同步解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)唐院

1、高頻電子線路課程設(shè)計(jì)前言調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)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(hào)的過程。檢波器的作用是從振幅受調(diào)制的高頻信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)。常用的檢波方法有包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號(hào)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(hào)的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)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(hào)進(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點(diǎn)是必須外加一個(gè)與載波同頻同相得恢復(fù)載波信號(hào)。同步檢波器可用以對(duì)一般調(diào)幅信號(hào)、平衡調(diào)幅信號(hào)、單邊帶調(diào)幅信

2、號(hào)等進(jìn)行檢波的檢波器。相干解調(diào)有兩種實(shí)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(hào)與同步信號(hào)疊加再經(jīng)二極管包絡(luò)檢波器，解調(diào)出低頻信號(hào)。同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點(diǎn)是必須外加一個(gè)與載波同頻同相得恢復(fù)載波信號(hào)。同步檢波器可用以對(duì)一般調(diào)幅信號(hào)、平衡調(diào)幅信號(hào)、單邊帶調(diào)幅信號(hào)等進(jìn)行檢波的檢波器。相干解調(diào)有兩種實(shí)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(hào)與同步信號(hào)疊加再經(jīng)二極管包絡(luò)檢波器，解調(diào)出低頻信號(hào)。課程設(shè)計(jì)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(jì)和調(diào)試的方法，增加集成

3、電路應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)我們的實(shí)際動(dòng)手能力以及分析、解決問題的能力。1同步解調(diào)器設(shè)計(jì)原理同步檢波器主要用于DSB和SSB 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。它的特點(diǎn)是必須外加一個(gè)與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號(hào)。其原理方框圖如圖1-1所示。外加載波信號(hào)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(hào)檢波器已調(diào)振幅信號(hào) 插入載波信號(hào)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(jì)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(hào)相乘，用低通濾波器將低頻信號(hào)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(huì)使恢復(fù)出來的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生失真。乘

4、法器低通濾波器 調(diào)制信號(hào)器 已調(diào)信號(hào) 插入載波信號(hào)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(hào)為 (1-1)乘法器另一輸入同步信號(hào)為 (1-2)則乘法器輸出為: 其中 是乘法器增益。可見, 輸出信號(hào)中含有直流, , ,幾個(gè)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(hào)。 如果同步信號(hào)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(hào)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(hào)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(shí)間變化的, 即同步信號(hào)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(hào)了。設(shè)載波為，單頻調(diào)制信號(hào)為，則雙邊帶調(diào)幅信號(hào)為： (1-3)其中為比例系數(shù)?？梢婋p邊帶調(diào)幅信號(hào)中僅包含兩個(gè)邊頻,無載頻分量,其頻帶寬度仍為調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍。 由于雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)不能反映調(diào)制信號(hào),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(hào)解調(diào)的主要方法。與普通調(diào)幅信號(hào)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(shí)現(xiàn)解調(diào)。1.2疊加型同步檢波器設(shè)計(jì)原理將輸入信號(hào)與同步信號(hào)疊加后，合成包絡(luò)反映調(diào)制信號(hào)變化的普通調(diào)幅信號(hào)，再利用包絡(luò)檢波器實(shí)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(hào)器 加法

6、器已調(diào)信號(hào) 插入載波信號(hào)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(hào)時(shí)，合成電壓為：(1-4）只要滿足， ，合成信號(hào)即為不失真的AM調(diào)幅信號(hào)，利用包絡(luò)檢波器可以解調(diào)出所需要的音頻信號(hào)。當(dāng)為單邊帶信號(hào)時(shí)，合成電壓為： （1-5)式中： 合成信號(hào)的包絡(luò)和相角均受到調(diào)制信號(hào)的控制，不能不失真地反映原調(diào)制信號(hào)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(duì)單邊帶信號(hào)實(shí)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(jiǎn)化為 （1-7）進(jìn)一步忽略上式中的三次方及其以上的各項(xiàng)，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(hào)時(shí)，為將限制在允許的范圍內(nèi)，必須要求同步信號(hào)有足夠大的振幅。2同步解調(diào)電路設(shè)計(jì)2.1 DSB信號(hào)乘積型同步檢波電路圖輸入信號(hào)為DSB信號(hào)，將DSB信號(hào)與其載波信號(hào)同時(shí)輸入到乘法器中，輸出的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器輸出應(yīng)為原始載波信號(hào)。圖 2-1 DSB信號(hào)乘積型同步檢波器電路圖2.2 SSB信號(hào)乘積型同步檢波電路圖SSB信號(hào)由DSB信號(hào)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(hào)與恢復(fù)信號(hào)輸入乘法器，在經(jīng)過低通濾波得到原始載波信號(hào)。 圖 2-2 SSB信號(hào)乘積型同步檢波器電路圖2

8、.3 DSB信號(hào)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(hào),再利用包絡(luò)檢波器將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。在AM信號(hào)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(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)（DSB）。DSB調(diào)制由兩個(gè)同步的正弦波經(jīng)乘法器得到。圖 2-3 DSB信號(hào)疊加型同步檢波器電路圖2.4 SSB信號(hào)疊加型同步檢波電路圖SSB信號(hào)是將雙邊帶信號(hào)濾除或抵消一個(gè)邊帶形成的。由DSB信號(hào)得到SSB信號(hào)的方法主要有兩種：濾波法和移相法。鑒于電路及信號(hào)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(hào)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(jiǎn)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(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)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(jì)。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)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(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。Multisim

10、 仿真軟件有著自己鮮明的特點(diǎn)：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(hào)都可以通過計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)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(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析。而Multisim 10.0的特點(diǎn)：1.直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)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(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)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(shí)能方便的對(duì)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(jì)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(cè)試儀器：提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動(dòng)作的測(cè)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(gè)分析作為另一個(gè)分析的一部分的自動(dòng)執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進(jìn)行原型開發(fā)和測(cè)試設(shè)計(jì)，具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的交互式測(cè)量和分析功能； 6.完善的后處理

12、：對(duì)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(duì)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(bào)告：能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細(xì)報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表、原理圖統(tǒng)計(jì)報(bào)告、多余門電路報(bào)告、模型數(shù)據(jù)報(bào)告、交叉報(bào)表7種報(bào)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(jì)(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(jì)（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(shí)現(xiàn)與分析4.1乘積型解調(diào)器電路實(shí)現(xiàn)與分析4.1.1 DSB電路的實(shí)現(xiàn)與分析由調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)經(jīng)過乘法器實(shí)現(xiàn)的DSB信號(hào)如圖4-1所示：圖4-1 DSB信號(hào)波形DSB信號(hào)與本地載波信號(hào)經(jīng)乘法器后再經(jīng)過低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢波：圖4-2 DSB信號(hào)解調(diào)后輸出信號(hào)波形4.1.2 SSB電路的實(shí)現(xiàn)與分析由調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)經(jīng)過乘法器實(shí)現(xiàn)的DSB信號(hào)經(jīng)過濾波后產(chǎn)生的SSB信號(hào)：圖4-3 SSB信號(hào)波形SSB信號(hào)與本地載波經(jīng)乘法器后再經(jīng)過低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢波產(chǎn)生的信號(hào)：圖4-4 SSB信號(hào)解調(diào)后輸出信號(hào)波形 4.2疊加型解調(diào)器

14、電路實(shí)現(xiàn)與分析4.2.1 DSB電路的實(shí)現(xiàn)與分析由調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)經(jīng)過乘法器實(shí)現(xiàn)的DSB信號(hào)如圖4-5所示： 圖4-5 DSB信號(hào)經(jīng)疊加型電路檢波后的信號(hào)如圖4-6所示：圖4-6 DSB信號(hào)解調(diào)后輸出信號(hào)波形4.2.2 SSB電路的實(shí)現(xiàn)與分析由調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)經(jīng)過乘法器實(shí)現(xiàn)的DSB信號(hào)經(jīng)過濾波后產(chǎn)生的SSB信號(hào)：圖4-7 SSB信號(hào)SSB信號(hào)與本地載波經(jīng)加法器后再經(jīng)過包絡(luò)檢波器實(shí)現(xiàn)檢波產(chǎn)生的信號(hào)：圖4-8 SSB信號(hào)解調(diào)輸出信號(hào)波形5總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)，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(shí)的能力，還給了我們將理論運(yùn)用于實(shí)踐的機(jī)會(huì)；另一方面，培養(yǎng)了我們對(duì)專

15、業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的趣；同時(shí)也提高了我們分析問題的能力。關(guān)于此次設(shè)計(jì)，對(duì)于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)來說，無法直接從雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)中提取參考信號(hào)。為了產(chǎn)生同頻同相的本地同步載頻信號(hào)，往往在發(fā)射機(jī)發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)的同時(shí)，附帶發(fā)射一個(gè)載頻信號(hào)，其功率遠(yuǎn)低于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)的功率，通常稱為導(dǎo)頻信號(hào)。當(dāng)本地載頻信號(hào)與輸入信號(hào)的載頻不能保持同步時(shí)，檢出的低頻信號(hào)將產(chǎn)生頻率失真和相位失真。這次課程設(shè)計(jì)需要注意的是，每個(gè)環(huán)節(jié)必須認(rèn)真進(jìn)行，考慮到實(shí)際情況，如果某模塊電路沒有設(shè)計(jì)好，或者存在錯(cuò)誤，總的電路必然會(huì)受到影響。有時(shí)候會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)極小的疏忽而導(dǎo)致整個(gè)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(jì)也要求我們具備扎實(shí)的理論知識(shí)，只有具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，才能設(shè)計(jì)出正確簡(jiǎn)單的電路，才能保證實(shí)驗(yàn)的成功。通過這次課程設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)報(bào)告的書寫也是此次課程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?？梢哉f設(shè)計(jì)的好壞都取決于設(shè)計(jì)報(bào)告的好壞。書寫報(bào)告是對(duì)w