t)≈ωFM(t)，可得 其中ωo为FM波的载频，ωo’为压控振荡器的固有振荡频率，两者皆为常数。因此上式 
第一项为直流项，可用隔直元件消除，或者开始时已经把压控振荡器的频率调整为ωo= ωo’。因此上式还可进一步写成 可见，锁相环输出，除了常系数Kf／Kv之外，近似等于原调制波形f(t)，因而达到频率 解调的目的。

 

                图4.5   解调部分电路

五、Multisim的仿真

载波频率f1=8KHZ 载波幅值 5mv

载波频率 f2=16KHZ 载波幅值 5mv

5.1  解调电路

利用Multisim仿真结果如下：

                      图5.1   调制部分仿真结果

5.2  调制电路

                         图5.2   解调部分仿真结果

5.3  结果分析

经对比，仿真结果与计算结果存在差异，幅值在传输过程中存在损耗，即并不是完全与计算结果所得幅值相同，而是低于1/2.解调后波形的失真是由于载波并不能完全达到同步。

六、注意事项

1、调制模块中，如果调制结果不明显，可以加大载波频率，一般来说载波频率要比基带频率大得多。

2、在选择带通滤波器的参数时候严格按照需要的频率范围取值，通过计算载波和基带信号的频率可以得出频率范围取值。

3、在整个仿真过程中，各模块的参数设置十分重要，一定要设置合适的参数，才会得出所需的信号。

4、由于电路中选择的芯片作用，相乘器的最大容许输入电压与电路中本机振荡电压相差不大，致使产生的解调信号波形产生少许失真。

5、在乘法器的输出端口有少许的载频泄漏，在低通滤波器滤除时仍然留有少许，对解调出的波形产生干扰，从而产生少许失真。

6、信号传递过程中，频率和相位偏移都会影响波形的质量，从而产生失真。

七、总结

经过为期两周的课程设计，在同学和老师的帮助下我顺利的完成任务。不同于在教室上的理论，这次的课程设计需要将我们平时学习的知识学以致用因为是以所学理论为基础，所以在课程设计的过程中，我又重温了２ＦＳＫ的调制与解调等知识，更加熟悉了Ｍｕｌｔｉｓｉｍ的基本功能和操作，学会了独立建立模型，分析调制与解调结果，和加入噪声之后的情况，通过自己不断地调试，更好的理解加入噪声对信道的影响。

通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了实际操作能力，综合素质也得到了提高，进一步加深了我们对专业的认识和激发了我们对专业的兴趣。同时也锻炼了我们独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。而且本次设计有自己和队友共同完成。加强了和别人沟通的能力已经团队精神，对我们走向社会是个很好的锻炼。

参考文献

[1] 《通信电子线路》  主编：刘泉   武汉理工大学出版社

[2] 《电子线路设计、实验、测试》   主编：谢自美   华中理工大学出版社

[3] 《电子技术基础》  主编：康华光   高等教育出版社

[4] 《通信原理》  主编：樊昌信 曹丽娜   国防工业出版社

[5] 《电脑辅助电路设计－multisim2001》  主编：韦思健   中国铁道出版社

[6] 《扩展频谱通信及其多址技术》  主编：曾兴雯   西安电子科技大学出版社

[7] 《通信原理与通信技术》  主编：徐国平   电子工业出版社

[8] 《通讯原理教程》  主编：樊昌信    电子工业出版社  

[9] 《Multisim进行电子电路设计的教学研究》  主编：余群   人民邮电出版社 

[10] 《通信电子线路》  主编：侯丽敏   清华大学出版社

附：元器件引脚说明

                      模拟开关4066BD引脚图

模拟乘法器MC1496引脚图