無線電源數(shù)字調(diào)諧超外差接收裝置(附完整電路圖)

1、2014年TI杯福建省大學(xué)生電子設(shè)計競賽試題（D題）設(shè)計報告無線電源數(shù)字調(diào)諧超外差接收裝置摘 要本設(shè)計采用無線電源供電，用MSP430單片機控制產(chǎn)生本振信號，通過超外 差接收電路.可自動頻率搜索輸入載頻.自動增益控制.可顯示載頻頻率及調(diào)制 信號。本系統(tǒng)無線電能傳輸電源.采用磁耦合方式；高放AGC和中放AGC共同作 用，實現(xiàn)電路增益的自動控制，使電路更加可靠、穩(wěn)定；本振信號由MSP430單 片機控制鎖相頻率合成電路產(chǎn)生，頻率在10.lP0.lMHz范圍連續(xù)可調(diào)，步進 1kHz； LC選頻電路和選頻器件實現(xiàn)選頻及通帶帶寬需求；通過電壓檢測電路來 檢測判斷輸入信號頻率。經(jīng)測試.無線電能傳輸電源輸出+

2、5V為系統(tǒng)供電正常， 本設(shè)計可對輸入信號實現(xiàn)自動搜索、檢測并顯示.可對輸入調(diào)幅信號解調(diào)并顯示 相應(yīng)的調(diào)制信號。本設(shè)計完成了題目所要求的基本指標以及大部分發(fā)揮部分的指 標。關(guān)鍍詞：無線磁耦合ISP430超外差接收機AGC低功耗1. 系統(tǒng)方案設(shè)計（一）設(shè)計原理磁耦合無線電源：磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)，就足利用磁耦合和諧振技術(shù)來實現(xiàn) 電能的無線傳輸。其理論基礎(chǔ)是耦合模式理論，其主要思想是系統(tǒng)中具有相同諧振頻率的物 體Z間通過強耦合從而進行高效率的能量交換，而偏離諧撮頻率的物體Z間柑互作用則較 弱.超外差接收機：超外差接收，就是將所冇要接收的電臺在調(diào)頻電路里調(diào)好以后，經(jīng)過電 路本身的作用，就變成另

3、外一個預(yù)先設(shè)定好的頻率，然后再經(jīng)過放大和檢波。這個固定的頻 率就是由差額產(chǎn)生的。在收音機內(nèi)制造一個本地龍蕩，使它和外來高頻調(diào)幅信號同時送到- 個品體借內(nèi)混頻。山J晶體管的IIM戈性作用導(dǎo)致混頻的結(jié)果就會產(chǎn)生個新的頻率。這就是 外差作用。采用了這種電路的接收機就叫外差式接收機，混頻和振蕩的工作，合稱變頻。（二）設(shè)計方案整體方案柩圖:無線磁耦合供電鍵盤自動鍵入掃描頻率檢測MSP430控制低頻放大 /檢波/中頻放大圖1總體框圖無線電源數(shù)字調(diào)諧超外差接收裝宣由無線電源供電.mso430控制電路.超外差接 收通道丄部分構(gòu)成，其屮無線電源山無線系統(tǒng)集成芯片XKT-515結(jié)合匹配電容電感產(chǎn) 生產(chǎn)生復(fù)蕩發(fā)射，

4、宙電容電感諧振接收，經(jīng)整流穩(wěn)壓后為接收機供電，接收機由手動鍵 入或自動打頻監(jiān)測輸入頻率，與鎖相壞產(chǎn)生的相應(yīng)本振混頻輸出中頻帶我信號，并對其 進行放大檢波輸出，在高品放大屮頻放大以完成設(shè)計要求。（三）理論分析1無線電源供電分析:220V市 電穩(wěn) 壓 電 路XKT-5線15無圈線電耦源發(fā)合射電整 流 濾 波整 流 濾 波發(fā)射部分圖2：無線電源框圖接收部分AINFIXXKT515足-款磁耦合諧振式無線電能傳輸?shù)陌l(fā)射芯片，發(fā)射端 與接收端LC諧振線圈回路、穩(wěn)壓電路組成XKT-515系列集成電路，采用最先進的寬電爪白適應(yīng)技術(shù)芯片設(shè) 計丄藝，同樣的發(fā)射電路可以任任意工作范由內(nèi)電壓使用而不改變?nèi)魏纹骷褂脴O

5、為方便，電路極為簡單，具有精度同穩(wěn)定性好等特 點，其專門用于無線感應(yīng)智能充電、供電管理系統(tǒng)中，可靠性能鬲。2、放大器和AGC的分析高頻放大器般接收機接收到的調(diào)制后高頻無線信巧通簾非簾微弱，一般只有兒I微伏至兒足伏, 因此一般接收機必須在選擇性電路和檢波器之間插入一個高頻放大器，放大信號的同時提高 無線接收設(shè)備的噪聲性能。肓頻放大有多種方式，其中繪常用的為晶體管諧振放大電路，設(shè) 訃要求高頻放人帶肓AGC自動增益控制，因此本設(shè)計采用雙柵場效應(yīng)符形成諧振放人電路, 通過柵極反饋來進行增益控制，以達到要求。中頻放大器高頻放人后混頻器把高頻信號的我波頻率變?yōu)橹蓄l，再川中頻放人器加以放人，然后進 行檢波，

6、最終得到原始的信號.本設(shè)計對中頻放大的要求是通帶帶寬不小于9KH乙當(dāng)信號頻率偏離戦波10kHz時，中 頻倍號幅值輸出衰減10dB以上。晶體管諧振放人電路具有通頻帶可控（增大諧撮回路電阻 提高Q值實現(xiàn)）圖4的特性，并且多級放大共同作用可以增大選頻特性，故選用多級諧振放大 實現(xiàn)。AGCAGC為自動增益控制，它的作用是當(dāng)信號源較強是，使其增益自動降低；當(dāng)信號較弱 時，又使其增益自動增高，從而保證了強霸信號的均勻性。AGC電路的基本原理是隨著輸入信號幅度的變化產(chǎn)生一個柑應(yīng)變化的直流電壓（AGC 電壓），利川這電壓去控制一種可變增益放人器的放人倍數(shù)：當(dāng)輸入信號幅度較人時AGC 電圧控制可變增益放大的放大

7、倍數(shù)減小，當(dāng)輸入信號幅度較小時AGC電壓控制可變増益放 大的放大倍數(shù)增加。這種自動增益控制可以達到輸出信號幅度基本穩(wěn)定的目的。3、混頻電路分析混頻器的作用是實現(xiàn)頻率變換，也稱變頻器。在接收機里常用混頻器，把信號頻率fi 與本振信號f2相減，產(chǎn)生較低的屮頻信號，起到頻譜平移的作用，將信號頻率不失真地搬 移到較低頻率段。依設(shè)計要求,外來我波頻率為100M10.5M,故而本振頻率應(yīng)為10.465M-10.965M. 兩個信號同時在某一電路內(nèi)，通過整合得到備次諧波.卅通過選頻得到465k的屮頻調(diào)幅波。 混頻器的選擇很多，著虔到題U耍求的低功耗及使用簡易程度，選擇r NE602芯片為混頻 核心器件。NE

8、602混頻器是是個雙平衡混頻器，雙平衡混頻器具何寬頻帶，高隔離性，和尚中頻 等優(yōu)點，普通的雙半衡混頻器通常由二極管組成，而GTC卻采用有源器件，這使電路白很 好的靈敏度,而且在輸出翊消除了本地憊蕩和射頻信號,所以電路的設(shè)計可以選擇“和”信 號與“差”信號。4、Msp430控制的本振模塊分析本振電路一個簡單的鎖相壞電路由鑒柑器（PD）,環(huán)路濾波器（LF）,壓控振蕩器（VCO）三個 部分組成。PD的主要功能是比較兩個輸入的信號U1和U4,輸出兩者的相位差函數(shù)U2； LF的功能足濾除U2中的高頻分量及噪聲；VCO的功能尼受U3的控制，使U1和U4靠攏, 直至f相同，使VCO輸出的信號的柑位保持某種特

9、定的關(guān)系.由于整個環(huán)路的反饋作用， 輸出的頻率可以和輸入頻率保持梢確穩(wěn)定的致?？驁D如下U1Msp430結(jié)構(gòu)與運用分析本設(shè)計使用MSP430G255328N芯片，在無線供電的要求下,低功耗是隱形性指標, MSP430G2X53系列是超低功耗泯合信號微控制器,具有內(nèi)置的16位定時器、多達24個 支持觸摸感測的I/O引腳、一個多用途模擬比較器以及采用通用串行通倍接【I的內(nèi)査通信 能力。任滿足題目需求的情況卜我們選用具有低功耗模式的MSP430單片機做為E控芯片。5、檢波電路分析圖7檢波即為調(diào)幅波的解調(diào).其過程也是信號頻譜搬移的過程.將高頻載波端的 頻譜搬移到低頻段，過程正好與調(diào)制相反.可分為包絡(luò)檢波

10、和同步檢波兩大類。 二極管大信號檢波器檢波電路的它的作用是對中頻載波信號進行檢波檢波后的殘余中頻及高次 諧波再通過濾波電路濾除干擾信號.二極管大信號檢波器簡單的原理圖如圖5 所示，其波形變化如圖九3-電路與程序設(shè)計3.1電路的設(shè)計3.1.1無線電源供電系統(tǒng)設(shè)計無線電源單兀模塊的電壓由220V市電引出.經(jīng)集成整流橋整流，電容濾波后，用 LM7812忌壓成12V為發(fā)射部分供電；無線電淤發(fā)射部分曲XKT-515發(fā)射芯片及其外 設(shè)組成諧振發(fā)射；接收部分經(jīng)LC諧振接收后，用橋式整流，電容濾波，將交流整成II 流電壓，最后穩(wěn)壓6的直流電供負載使用。312高放.中放及其AGC電路設(shè)計別彗再”咼高頻放大由雙柵

11、場效應(yīng)管諧振放大電路組成.信號由雙柵管柵極輸入.輸出 級由C20L3形成10M到10. 5M選頻網(wǎng)絡(luò).并通過中周變壓器耦合輸出，AGC控 制電壓同時由雙柵管第二個柵極輸入，與輸入電壓形成負反饋控制達到自動增益 控制效果。中頻放大由三級三極管放大共同作用增大放大倍數(shù).一.二級放大中間接 365K陶瓷濾波器選頻，第三級放大由365K中周選頻并耦合至下級，達到選頻放 大作用。AGC自動増益控制電壓由控制電壓游P2加至基級形成負反饋達到自動 增益控制效果。3丄3本振模塊與Msp430運用設(shè)計OF16axADui IbPDm Dm fe-T rw tmfsftx MEVCLKdeck wdbm (MCr

12、nv “JII： (=*4C=KC54y 1 GND環(huán)路低通濾波認(LPF)P0.計數(shù)器，基準撮蕩士 6as-IKMFVCOJI控振蕩器2.*n -X3CTmrrL8021產(chǎn)f “jI-fTT1jiTa*J2 把|Wp Q947- JrSbG J.2 TT-AMf=r-.?A；.8F3*3.CM 4K.：M畑30Pl 1 QFUM J934 尢iMJw f.j xu:wro. i 時 TWKVTTT*I 駅& FUH.l J5，k.1L1LI1acxs:本振單元模塊山集成鎖相環(huán)芯片MC145162,環(huán)路低通濾波，及VCO壓控振蕩器組成, 外部晶振提供參考頻率，經(jīng)145162檢相輸出謀差電壓，控

13、制VCO壓控振蕩器輸岀不同頻 率本振信號，MCI45162鎖相芯片控制信號由MSP430單片機產(chǎn)生，結(jié)合MCI648可楮確產(chǎn) 生報高220M本振信號，調(diào)整參考頻率為1K,可按題意產(chǎn)生在10M到UM之間正弦信號.3.1.4混頻模塊電路設(shè)計Kes21OORPIOONT | |_IU1INA. TXTTvccGND OV7TAc b OVTBXE602I-GKOCl?HF一|ig7亍6CJa 般二 6梅蕩器射機出A輸出86混頻單兀模塊采用NE602集成混頻IC.圖？為NE602內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，商頻信號從輸入腳1 （輸入A）單端輸入，外部本振信號從腳6 （內(nèi)部振蕩器基級）輸入.經(jīng)GTC （雙半衡混 頻器）

14、混頻后山腳4 （輸出A）單端輸岀過365K陶瓷濾波器濾波，NE602町內(nèi)部濾除本振信號和射頻信巧，可以良好的選出簽頻信號。3.1.5檢波模塊電路設(shè)計P4JJ4Q檢波單元電路為一極管檢波，_極管導(dǎo)通時，電容C8充電，充電時常數(shù)為RC,充電快； 二極管截止時.C向R12放電，放電快。在輸入信號作用2二極管導(dǎo)通和截止不斷巫復(fù),住到充放電達到半衡后，輸出信號跟蹤了輸入信號的包絡(luò)。程序框圖開始初始化鍵入掃頻鍵盤扌描健入頻率控制145162產(chǎn) 生相應(yīng)頻率4顯示頻率4結(jié)束4. 測試方案與測試結(jié)果（一）測試方案（二）測試條件與儀器（三）測試結(jié)果1、硬件測試2、軟件仿真測試3、硬件軟件聯(lián)調(diào)（二）試條件與儀器測試

15、條件，檢査多次.仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同.并且檢査無誤硬件電路保證無虛焊。測試儀器；高精度的LCR測試儀模擬示波器.數(shù)字示波器.數(shù)字萬用表.低頻掃頻儀。（三）測試結(jié)果5cm2 cm5v距離繞制方式8.55V8.55V1.5CM兩線并繞10.5V35V7.5CM單線并繞11.5V33V7CM大徑線圈15.5V22V9.5CM表1:空我卜無線電源傳輸距離測試注：空載情況發(fā)射線圈不變條件下2、中頻放大器中心頻率：465.7K中頻放大器帶寬：5-6K自動增益控制：輸入增益40db不可控測試結(jié)果分析：本實驗完成了超外差式接收機部分內(nèi)容.其中本振部分可精確控 制頻率.輸入帶載信號可成功接收并檢波.檢波無明顯失真，完成了無線電能傳 輸.空載下供電5、最高可達9.5cm最高可同時帶載超外差接收電路控制、顯 示、及本振模塊.完整接收機帶載失敗.超外差接收機帶寬在46K在輸入信 號變化范圍40db下，接收機部分自動增益控制不可控。5、結(jié)語經(jīng)過幾天的設(shè)計.感觸頗深的是解決問題的方法、技巧。在這設(shè)計中.我 們遇到許許多多問題對待問題要多方法、多角度處理。通過這幾