角度調(diào)制解調(diào)

1、5.3 調(diào)頻波解調(diào)電路調(diào)頻波解調(diào)電路1概念：概念：調(diào)頻波的解調(diào)：調(diào)頻波的解調(diào)：頻率檢波，簡稱頻率檢波，簡稱鑒頻鑒頻。調(diào)相波的解調(diào)：調(diào)相波的解調(diào)：相位檢波，簡稱相位檢波，簡稱鑒相鑒相。 2作用：作用：從已調(diào)波中檢出反映在頻率或相位變化從已調(diào)波中檢出反映在頻率或相位變化上的調(diào)制信號(hào)。上的調(diào)制信號(hào)。 鑒頻鑒相采用的方法不盡相同，本章重點(diǎn)討論調(diào)鑒頻鑒相采用的方法不盡相同，本章重點(diǎn)討論調(diào)頻波的解調(diào)頻波的解調(diào)鑒頻鑒頻。3特點(diǎn)：特點(diǎn)：限幅與鑒頻一般連用限幅與鑒頻一般連用統(tǒng)稱統(tǒng)稱限幅鑒頻器限幅鑒頻器。 在調(diào)頻接收機(jī)中，因多種原因在調(diào)頻接收機(jī)中，因多種原因( (如頻率特性不均、如頻率特性不均、干擾等干擾等) )

2、會(huì)導(dǎo)致調(diào)頻信號(hào)振幅發(fā)生變化。鑒頻時(shí)，上述會(huì)導(dǎo)致調(diào)頻信號(hào)振幅發(fā)生變化。鑒頻時(shí)，上述寄生調(diào)幅會(huì)反映在輸出解調(diào)電壓上，產(chǎn)生解調(diào)失真。解寄生調(diào)幅會(huì)反映在輸出解調(diào)電壓上，產(chǎn)生解調(diào)失真。解決辦法決辦法在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調(diào)幅，保證在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調(diào)幅，保證加到鑒頻器上的調(diào)頻電壓是等幅的。加到鑒頻器上的調(diào)頻電壓是等幅的。5.3.1 限幅鑒頻實(shí)現(xiàn)方法概述限幅鑒頻實(shí)現(xiàn)方法概述一、鑒頻電路性能要求一、鑒頻電路性能要求1鑒頻電路的功能鑒頻電路的功能 將輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率將輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率 f 變換為相應(yīng)解調(diào)輸變換為相應(yīng)解調(diào)輸出電壓出電壓 vO2鑒頻特性鑒頻特性 描述描述 vO 隨瞬時(shí)頻

3、偏隨瞬時(shí)頻偏 (f - - fc)的的變化特性，變化特性，如圖如圖。3鑒頻跨導(dǎo)鑒頻跨導(dǎo)鑒頻特性原點(diǎn)處的斜率鑒頻特性原點(diǎn)處的斜率c)(cODffffvS - - 單位單位 V/Hz。 SD 越大，鑒頻器將輸入瞬時(shí)頻偏變換為輸出解調(diào)越大，鑒頻器將輸入瞬時(shí)頻偏變換為輸出解調(diào)電壓的能力越強(qiáng)。電壓的能力越強(qiáng)。4對(duì)鑒頻電路性能要求對(duì)鑒頻電路性能要求 (1) 通頻帶大于調(diào)制信號(hào)的最高頻率通頻帶大于調(diào)制信號(hào)的最高頻率 max 。在傳。在傳輸視頻信號(hào)時(shí)，還必須滿足相位失真和瞬變失真的要輸視頻信號(hào)時(shí)，還必須滿足相位失真和瞬變失真的要求。求。(2) 大的鑒頻跨導(dǎo)大的鑒頻跨導(dǎo) SD(3) 滿足線性和非線性失真的要求。

4、滿足線性和非線性失真的要求。二、鑒頻的實(shí)現(xiàn)方法二、鑒頻的實(shí)現(xiàn)方法 1利用反饋環(huán)路利用反饋環(huán)路(例如鎖相環(huán)例如鎖相環(huán))實(shí)現(xiàn)鑒頻。實(shí)現(xiàn)鑒頻。(第第 5 章，章，不作介紹不作介紹) 2利用波形變換利用波形變換將輸入的調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行特將輸入的調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行特定的波形變換，使變換后的波形含有反映瞬時(shí)頻率變定的波形變換，使變換后的波形含有反映瞬時(shí)頻率變化的平均分量。再通過低通濾波器輸出所需的解調(diào)電化的平均分量。再通過低通濾波器輸出所需的解調(diào)電壓。壓。這類鑒頻器可由這類鑒頻器可由三種方法三種方法實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。(1) 斜率鑒頻器斜率鑒頻器 將輸入調(diào)頻波通過具有合適頻率特性的線性網(wǎng)將輸入調(diào)頻波通過具有合適頻率特性的線

5、性網(wǎng)絡(luò)，使輸出調(diào)頻波的絡(luò)，使輸出調(diào)頻波的振幅振幅按照瞬時(shí)頻率的規(guī)律變化按照瞬時(shí)頻率的規(guī)律變化 通過包絡(luò)檢波器輸出反映振幅變化的解調(diào)電壓。通過包絡(luò)檢波器輸出反映振幅變化的解調(diào)電壓。(2) 相位鑒頻器相位鑒頻器 將輸入調(diào)頻波通過具有合適頻率特性的線性網(wǎng)將輸入調(diào)頻波通過具有合適頻率特性的線性網(wǎng)絡(luò)，使輸出調(diào)頻波的絡(luò)，使輸出調(diào)頻波的附加相移附加相移按照瞬時(shí)頻率的規(guī)律變按照瞬時(shí)頻率的規(guī)律變化化 。 相位檢波器將它與輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)相位進(jìn)行相位檢波器將它與輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)相位進(jìn)行比較，檢出反映附加相移變化的解調(diào)電壓。比較，檢出反映附加相移變化的解調(diào)電壓。 以上均涉及線性網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入調(diào)頻信號(hào)的響應(yīng)特性。以上均涉

6、及線性網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入調(diào)頻信號(hào)的響應(yīng)特性。 通過通過 LP 輸出反映平均分量變化的解調(diào)電壓輸出反映平均分量變化的解調(diào)電壓( (該該等寬脈沖序列含有反映瞬時(shí)頻率變化的平均分量等寬脈沖序列含有反映瞬時(shí)頻率變化的平均分量) )。(3) 脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器 將輸入調(diào)頻波通過一非線性變換網(wǎng)絡(luò)變成將輸入調(diào)頻波通過一非線性變換網(wǎng)絡(luò)變成調(diào)頻調(diào)頻等寬脈沖序列等寬脈沖序列。調(diào)頻電壓調(diào)頻電壓 限幅器限幅器 調(diào)頻方波調(diào)頻方波 微分電路微分電路微分脈沖微分脈沖脈沖形成電路脈沖形成電路調(diào)頻方波調(diào)頻方波低通濾波器低通濾波器解調(diào)電壓解調(diào)電壓v2(t) = F F- -1 F 2(j ) = F F - -1 F 1(

7、j )A(j )(5-3-5) 一般情況下，上述分析是十分困難的，而要給出一般情況下，上述分析是十分困難的，而要給出一個(gè)滿足要求的線性網(wǎng)絡(luò)就更困難。只有在個(gè)別理想一個(gè)滿足要求的線性網(wǎng)絡(luò)就更困難。只有在個(gè)別理想情況下才能方便求解，并得出所需結(jié)果。情況下才能方便求解，并得出所需結(jié)果。 1等幅調(diào)頻波通過理想微分網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性等幅調(diào)頻波通過理想微分網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性變成變成幅度按調(diào)制規(guī)律變化的調(diào)頻波幅度按調(diào)制規(guī)律變化的調(diào)頻波三、調(diào)頻信號(hào)通過線性網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)三、調(diào)頻信號(hào)通過線性網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng) 一個(gè)理想的微分網(wǎng)絡(luò)，其頻率特性一個(gè)理想的微分網(wǎng)絡(luò)，其頻率特性 A(j ) = jA0 ，即有線性的幅頻特性和恒值的相頻特性

8、：即有線性的幅頻特性和恒值的相頻特性： 02)(0)(A0 AA它的輸出響應(yīng)它的輸出響應(yīng)( (由由5-3-5) )為為v2(t) = F F- -1 F 1(j )A(j ) = F F - -1 jA0 F1(j )利用付里葉變換的微分特性利用付里葉變換的微分特性)j (jd)(d11 Fttv F F得得ttvAtvd)(d)(102 當(dāng)當(dāng) v1 = V1mcos( ct + Mfsin t) 時(shí)時(shí) (Mf= m/ ) )v2(t) = - -A0Vlm( c + mcos t) sin( ct + Mfsin t)(5-3-8)cos(mc1m02mtVAV 此式表明，經(jīng)過此式表明，經(jīng)過

9、理想微分網(wǎng)絡(luò)以后，理想微分網(wǎng)絡(luò)以后，等幅調(diào)頻波等幅調(diào)頻波變成了變成了幅度按調(diào)制規(guī)律變化的調(diào)頻波幅度按調(diào)制規(guī)律變化的調(diào)頻波，信號(hào)的瞬時(shí)，信號(hào)的瞬時(shí)頻頻率變化率變化不失真地反映在輸出調(diào)頻信號(hào)的不失真地反映在輸出調(diào)頻信號(hào)的振幅振幅 V2m 上，上，通過包絡(luò)檢波器就可以得所需的解調(diào)電壓。因此，理通過包絡(luò)檢波器就可以得所需的解調(diào)電壓。因此，理論上斜率鑒頻器用下述模型來實(shí)現(xiàn)。論上斜率鑒頻器用下述模型來實(shí)現(xiàn)。 2等幅調(diào)頻波通過理想時(shí)延網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性等幅調(diào)頻波通過理想時(shí)延網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性變?yōu)榉劝凑{(diào)制規(guī)律變化的調(diào)頻波變?yōu)榉劝凑{(diào)制規(guī)律變化的調(diào)頻波 一理想時(shí)延網(wǎng)絡(luò)，頻率特性，即幅頻特性恒值，一理想時(shí)延網(wǎng)絡(luò)，頻率特

10、性，即幅頻特性恒值，相頻特性線性相頻特性線性根據(jù)付里葉變換的時(shí)延特性根據(jù)付里葉變換的時(shí)延特性0j101e )j ()( - - - -FtvF F求得輸出響應(yīng)為求得輸出響應(yīng)為)(e )j ()(010j10120 - - - - -tvAFAtvF F當(dāng)當(dāng) v1(t) = Vlmcos( ct + Mfsin t) 時(shí)，時(shí)，)(sin)(cos)(0f0c1m02 - - - - tMtVAtv其中其中sin (t- - 0)= sin tcos0- - cos tsin0 若若0 /12/12，則，則 cos0 1，sin0 0，v2(t) 便可近似表示為便可近似表示為 v2(t) A0Vl

11、mcos( ct + Mfsin t) - - Mf0cos t - - c 0 上式表明，通過理想時(shí)延網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)上式表明，通過理想時(shí)延網(wǎng)絡(luò)，當(dāng) 0 / /12 時(shí)，時(shí)，輸出調(diào)頻波中附加相移為輸出調(diào)頻波中附加相移為 = - - c 0 - - Mf0 cos t = - - c 0 - - m 0 cos t其中，其中， c 0 為恒定相移，為恒定相移， m 0 cos t 反映了輸入調(diào)頻反映了輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率變化波的瞬時(shí)頻率變化。因而理論上，相位鑒頻器可用下面。因而理論上，相位鑒頻器可用下面的模型實(shí)現(xiàn)。的模型實(shí)現(xiàn)。四、振幅限幅器四、振幅限幅器 作用：將具有寄生調(diào)幅的調(diào)頻信號(hào)作用：將具有寄生

12、調(diào)幅的調(diào)頻信號(hào) vS(t) 變換為等變換為等幅的調(diào)頻信號(hào)。幅的調(diào)頻信號(hào)。 典型電路：三極管振幅限幅器、差分對(duì)振幅限幅典型電路：三極管振幅限幅器、差分對(duì)振幅限幅器。器。1三極管振幅限幅器三極管振幅限幅器(1) 特性：丙類諧振放大器的放大特性特性：丙類諧振放大器的放大特性(2) 電路：工作在過壓狀態(tài)的諧振功率放大器電路：工作在過壓狀態(tài)的諧振功率放大器2差分對(duì)振幅限幅器差分對(duì)振幅限幅器(1) 電路電路(2) 原理原理輸入輸入 vS 較大，較大，iC 上下削平，后接諧振回路上下削平，后接諧振回路5.3.2 斜率鑒頻器斜率鑒頻器一、一、失諧回路斜率鑒頻電路失諧回路斜率鑒頻電路1 單失諧回路斜率鑒頻器單失

13、諧回路斜率鑒頻器 電路電路0CC,是失諧在是失諧在LC回回路幅頻特性路幅頻特性 上上升升 沿或下降沿沿或下降沿線性段的中點(diǎn)。線性段的中點(diǎn)。 工作原理工作原理輸入的調(diào)頻波經(jīng)輸入的調(diào)頻波經(jīng)LCLC失諧回路變換失諧回路變換為調(diào)幅為調(diào)幅- -調(diào)頻波，調(diào)頻波，然后經(jīng)然后經(jīng)V V、C C1 1、R RL L所組成的包絡(luò)檢所組成的包絡(luò)檢波器解調(diào)出原調(diào)波器解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)。制信號(hào)。 電路電路2 雙失諧回路斜率鑒頻器雙失諧回路斜率鑒頻器a）L1C1， L1C1的的Q值是相同的值是相同的b） ，而而 對(duì)稱地失諧在對(duì)稱地失諧在 的兩側(cè)的兩側(cè) （即（即 ）0102C0102,C01CC02-c）包絡(luò)檢波器上下對(duì)稱包絡(luò)

14、檢波器上下對(duì)稱 工作原理工作原理 調(diào)頻波經(jīng)兩個(gè)失諧調(diào)頻波經(jīng)兩個(gè)失諧回路轉(zhuǎn)換為兩個(gè)調(diào)回路轉(zhuǎn)換為兩個(gè)調(diào)幅幅-調(diào)頻波，再經(jīng)各調(diào)頻波，再經(jīng)各自的包絡(luò)檢波器，自的包絡(luò)檢波器，得到兩反相的輸出得到兩反相的輸出信號(hào)，然后合成得信號(hào)，然后合成得到總的輸出信號(hào)。到總的輸出信號(hào)。二、集成電路中采用的斜率鑒頻器二、集成電路中采用的斜率鑒頻器 電路電路 工作原理工作原理 L1C1與與C2構(gòu)成幅頻變換線性網(wǎng)絡(luò)，將構(gòu)成幅頻變換線性網(wǎng)絡(luò)，將 輸入變換為兩個(gè)輸入變換為兩個(gè) 幅度按瞬時(shí)頻率變換的幅度按瞬時(shí)頻率變換的AM-FM波波FM當(dāng)當(dāng) ，得到，得到 為最大值為最大值V1max， 為最小值為最小值V2min；當(dāng)當(dāng) 從從 減小時(shí)

15、，使減小時(shí)，使L1C1并聯(lián)回路網(wǎng)絡(luò)呈感抗，與并聯(lián)回路網(wǎng)絡(luò)呈感抗，與C2串聯(lián)諧振時(shí)，串聯(lián)諧振時(shí)，諧振頻率為諧振頻率為 ，可得，可得 為最大值為最大值V2max，但回路總阻抗接近為零，但回路總阻抗接近為零，所以所以 為最小值為最小值V1min01111L C1( ) t2( ) t01021( ) t2( ) tL1C1與與C2的電抗曲線的電抗曲線和和 幅頻特性幅頻特性2( ) t1( ) t 分別加到分別加到T1、T2的基極（的基極（ T1 、T2 射隨器作為緩沖級(jí)，射隨器作為緩沖級(jí)，在在T1、T2的射極輸出后分別加到兩個(gè)晶體管峰值包絡(luò)檢波的射極輸出后分別加到兩個(gè)晶體管峰值包絡(luò)檢波器器T3、T4

16、的基極，的基極， T3、C3 ， T4 、C4 分別與分別與T5、T6的輸入的輸入電阻構(gòu)成檢波器），則在電阻構(gòu)成檢波器），則在T5、T6基極分別得到調(diào)解電壓：基極分別得到調(diào)解電壓：12,01d1mV02d2mV0102 ， 經(jīng)經(jīng)T5，T6差分放大后單端輸出差分放大后單端輸出 實(shí)現(xiàn)了鑒頻實(shí)現(xiàn)了鑒頻d1m2midav()2VVA-鑒頻特性曲線鑒頻特性曲線5.3.3 相位鑒頻器相位鑒頻器一、一、相位檢波器相位檢波器采用乘積鑒相是最常用的方法。 若調(diào)相信號(hào)為 uPM=Ucmcosct+(t) 其中 (t)=kpu(t) 同步信號(hào)與載波信號(hào)相差/2, 為cos()sin2rmcrmcuUtUt -cos

17、( )sinsin( )sin2( )2oPMrcmrmcccmrmcukuukU UtttkU Uttt - 用低通濾波器取出uo中的低頻分量， 即01sin( )( )22( )( )( )26cmrmcmrmcmrmpkUUkUUuttkUUkututt 式中， k為乘法器增益, 低通濾波器增益為1。 由上式可以看到, 乘積鑒相的線性鑒相范圍較小, 只能解調(diào)Mp/6的調(diào)相信號(hào)。 下圖是乘積鑒相原理圖。 由于相乘的兩個(gè)信號(hào)有90的固定相位差, 故這種方法又稱為正交乘積鑒相。 載 波提 取90相 移乘 法 器低 通濾 波 器uPMuruo1 調(diào)頻信號(hào)通過參數(shù)恒定的LC回路后, 其振幅和相位都

18、發(fā)生了變化。 考慮到正交乘積鑒相的需要, 為了獲得90的固定相移, 可以在LC并聯(lián)回路輸入端串聯(lián)一個(gè)小電容C1, 整個(gè)頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)可看作是一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò), 電容C1產(chǎn)生90的相移。二、二、 LC并聯(lián)回路的頻相轉(zhuǎn)換特性LRCC1uiu2(a)Q22Q2 Q10(b)三、三、相位鑒頻電路 利用頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)將調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)頻調(diào)相信號(hào), 然后經(jīng)過鑒相器(相位檢波器)取出原調(diào)制信號(hào), 這就是相位鑒頻電路的工作原理。 在相位鑒頻電路中, 目前越來越廣泛地采用集成化的雙差分正交移相式鑒頻器。 雙差分正交移相式鑒頻電路由90頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)和雙差分乘積鑒相器組成, 。 LCR150 p10 k0.01 C15.1 p3 kV2200V3u2V4V5V6Rcu3UCC(12 V)低 通濾波器uo8 k45050