小功率無線調(diào)頻立體聲發(fā)射機畢業(yè)設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上UNIVERSITY OF TECHNOLOGY畢業(yè)設計題 目 小功率無線調(diào)頻立體聲發(fā)射機設計 學生姓名 xx 學 號 0825 專業(yè)班級 通信工程班 指導教師 xx 學 院 計算機與通信學院 答辯日期 2012年6月11日 小功率無線調(diào)頻立體聲發(fā)射機設計Low-power FM stereo transmitter designxx專心-專注-專業(yè)前 言近年來我國的調(diào)頻廣播技術得到了迅猛發(fā)展，在生活中的每個角落都可以找到它的蹤影。比如，有的校園為了讓學生練習英語聽力，就裝設了小功率調(diào)頻發(fā)射機，每個學生配備無線收聽設備。校園內(nèi)還可以安裝大功率調(diào)頻廣播音箱。進入20世紀

2、90年代后，調(diào)頻廣播技術有了長足的進步。調(diào)頻廣播雖然音質(zhì)好，可以實現(xiàn)立體聲廣播，但是覆蓋范圍有限。從世界范圍來看，數(shù)字化將是廣播技術發(fā)展的必然進程，而其中的數(shù)字音頻廣播（DMB）則將會成為繼傳統(tǒng)的調(diào)幅、調(diào)頻廣播之后的第三代廣播，其原主要因在于：數(shù)字壓縮技術的成熟及大量推廣應用。在不影響主觀質(zhì)量評價的前提下，其音頻碼率可以壓縮近10倍，圖像碼率可以壓縮100以上；高效的數(shù)字調(diào)制技術和糾錯編碼技術同樣得到了高速發(fā)展，前者使射頻的頻譜利用率達到56bit/HZ以上，后者則使信號處理和傳輸更加可靠；微電子技術完善和成熟，隨著深亞微米級大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝及技術的不斷進步，使得各種對數(shù)字音頻信號的處理

3、手段，像壓縮編碼、調(diào)制、差錯控制等技術不僅在方法上已成熟，而且其硬件實現(xiàn)也已經(jīng)能夠滿足廣播業(yè)發(fā)展的實際需要。在當今的調(diào)頻廣播發(fā)送技術中，為了適應對發(fā)射機輸出頻率穩(wěn)定度和頻率準確度的嚴格要求，以及方便更換發(fā)射機頻率的需要。為此設計了一種具有鎖相功能的調(diào)頻廣播發(fā)射機，通過撥碼開關控制頻率鎖相環(huán)，可以靈活地改變發(fā)射頻率。 本設計分為六大部分，詳細介紹了立體聲調(diào)頻發(fā)射機硬件的設計過程。在設計過程中閱讀了大量的有關書籍和論文，在此向這些書籍和論文的作者表示感謝。摘 要利用無線通信信道的遠距離語音傳輸業(yè)務，是近年來發(fā)展很快的一門技術。由于語音業(yè)務對誤碼不敏感，可以采用調(diào)頻方式發(fā)送信息。調(diào)頻發(fā)射器可以使音頻

4、信息傳送到附近的任意FM接收機。本設計選擇了ROHM的BH1417F集成電路產(chǎn)生調(diào)頻調(diào)制發(fā)射信號的頻率。芯片的主要特征:體積小，準確性高，而且容易產(chǎn)生發(fā)射頻率。這個系統(tǒng)的各個部分可以進行深入的獨立設計研究，本設計把它們組合成一個典型的調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)。 本設計使用模擬調(diào)頻技術，在88MHz-98MHz的頻段上，實現(xiàn)了線路輸入語音信號的小功率遠距離單工發(fā)送。系統(tǒng)發(fā)射功率大約20mW，發(fā)射距離大于100m，本系統(tǒng)可實現(xiàn)保真度較高的語音傳輸。關鍵詞：調(diào)頻；語音傳輸；ROHM； BH1417FAbstract The remote audio service code through wireless c

5、ommunication channels is a fast developing technology in recent years. As the audio service code is not sensitive to the mistaken code, the frequency modulation can be used to send information. The FM Transmitter will allow almost any audio source to be transmitted to any nearby FM receiver. The ROH

6、M BH1417F integrated circuit was chosen to create the frequency modulated audio output signal. Chip features include: small size, accuracy, and easily programmed transmission frequency. These system components have been thoroughly researched separately and are now in the process of being integrated

7、to produce a working prototype FM Transmitter. The simulating frequency modulation technique was adopted in the design .In the frequency interval of 88MHz-98 MHz, the audio signals can be sent out and received with the small power in a long distance .The emissive power of the system is about 20mW an

8、d the emissive distance is more than 100m.This system can achieve high fidelity audio transmission. Key Words：frequency modulation；audio transmission； ROHM BH1417F目錄第1章 緒論1.1 概 述調(diào)頻廣播經(jīng)歷了六十多年的發(fā)展，技術上已經(jīng)比較成熟，但大多數(shù)調(diào)頻發(fā)射機仍然存在發(fā)射頻率固定單一的問題。由于國家對無線廣播頻段的劃分和管理，使得不同地區(qū)有不同頻段的發(fā)射權，每個單位所分配的發(fā)射頻率也是不一樣的。因此不同用戶對發(fā)射頻率的要求各不相同，

9、但是廠商不可能生產(chǎn)頻率各異的發(fā)射機，這樣明顯不符合工業(yè)批量生產(chǎn)的要求。那么就需要使發(fā)射機按照使用者的意愿，在一定頻帶范圍內(nèi)靈活地改變發(fā)射頻率。這樣用戶就可以根據(jù)具體情況來設定載波頻率。本文中設計的數(shù)字立體聲調(diào)頻發(fā)射機就可以解決這一問題。為了實現(xiàn)精準的數(shù)字化控制并達到立體聲收音效果，本設計使用了專用發(fā)射芯BH1417F。1.2 研究意義 目前各大中型學校，普遍利用調(diào)頻發(fā)射機進行英語聽力訓練和考試。如果在發(fā)射聽力信號前，發(fā)現(xiàn)在預置發(fā)射頻道上受到強烈干擾，使用本文所設計的發(fā)射機就可以自由改變載波頻率，另外選擇一個頻道發(fā)送信號，操作簡單快捷，同時又不會干擾覆蓋范圍之外的聽眾正常收音。而且校園廣播覆蓋的

10、范圍較小，沒有必要采用大功率的發(fā)射機，所以本設計非常適用于校園無線調(diào)頻廣播教學。該發(fā)射機采用立體聲調(diào)頻技術和數(shù)字化控制技術，聽眾能感覺到強勁的立體聲效果，并且成本不高，對推廣這種產(chǎn)品很有利，所以該題目有一定的研究價值。1.3 設計要求本設計的任務是設計一臺小功率無線立體聲調(diào)頻發(fā)射機，相關技術指標要求如下：1、基本要求：（1） 發(fā)射信號類型：調(diào)頻信號，20Hz20KHz音頻信號。（2） 采用的主要發(fā)射技術方案：立體聲發(fā)射，方式自定；（3） 發(fā)射頻率范圍：88-108MHz，任選一個或多個頻點；（4） 頻率穩(wěn)定度：10ppm；（5） 有效范圍： 100米；第2章 系統(tǒng)設計方案本章制定了設計流程；提

11、出了系統(tǒng)設計方案，并逐一進行了方案對比論證。2.1 設計流程為了能夠順利完成任務，本設計按照以下流程來進行：（1）提出系統(tǒng)設計方案：收集資料，提出系統(tǒng)設計方案。（2）完成硬件電路設計：掌握調(diào)頻原理，熟悉相關芯片的數(shù)據(jù)手冊，參考相關電路，完成硬件電路設計。（3）電路圖繪制與硬件調(diào)試：繪制原理圖，并模擬整機調(diào)試。（4）組建測試系統(tǒng)：模擬測試本設計所要實現(xiàn)的功能和技術指標。2.2 系統(tǒng)組成它調(diào)頻發(fā)射機框圖如圖1所示，該調(diào)頻發(fā)射機是以bh1417鎖相環(huán)調(diào)頻立體聲發(fā)射模塊為核心的校園型調(diào)頻發(fā)射機，具備話筒輸入和線路輸入多種音源的輸入方式，因此信號源的取選方式是多樣的，輸入的信號經(jīng)過bh1417集成塊內(nèi)部

12、的調(diào)制、解碼和鑒相后再經(jīng)過內(nèi)部的射頻放大器放大，信號輸出到射頻功率放大器放大后發(fā)射，并輸送至校園內(nèi)的喇叭。左聲道輸入低通濾波器右聲道輸入BH1417鎖相環(huán)調(diào)頻立體聲發(fā)射高頻功率放大校園喇叭 圖2.1 系統(tǒng)結構框圖2.3 方案論證1.立體聲調(diào)頻發(fā)射模塊的設計方案論證與選擇方案一：采用MAX2606調(diào)頻發(fā)射芯片做調(diào)率發(fā)射電路方案，MAX2606采用SOT230-6微型封裝，應用電路如圖2-1所示，它的平均頻率由L1設置，390H的電感可將中心頻率設定在100MHz。調(diào)節(jié)電位器RP1則可以在88至108 MHz的FM波段選擇一個頻道作為發(fā)射輸出功率。輸出功率對50的天線約為-21dB。圖中的兩個IN

13、PUT端接在功放機左右線路（LINE）輸出端，左右聲道音頻信號均通過22k相加，并被電位器RP1衰減后，由腳送入MAX2606的內(nèi)部振蕩電路，經(jīng)過調(diào)制后的射頻信號從腳輸出到發(fā)射天線，由于輸入信號幅度高于60時將產(chǎn)生失真，因此使用電位器RP2將信號衰減到該電平以下。發(fā)射天線可以用一段75cm的電線充當。此時發(fā)射距離約為50米。為保證最佳接收效果，它最好與接收天線平行安裝。MAX2606可工作于3至5的單電源，但最好采用穩(wěn)定的電壓，尤其是0.01F的退耦電容不能省略，以減少頻率漂移和噪聲，所以MAX2606的缺點就是有頻率漂移和噪聲。圖2.2 基于MAX2606調(diào)頻發(fā)射芯片的調(diào)率發(fā)射電路方案二：采

14、用BA1404調(diào)頻發(fā)射芯片做立體聲調(diào)率發(fā)射電路方案，應用電路如圖2-2所示，BA1404主要由前置放大器（AMP），立體聲調(diào)制器（MPX），F(xiàn)M調(diào)制器及射頻放大器組成。立體聲前置級分別為兩個聲道的音頻放大器。輸入為0.5mV時,增益高達37dB,頻帶寬度為19KHz,如輸入信號存在頻率高于19 KHz 成分,則必須在輸入端加一個低通濾波器,否則兩個聲道的分離度會下降。BA1404對于一般的調(diào)頻發(fā)射已經(jīng)夠了,但它卻有一個致命的缺點:沒有鎖相環(huán)電路,即PLL,容易跑頻。圖2.3 基于BA1404調(diào)頻發(fā)射芯片的立體聲調(diào)率發(fā)射電路方案三：采用BH1417F調(diào)頻發(fā)射芯片做調(diào)率發(fā)射電路方案，應用電路如圖2

15、-4。BH1417F是由提高信噪比（S/N）的預加重電路、防止信號過調(diào)的限幅電路、控制輸入信號頻率的低通濾波電路（LPF）、產(chǎn)生立體聲復合信號的立體聲調(diào)制電路、調(diào)頻發(fā)射的鎖相環(huán)電路（PLL）組成。BH1417F的頻率特性非常出色，它能達到40dB的分離度，傳送的音質(zhì)可與本地調(diào)頻電臺比美，適合用于一些對音頻指標很高的系統(tǒng)中。圖2.4 基于BH1417F調(diào)頻發(fā)射芯片的調(diào)頻發(fā)射電路經(jīng)過仔細的分析論證，決定采用第四種方案，因為第四種方案中BH1417F解決了上述方案的缺點，同時我們平時也用BH1417F芯片做過調(diào)頻發(fā)射這個模塊。BH1417F可由并行數(shù)據(jù)設置端改變發(fā)射頻率，比較容易實現(xiàn)硬件和軟件結合。

16、 2、壓控振蕩器的設計方案論證與選擇方案一：采用分立元件構成。利用低噪聲場效應J310作振蕩管，用兩對變?nèi)荻O管作壓控器件，直接接入振蕩回路，電路屬于電感三點式振蕩器。圖2-2為其簡化電路圖。該方法實現(xiàn)簡單，但是調(diào)試相當困難，而且不能靈活控制輸出頻率。 圖2.5 分立元件構成的VCO簡化電路方案二：采用自帶壓控振蕩器的集成芯片和變?nèi)荻O管KV1471E，外接一個LC諧振回路構成變?nèi)荻O管壓控振蕩器。選取適當?shù)碾姼?，便可改變BH1417F的輸出頻率。由于采用了集成芯片，電路設計簡單，系統(tǒng)可靠性高，并且利用鎖相環(huán)頻率合成技術可以使輸出頻率穩(wěn)定度進一步提高。所以本設計采用方案二。3、頻率合成器的設計

17、方案論證與選擇頻率合成是整機的核心，為了得到高度穩(wěn)定的頻率輸出，并且輸出頻率可調(diào)，可以采用鎖相環(huán)頻率合成技術，輸出頻率穩(wěn)定度與晶振的穩(wěn)定度相當，達到10-5，頻率可以為任意值。此技術采用撥碼開關來實現(xiàn)控制。方案一：模擬鎖相環(huán)路法，通過環(huán)式的減法降頻，將VCO的頻率降低，與參考頻率進行鑒相。優(yōu)點是：可以得到任意小的頻率間隔；鑒相器的工作頻率不高，頻率變化范圍不大，比較好做，帶內(nèi)帶外噪聲和鎖定時間易于處理。不需要昂貴的晶體濾波器。頻率穩(wěn)定度與參考晶振的頻率穩(wěn)定度相同。缺點是分辨率的提高要通過增加循環(huán)次數(shù)來實現(xiàn)，電路超小型化和集成化比較困難。方案二：數(shù)字鎖相環(huán)路法，如圖2-3所示，通過數(shù)字邏輯電路，

18、把壓控振蕩器（VCO）的頻率降低到鑒相器的參考頻率上，采用的是除法降頻。除具有方案一的優(yōu)點外，克服了方案一的缺點，還能與靈活方便的數(shù)字電路結合，做成數(shù)控可變分頻，得到任意的頻率，并且便于集成化，大大簡化電路連線，縮短電路制作時間，降低整機體積。綜合考慮，本設計采用方案二。參考分頻器晶振鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器可編程分頻器參考頻率輸出頻率圖2.6 數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成原理5、功率放大電路方案選擇與論證方案一：采用集成功放，放大倍數(shù)比較理想，性能好，體積小，但是價格比較高方案二：采用晶體管組建放大電路，放大倍數(shù)小，電路復雜，價格低廉。由于本設計放大倍數(shù)要求不高，決定采用方案二。7、電源方案選擇與論

19、證BH1417F的正常工作電壓為5V直流電壓，運放和三極管則需要9V直流電壓，所以需對市電進行變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，為系統(tǒng)提供這兩種直流電壓。方案一：采用變壓器將220V交流電變換為12V交流電，再進行全波整流、濾波，最后用三端穩(wěn)壓管LM7809和LM7805進行穩(wěn)壓，可分別得到9V和5V。方案二：采用電源模塊得到12V直流電壓輸出，再通過三端穩(wěn)壓集成芯片進行穩(wěn)壓，得到兩種輸出電壓。方案一簡單易行，且成本低，本設計采用方案一。第3章 器件及其選擇本章介紹了調(diào)頻發(fā)射部分的器件及選擇。 3.1 調(diào)頻立體聲(1) 什么是立體聲 一個雙耳健全的人坐在音樂廳內(nèi)，可以聽到交響樂隊演奏樂曲的旋律和強弱遠近

20、的變化，并能判斷出是何種樂器發(fā)出的聲音，甚至能判斷出各種樂器在舞臺上的位置，即便閉上眼睛，也可以用雙耳判定聲音發(fā)出的大致方位及聲源的遠近距離。由此我們認識到：人們所感覺到的這種層次分明，具有立體感，方位感的音響效果，就是通常所說的立體聲。請注意，上述的“雙耳健全”這幾個字，如果你只用一只耳朵聽音樂會，那絕不會有立體聲的感覺，只有利用雙耳，才能判斷出聲源的位置，才能有聲音的立體感和方向感。所以立體聲是建立在雙耳效應的基礎上的。(2) 調(diào)頻立體聲及特點： 用兩個傳聲器分別檢拾左右兩部分聲音信號，并將左右兩個聲道的信號按一定方式進行編碼，然后調(diào)制在同一副載波上，再用調(diào)頻的方式調(diào)制在主載波上并發(fā)送出。

21、這樣的廣播，一個電臺能同時播送左右兩個聲道的信號，稱為調(diào)頻立體聲廣播。由于調(diào)頻(FM)方式比調(diào)幅(AM)方式具有抗干擾能力強、信噪比高、頻帶寬、音質(zhì)好、容量大等優(yōu)點，所以立體聲廣播的主載波采用調(diào)頻的方式。按照對副載波和主載波的調(diào)制方式，調(diào)頻立體聲廣播可分為AM-FM和FM-FM方式。前者又分為導頻制和極化調(diào)制制兩種。但是，不論哪一種制式，都必須考慮能與單聲道調(diào)頻廣播兼容，即調(diào)頻單聲道收音機可以收聽調(diào)頻立體聲廣播，調(diào)頻立體聲收音機也可以收聽調(diào)頻單聲道廣播(但沒有立體聲效果)。只有調(diào)頻立體聲收音機收聽調(diào)頻立體聲廣播時，才有聲音的立體感。目前，國際上較為普及的立體聲廣播都是雙聲道的，而且使用最多的是

22、采用導頻制式，我國也采用這種制式。國際調(diào)頻廣播的標準頻段規(guī)定為87108MHz，我國、美國、歐洲一些國家就采用了這一標準頻段。也有些國家不采用這一頻段，如蘇聯(lián)(采用64.573MHz)、日本(采用7690MHz)及西歐的一些國家(采用87.5104MHz)。(3) 調(diào)頻立體聲廣播的實現(xiàn)： 在導頻制立體聲廣播中，為了實現(xiàn)兼容，廣播電臺須先將左(L)、右(R)兩聲道的信號，用矩陣電路變換成和信號(L+R)和差信號(L-R)。和信號相當于普通單聲道調(diào)頻廣播的信號。普通單聲道調(diào)頻收音機收到這個和、差信號之后，只能解調(diào)出和信號來，和信號已經(jīng)包括了節(jié)目的全部內(nèi)容，但不是立體聲的，不能把左、右分離開。立體聲

23、收音機收到這個和、差信號，通過的立體聲解調(diào)器(解碼器)，將左、右信號分離開，聽到的是具有立體感的節(jié)目。 3.2 調(diào)頻基本原理調(diào)頻是模擬角度調(diào)制的一種，屬于非線性頻率變換。設高頻載波，調(diào)制信號為，調(diào)頻中已調(diào)信號的頻譜與調(diào)制信號頻譜之間不存在線性對應關系，而是產(chǎn)生出與頻譜搬移不同的新頻率分量，故呈現(xiàn)出非線性特征。在連續(xù)波調(diào)制中，未調(diào)載波可以表示為：如果幅度不變，起始相位為0，而瞬時角頻率是調(diào)制信號的線性函數(shù)，則這種調(diào)制方式稱為頻率調(diào)制。其瞬時角頻率偏移為： （3-1）瞬時角頻率L： （3-2）調(diào)頻信號表示為： （3-3）若則 （3-4） 其中調(diào)頻指數(shù)： （3-5） 展開（3-4）后再由第一類n階貝

24、塞爾函數(shù)作為三角級數(shù)的系數(shù)，可以得到 （3-6）它的傅氏變換即為頻譜 （3-7）可見調(diào)頻信號的頻譜中含有無窮多個頻率分量。3.3 調(diào)頻發(fā)射芯片表3-1 BH1417F引腳屬性表引腳屬性電壓引腳屬性電壓1左聲道信號輸入端1/2 22右聲道信號輸入端1/2 2、21加重時間調(diào)整端1/2 3、20低通濾波器調(diào)整端1/2 4濾波器端1/2 5復合信號輸出端1/2 6地GND7鎖相環(huán)輸出端-8電源正極9高頻振蕩器輸入端4/710高頻地GND11高頻信號輸出-1.912鎖相環(huán)電源正極13、14晶體振蕩器輸入端-15傳送使能CE-16傳送時鐘CK-17傳送內(nèi)容DA-18靜音MUTE-19導頻信號調(diào)整端1/2

25、 調(diào)頻還需要一些輔助電路，才能夠達到較好效果，所以本設計選用了一款專用發(fā)射芯片BH1417F，因為它具有下列優(yōu)點：1.芯片簡介BH1417F 是一種無線音頻傳輸集成電路，它可以將計算機聲卡、游戲機、CD、DVD、MP3、調(diào)音臺等立體聲音頻信號進行立體聲調(diào)制發(fā)射傳輸，配合普通的調(diào)頻立體聲接收機就可實現(xiàn)無線調(diào)頻立體聲傳送。適合用于生產(chǎn)立體聲的無線音箱、無線耳機、CD、MP3、DVD、PAD、筆記本計算機等的無線音頻適配器開發(fā)生產(chǎn)。這個集成電路是由提高信噪比（S/N）的預加重電路、防止信號過調(diào)的限幅電路、控制輸入信號頻率的低通濾波電路（LPF）、產(chǎn)生立體聲復合信號的立體聲調(diào)制電路、調(diào)頻發(fā)射的鎖相環(huán)電

26、路（PLL）組成。2.特點1）將預加重電路、限幅電路、低通濾波電路（LPF）一體化，使音頻信號的質(zhì)量比分立元件的電路（如：BA1404、NJM2035等）有很大改進。2）導頻方式的立體聲調(diào)制電路。3）采用了鎖相環(huán)鎖頻并與調(diào)頻發(fā)射電路一體化，合發(fā)射的頻率非常穩(wěn)定。4）采用了撥碼開關直接頻率設定，可設定70-120MHz頻率，使用上非常方便。 3.結構圖圖3.1 BH1417F結構原理圖圖3.2元器件的尺寸以及封裝4.芯片各引腳位的內(nèi)部結構圖表3-2 BH1417個管腳內(nèi)部結構圖腳位屬性電路電壓1左聲道信號輸入端1/2Vcc22右聲道信號輸入端1/2Vcc2、21加重時間調(diào)整端1/2Vcc3、20

27、低通濾波器調(diào)整端1/2Vcc4濾波器端1/2Vcc5復合信號輸出端1/2Vcc6地GND7鎖相環(huán)輸出端8電源正極Vcc9高頻振蕩器輸入端4/7Vcc10高頻地GND11高頻信號輸出Vcc-1.912鎖相環(huán)電源正極Vcc13、14晶體振蕩器輸入端15傳送使能CE16傳送時鐘CK17傳送內(nèi)容DA18音頻靜音MUTE19導頻信號調(diào)整端1/2Vcc 5.電路應用說明（1）預加重電路預加重電路是一個非線性音頻放大器，它的內(nèi)部工作點為1/2 Vcc，因為它是非線性放大器，所以輸入阻抗取決為內(nèi)部電阻R3=43K，預加重時間取決于內(nèi)部電阻R2=22.7K 和外部電容C1=2200p。圖3.3 預加重電路時間常

28、數(shù)=C1R2R1=1K 是一個限流電阻，防止自激的產(chǎn)生。（2）限幅電路圖 3.4 限幅電路限幅電路是由二極管限幅的反相放大器組成，它的內(nèi)部工作點為1/2 Vcc。（3）低通濾波電路低通濾波電路是由二階低通反饋放大電路組成，它的分頻點為15KHz。圖 3.5 低通濾波電路公式如下:Cf=1/0 Rf （3-8） C1=3Q Cf （3-9） C2=Cf/3Q （3-10） 運算過程如下：Q=0.577、0=1.274 、fc=15KHzR1=R2=R3=Rf=100KCf=1/0 Rf=1/（2X1.274X15KX100K）=83.28pFC1=3Q Cf =3X0.577X83.28pF=1

29、44pF150pFC2=Cf/3Q=83.28p/(3X0.577)=4850pF（4）立體聲調(diào)頻音頻信號從第1腳和第22腳輸入后通過預加重電路、限幅電路和低通濾波電路后送到混合器（MPX）中，另外由第13、14腳接入7.6MHz晶體的振蕩電路通過200分頻后產(chǎn)生的38KHz副載波信號，同時38KHz副載波通2分頻產(chǎn)生的19KHz導頻信號。音頻信號和38KHz的副載波信號被多路復合器進行了平衡調(diào)制，產(chǎn)生了一個主信號（L+R）和一個通過DSB 調(diào)制的38KHz 副載波信號（L-R），并與19KHz導頻信號組成復合信號從第5腳輸出。53K5015K19K23K38K10075副信道（L-R）804

30、0調(diào)制度（）10067.56033.75207.5040導頻信號主信道（L+R）調(diào)制頻率（HZ）圖 3.6 導頻方式的調(diào)頻立體聲廣播頻帶結構圖（5）FM發(fā)射電路FM發(fā)射電路采用穩(wěn)定頻率的鎖相環(huán)系統(tǒng)。這一部分由高頻振蕩器、高頻放大器及鎖相環(huán)頻率合成器組成。調(diào)頻調(diào)制由變?nèi)荻O管組成的高頻振蕩器實現(xiàn)，高頻振蕩器是一個鎖相環(huán)的VCO，立體聲復合信號通過它直接進行調(diào)頻調(diào)制。圖3.7 FM發(fā)射電路高頻振蕩器是由第9腳外部的LC 回路與內(nèi)部電路組成，振蕩信號經(jīng)過高頻放大器從11腳輸出，同時輸送到鎖相環(huán)電路進行比較后從第7腳輸出一個信號對高頻振蕩器的值進行修正，確保頻率穩(wěn)定。一但頻率超過鎖相環(huán)設定的頻率，第7

31、 腳將輸出的電平變高；如果是低于設定頻率，它將輸出的電平變低；相同的時候，它的電平將不變。6.調(diào)頻發(fā)射的基本原理A、數(shù)據(jù)信號發(fā)送方：圖 3.8 數(shù)據(jù)傳送方式B、數(shù)據(jù)內(nèi)容說明：表3-3 數(shù)據(jù)內(nèi)容說明順序數(shù)據(jù)說明1PR-CTL頻率控制字D0-D10D0為低位D10為高位，其值為實際發(fā)射頻率除以100KHz 的十六進制值。比如99.7MHz，則為9700KHz100KHz=997轉為16進制后則為3E5，字位如下：2OM-CTL立體聲控制MONO設為1時開啟立體聲，設0時關閉立體聲3PD-CTLPD 輸出控制PD0、PD1設定PLL輸出狀態(tài)PD0PD100正常模式01輸出低10輸出高11高阻態(tài)4出廠

32、測試正常模式下，必須將T0設為1，T1設為0第4章 系統(tǒng)硬件設計本章將介紹各單元電路的設計，主要介紹立體聲調(diào)頻發(fā)射電路、功率放大電路、電源電路。4.1 立體聲調(diào)頻發(fā)射電路設計圖4.1 立體聲調(diào)頻發(fā)射電路原理框圖圖4.2 立體聲調(diào)頻發(fā)射電路4.1.1 立體聲調(diào)頻發(fā)射電路立體聲調(diào)頻電路如圖4-2所示，立體聲信號通過1、22引腳輸入，配合2、3、20、21這幾個引腳外部的阻容組合，完成立體聲信號的低通濾波、預加重和調(diào)制，調(diào)制后的復合信號通過5腳輸出。15、16、17、18引腳輸入的頻率代碼經(jīng)過解碼和鑒相后，由7腳輸出PLL振蕩器的控制信號VCO。此VCO控制外部由分立元件組成的高頻振蕩電路，產(chǎn)生FM

33、調(diào)頻的載波信號，并通過兩個三極管9018的組合電路對5腳輸出的復合立體聲信號進行FM頻率調(diào)制。調(diào)制后的信號通過9腳輸入到BH1417，經(jīng)過內(nèi)部的射頻放大器放大后的射頻信號由11腳輸出。輸出后的信號能夠直接接到發(fā)射天線上進行發(fā)射，或輸入到射頻功率放大器進行放大后發(fā)射，以擴大發(fā)射距離。13、14腳需要外接7.6MHz的晶體振蕩器，提供給BH1417內(nèi)部的鑒相、立體聲信號調(diào)制等部分所需要的穩(wěn)定時鐘。圖4.3 FM發(fā)射電路立體聲調(diào)頻廣播之所以有強勁的立體聲效果，是因為它實際上是進行了兩次頻率調(diào)制，即FM-FM調(diào)制方式。我國的調(diào)頻頻率規(guī)定范圍為88-108MHZ，這是調(diào)頻廣播的主載波范圍，但必須先將立體

34、聲信號在副載波上進行調(diào)制，然后在主載波上再調(diào)制一次。最后設計的發(fā)射電路如圖4-2所示，下面將結合圖4-1和4-2，將電路劃分為第一次調(diào)制和第二次調(diào)制來講解。4.1.2 第一次調(diào)制第一次調(diào)制的目的是產(chǎn)生立體聲基帶信號。這部分電路主要由預加重電路、低通濾波電路、分頻電路、調(diào)制電路組成，但是后兩者都被集成在模塊內(nèi)部，下面將介紹預加重電路和低通濾波電路的設計。（1）預加重電路設計在鑒頻電路輸出端，噪聲功率譜密度與頻率平方成正比，即大部分噪聲功率分布在高頻段，而語音信號中能量大部分集中在低頻段，兩者正好相反。為了改善信噪比，可以在鑒頻電路輸出端采用低通網(wǎng)絡濾除高頻噪聲，但是這樣信號中的高頻成分也同時受到

35、衰減，產(chǎn)生了失真，所以需要在發(fā)射機的調(diào)制電路之前采用具有高通性質(zhì)的網(wǎng)絡提升調(diào)制信號的高頻部分，從而使接收機鑒頻之后信號的高頻部分既不會產(chǎn)生失真，同時又達到抑制噪聲功率的目的。這種方法就是預加重、去加重技術。即發(fā)射時預先“加重”調(diào)制信號的高頻分量，接收時去除解調(diào)信號中“加重”了的高頻分量。圖4-4為本設計中的預加重電路，它由BH1417F芯片內(nèi)部電路與外圍電路構成。音頻信號由引腳1、22輸入后經(jīng)過預加重處理，然后輸入到低通濾波電路。圖4.4 預加重電路預加重電路是一個非線性音頻放大器，它的內(nèi)部工作點為1/2 Vcc，其輸入阻抗為內(nèi)部電阻R3=43K，R1=1K是一個限流電阻，防止自激的產(chǎn)生。預加

36、重時間取決于內(nèi)部電阻R2=22.7K 和外部電容C1=2200p接在第2、21引腳。時間常數(shù)為：。 （2）低通濾波電路設計圖4.5 低通濾波電路低通濾波器允許低頻信號通過，將高頻信號衰減。該低通濾波電路是個二階反饋放大電路，因為要求調(diào)制的音頻信號頻率范圍是：2020KHz，所以理論上將它的分頻點設計為。但是一般的調(diào)頻廣播音頻信號小于15KHz，為了保證通信質(zhì)量，濾除高頻干擾，所以本設計還是采用。圖4-5中C1是第3、20引腳的外接電容，需要根據(jù)已知條件進行計算得到，具體過程如下：Q=0.577，則 （3）立體聲復合信號的形成音頻信號從第1腳和第22腳輸入后通過預加重電路、低通濾波電路后送到混合

37、器（MPX）中，另外由第13、14腳接入7.600MHz晶體振蕩器，電路通過200分頻后產(chǎn)生的38KHz副載波信號，同時38KHz副載波通過2分頻產(chǎn)生的19KHz導頻信號。音頻信號和38KHz的副載波信號被多路復合器進行了平衡調(diào)制，產(chǎn)生了一個主信號（L+R）和一個通過DSB調(diào)制的38KHz 副載波信號（L-R），并與19KHz導頻信號組成復合信號從芯片第5腳輸出。53K5015K19K23K38K10075副信道（L-R）8040調(diào)制度（）10067.56033.75207.5040導頻信號主信道（L+R）調(diào)制頻率（HZ）圖4.6 導頻方式的調(diào)頻立體聲廣播頻帶結構圖4.1.3 第二次調(diào)制第二次

38、調(diào)頻的調(diào)制信號是第一次調(diào)制完成后形成的立體聲復合型號。同時如果將調(diào)制后的信號直接發(fā)送，頻率穩(wěn)定性會很差，所以一定要設計鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)（PLL）電路是一種以消除頻率誤差為目的的反饋控制系統(tǒng), 它由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）三個基本部件組成，其基本原理是利用相位誤差電壓去消除頻率誤差，所以當電路達到平衡狀態(tài)之后，雖然有剩余相位誤差存在，但頻率誤差可以降低到零，實現(xiàn)了無頻差的頻率跟蹤和相位跟蹤。 PDLPFVCO圖4.7 鎖相環(huán)電路組成（1）鑒相器（PD）設R為參考頻率信號，V為壓控振分頻信號，f、g為數(shù)字鑒相器兩個輸出信號。根據(jù)R和V的不同可以分四種情況，如圖4

39、-8所示。1.fRfV時，f端輸出負脈沖，g端輸出恒為高電平。以上兩種情況下數(shù)字鑒相器實際工作在鑒頻模式下，兩個頻率相差越大，輸出的負脈沖寬度越大。(4)fR=fV，R相位滯后V(2)fRfV(1)fRfV(3)fR=fV，R相位超前VfgVRVfgRfggfVRR圖4.8 數(shù)字鑒相器輸入輸出關系3.fRfV，R的相位超前V時，f端輸出負脈沖，g端輸出恒為高電平。設e為負脈沖的寬度，Vm為脈沖幅度。4.fRfV，R的相位滯后V時，f端輸出恒為高電平，g端輸出負脈沖。以上兩種情況中，鑒相器輸出的負脈沖寬度隨著R和V之間的相位差變化而變化，越大，輸出的負脈沖寬度越大。根據(jù)數(shù)字鑒相器的這種特性，在其

40、后加一級差分放大器，取出f和g電壓的差信號VgVf，再通過積分取出其中的有效電壓，此電壓就反映了fR和fV之間的關系。環(huán)路濾波器前級的有源網(wǎng)絡就起到這個作用。（2）環(huán)路低通濾波器（LPF）環(huán)路低通濾波器的作用是取出鑒相器的輸出誤差信號中的直流成分，以調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率。同時，壓控振蕩器還有調(diào)頻的作用，調(diào)頻使得輸出頻率隨調(diào)制信號產(chǎn)生偏移。因此，鎖相和調(diào)頻是相互矛盾的。鎖相的目的是使輸出頻率穩(wěn)定，而調(diào)頻則要求輸出頻率隨著調(diào)制信號的變化而變化。圖4.9 環(huán)路低通濾波器電路圖環(huán)路濾波器正是解決這一矛盾的關鍵。由于振蕩器中心頻率不穩(wěn)主要由溫度、濕度、直流電源等外界因素引起，其變化是緩慢的；而音頻調(diào)

41、制信號幅度的變化相對來說是一種快變化。因此，將環(huán)路濾波器的通帶上限頻率限制在幾Hz內(nèi)，只有緩慢變化因素引起的誤差信號可以通過，而調(diào)制信號引起頻偏時所產(chǎn)生的誤差信號要被濾除，不會作用于鎖相環(huán)，這樣就既可以保證中心頻率的穩(wěn)定度，又不影響調(diào)頻。根據(jù)已知條件可以算出低通濾波器的截止頻率，一般情況下。 （4-1） 鑒相器輸出的兩個誤差信號分別是一個與參考頻率同頻的方波信號和一個固定電平。為取出其直流成分，可以先用一級有源積分網(wǎng)絡將方波信號轉化為直流，此直流中含有較多交流成分，再用一級無源低通網(wǎng)絡濾除，然后加到壓控振蕩器上。有源積分網(wǎng)絡由運算放大器LM358和一些阻容元件組成。無源低通網(wǎng)絡的參數(shù)則是利用M

42、atlab進行計算、仿真后得到的，仿真結果如圖4-10所示。圖4.10 低通濾波器頻率特性曲（3）壓控振蕩器（VCO）VCO是設計鎖相環(huán)的核心，本設計使用變?nèi)荻O管KV1471E與電感并聯(lián)后和內(nèi)部RC電路組成壓控振蕩器，通過改變變?nèi)荻O管的反偏電壓來改變振蕩頻率值。由下列公式： （4-2）其中，L為電感值。CVD的大小受所加偏置電壓U的控制，而變?nèi)荻O管（KV1471E）的容值變化范圍是：30.16pF40.99pF，的范圍為：88MHz108MHz，根據(jù)式（4-2）有： L （4-3） 取，得L0.080H取，得L0.072H因此，理論上取L0.072H可滿足要求。 由此可見，VCO是由第9

43、腳外部的LC回路與內(nèi)部電路組成，振蕩信號經(jīng)過高頻放大器從11腳輸出，同時輸送到鎖相環(huán)電路進行比較后從第7腳輸出一個信號對高頻振蕩器的值進行修正，確保頻率穩(wěn)定。一但頻率超過鎖相環(huán)設定的頻率，第7腳將輸出的電平變高；如果是低于設定頻率，它將輸出的電平變低；相同的時候，它的電平將不變。4.1.4 頻率控制表出于成本和使用特點考慮，目前在BH1417上應用較多的是固定器件選擇頻率發(fā)射，頻率控制表如表1所示：表4-1 頻率控制表控制數(shù)據(jù)頻率D0D1D2D3LLLL87.7 MHzHLLL87.9 MHzLHLL88.1 MHzHHLL88.3 MHzLLHL88.5 MHzHLHL88.7 MHzLHH

44、L88.9 MHzHHHL 鎖相環(huán)停止工作，輸出處于高阻態(tài)LLLH106.7 MHzHLLH106.9 MHzLHLH107.1 MHzHHLH107.3 MHzLLHH107.5 MHzHLHH107.7 MHzLHHH107.9 MHzHHHH鎖相環(huán)停止工作，輸出處于高阻態(tài)4.2 功率放大電路設計電路見圖4-11所示，采用大功率發(fā)射管C1972，其參數(shù)如下：175MHZ、4A、25W、功率增益8.5db、按圖所示參數(shù)，電路工作中心頻率約為98MHZ，輸入約2W的射頻功率時，額定輸出可達15W。為保88108MHZ內(nèi)的任一頻點時輸出達到額定值，可根據(jù)前級的中心頻率對部分元件作適當調(diào)整。必要時

45、，可減少低通波波器級數(shù)，以增大輸出功率。經(jīng)擴展后的功率信號由三級低通濾波器濾去高次詣波成份饋入了發(fā)射天線。圖4.11 功率放大電路元件選擇：除電解電容外，其它用高頻瓷片電容器， C11、C12、C14用高頻特性好，性能穩(wěn)定的可調(diào)電容，扼流電感RFC1、RFC2用成品電感器，必須注意RFC2的電流承載能力，應選用線徑較粗的帶磁心的電感器。L1L6可用?0.8mm的高強度漆包線制，直徑約5MM，圈數(shù)圖中以“T”為單位標明。Q1用普通Q9插座，與插頭配套使用。Q2用專用50射頻輸出接頭，接解電阻更小，更有利于阻抗匹配。功率放大管用比較常見的發(fā)射專用管C1972，功率將會更大。 調(diào)試電路時，務必注意因

46、電路功率大，一定要接上假負載（本人用30支1W、1500高精度金屬膜電阻并聯(lián)制成），并且要有足夠在的散熱裝置，正常工作時電源功率不低于2.5A，天線阻抗嚴格等于50，不能用短棒拉桿天線，否則強烈的射頻回饋電流將使電路造成自身干擾，大部分射頻能量無法輻到空間而消耗在功率管上，使其過熱損壞；必須通過50發(fā)射專用同軸電覽引到室外天線發(fā)射。電路能否正常工作關鍵在于電路的調(diào)試，整個過程都得十分小心。調(diào)試時，只輸入較小的激勵功率，電源電壓下降為9V，用高頻電壓表（不能用普通萬用表）監(jiān)測假負載兩端高頻電壓值，調(diào)節(jié)C12、C14，L3、L4、L5、L6、使電壓幅度達1520V左右，再調(diào)節(jié)C11、L1使電壓最大

47、。然后逐步提高電壓，每提高一次電壓都反復調(diào)整C12、C14和C11、L1使輸出端電壓最高，注意的是電壓應與射頻輸入激勵功率同步增大，以保證調(diào)試結果的準確性。達到額定值時，電源電壓13.8V下工作電流約2A左右，50純電阻假負載兩端電壓40V，射頻輸出功率達15W。4.3 電源電路設計設計中要使用到9V和5V直流電壓。首先用變壓器將220V市電變成7.5V交流；然后用四個二極管D1、D7、D10、D11構成的整流電橋進行整流，可以得到9V直流電壓；然后用電容C1、C3組成進行平滑濾波，將9V脈動直流電壓變平滑，并抑制高頻干擾；然后輸入到集成穩(wěn)壓電路7809，輸出電壓將穩(wěn)定在9V，實際電壓小于+9

48、V。將9V濾波后輸入到三端穩(wěn)壓器7805中，可以得到穩(wěn)定得5V。當然這些都是理論值，但在誤差范圍內(nèi)實際值基本能夠滿足設計要求。圖4.12 電源電路第5章 系統(tǒng)仿真仿真是按三個部分進行的：音頻放大部分、振蕩調(diào)制部分和倍頻放大部分。5.1 仿真軟件介紹本次畢業(yè)設計中采用Multisim10.0進行仿真，Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。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。為適應不同

49、的應用場合，Multisim推出了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學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計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。1. multisim10概述 通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設計電路。 通過交互式SPICE仿真，迅速了解電路行為。 借助高級電路分析，理解基本設計特真。 通過一個工具鏈，無縫的集成電路設計和虛擬測試。通過改進，整合設計流程，減少建模錯誤并縮短上市時間。2.直觀的捕捉和強大的功能仿