同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)唐院

1、高頻電子線路課程設(shè)計前言調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號的過程，通常稱為檢波。檢波廣義的檢波通常稱為解調(diào)，是調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波提取調(diào)制信號的過程。檢波器的作用是從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出原調(diào)制信號。常用的檢波方法有包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，無法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，所以采用同步檢波方法。同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號進(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點是必須外加一個與載波同頻同相得恢復(fù)載波信號。同步檢波器可用以對一般調(diào)幅信號、平衡調(diào)幅信號、單邊帶調(diào)幅信

2、號等進(jìn)行檢波的檢波器。相干解調(diào)有兩種實現(xiàn)電路：一種是由乘法器和低通濾波器組成；另一種將輸入信號與同步信號疊加再經(jīng)二極管包絡(luò)檢波器，解調(diào)出低頻信號。同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號進(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點是必須外加一個與載波同頻同相得恢復(fù)載波信號。同步檢波器可用以對一般調(diào)幅信號、平衡調(diào)幅信號、單邊帶調(diào)幅信號等進(jìn)行檢波的檢波器。相干解調(diào)有兩種實現(xiàn)電路：一種是由乘法器和低通濾波器組成；另一種將輸入信號與同步信號疊加再經(jīng)二極管包絡(luò)檢波器，解調(diào)出低頻信號。課程設(shè)計作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法，增加集成

3、電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。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)行解調(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。外加載波信號電壓加入同步檢波器有兩種方法：疊加型和乘積型。低通濾波器調(diào)制信號檢波器已調(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。乘

4、法器低通濾波器 調(diào)制信號器 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。 若是一常數(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。若是隨時間變化的, 即同步信號與發(fā)射端載波之間的相位差不穩(wěn)

5、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,所以包絡(luò)檢波法不適用, 而同步檢波是進(jìn)行雙邊帶調(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1-3所示。包絡(luò)檢波器調(diào)制信號器 加法

6、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若，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）假若滿足一定的條件，失真可以減小到允許值若滿足，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

7、二次諧波失真系數(shù)，用表示，其值為若要求則要求所以當(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，為將限制在允許的范圍內(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，濾波部分電路采用帶有反饋的有緣帶通濾波器。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

8、.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)檢波部分由電阻和電容正確組合，調(diào)試數(shù)據(jù)得

9、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）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)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、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。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)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計。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。Multisim

10、 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)行處理和分析。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，同時能方便的對元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器

11、以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。 3.強(qiáng)大的仿真能力：以SPICE3F5和Xspice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)行優(yōu)化； 4.豐富的測試儀器：提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動作的測量；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，分析范圍很廣，從基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部分的自動執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進(jìn)行原型開發(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

12、：對分析結(jié)果進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作類型包括算術(shù)運(yùn)算、三角運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)行、對數(shù)運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算、向量運(yùn)算和邏輯運(yùn)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、交叉報表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；輸出仿真結(jié)果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網(wǎng)絡(luò)表文件；向前和返回注。3.2電路的仿真1.乘積型電路的設(shè)計(1)DSB電路圖3-1 乘積型DSB仿真電路圖(2)SSB電路圖3-2 乘積型SSB仿真電路圖2.疊加型電路的設(shè)計（1）DSB電路圖3-3 疊

13、加型DSB仿真電路圖（2）SSB電路圖3-4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

14、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，加深與鞏固了我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，并將其綜合運(yùn)用，提高了我們綜合運(yùn)用知識的能力，還給了我們將理論運(yùn)用于實踐的機(jī)會；另一方面，培養(yǎng)了我們對專

15、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，無法直接從雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號中提取參考信號。為了產(chǎn)生同頻同相的本地同步載頻信號，往往在發(fā)射機(jī)發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的同時，附帶發(fā)射一個載頻信號，其功率遠(yuǎn)低于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的功率，通常稱為導(dǎo)頻信號。當(dāng)本地載頻信號與輸入信號的載頻不能保持同步時，檢出的低頻信號將產(chǎn)生頻率失真和相位失真。這次課程設(shè)計需要注意的是，每個環(huán)節(jié)必須認(rèn)真進(jìn)行，考慮到實際情況，如果某模塊電路沒有設(shè)計好，或者存在錯誤，總的電路必然會受到影響。有時候會因為一個極小的疏忽而導(dǎo)致整個電路無法運(yùn)行，例如，在仿真過程中由于忘記接地導(dǎo)致電路總是無法運(yùn)行。另外，該課程設(shè)計也要求我們具備扎實的理論知識，只有具備扎實的理論基礎(chǔ)，才能設(shè)計出正確簡單的電路，才能保證實驗的成功。通過這次課程設(shè)計，我基本掌握了用multisim仿真軟件仿真電路圖并進(jìn)行仿真分析，且初步掌握了電子電路的設(shè)計方法，在以后的學(xué)習(xí)中還需多加練習(xí)，熟練掌握，為以后的工作作準(zhǔn)備。其次，設(shè)計報告的書寫也是此次課程設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。可以說設(shè)計的好壞都取決于設(shè)計報告的好壞。書寫報告是對w