同步解調(diào)器設計與實現(xiàn)

1、 2021 2021 學年 第 一 學期 通信電子線路 課 程 設 計 報 告 題 目： 同步解調(diào)器設計與實現(xiàn) 專 業(yè)： 11電子信息工程 班 級： 姓 名： 指導教師： 電氣工程學院2021年12月13日 任務書課題名稱 同步解調(diào)器的設計與實現(xiàn)指導教師（職稱） 馮鎖（講師） 執(zhí)行時間 2021 2021 學年第 一 學期 第 周學生姓名學號承擔任務解 軍1109121015整個方案的構(gòu)思與實施司德權1109121027總體仿真圖的繪制王向陽1109121036總體原理圖的繪制石大熱1109121026乘積型同步檢波器的設計許志權1109121042疊加性同步檢波器的設計陸晨晨11091210

2、23集成XFC1596同步檢波器的設計常賢1109121003設計報告的書寫及打印設計目的1. 學習同步檢波器的設計和電路的實現(xiàn)方法。2. 了解并研究同步檢波器的設計及電路實現(xiàn)原理。設計要求1. 原理圖分析及電路圖設計2. 用相關仿真軟件畫出電路并對電路進行分析與測試 （1）疊加型同步檢波器對DSB,SSB信號進行檢波的分析； （2）輸入調(diào)幅波m不同時疊加型同步檢波器檢波分析； （3）乘積型同步檢波器對DSB,SSB信號進行檢波的分析； （4）輸入調(diào)幅波m不同時乘積型同步檢波器檢波分析； （5）檢波器電壓傳輸系數(shù)計算 摘 要 振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。有載波振幅調(diào)制信號的包絡直接反映調(diào)制

3、信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡檢波的方法進行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，無法用包絡檢波進行檢波，所以要采用同步檢波的方法。 同步檢波器主要是用于對DSB和SSB信號進行解調(diào)（當然也可以用于AM）。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復載波信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器的方法有兩種。一是利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很簡單的；二是利用抑制載波的雙邊帶信號Vs(t)和輸入的同步信號（即載波信號）Vc(t)經(jīng)乘法器相乘，可得到輸入信號，實現(xiàn)了雙邊帶信號解調(diào)。關鍵字 同步解調(diào)； 仿真； 信號目 錄第一章 相關功能的分析

4、及方案的比較與設計51.1 同步檢波器功能分析51.2設計方案比較設計6方案一 乘積型同步檢波器6方案二 疊加型同步檢波器7方案三 集成XFC1596同步檢波器8第二章 單元電路設計92.1元器件選擇92.2單元電路設計102.2.1調(diào)幅信號發(fā)生器102.2.2同步檢波電路11第三章 電路總圖12第四章 仿真軟件Multisim的簡介13第五章 工作原理及仿真分析155.1基本工作原理155.2仿真波形圖及結(jié)果分析155.3 結(jié)果分析18第六章 總結(jié)與心得體會19附錄20參考文獻21答辯記錄及評分表22 第一章 相關功能的分析及方案的比較與設計 1.1 同步檢波器功能分析根據(jù)通信電路理論分析，

5、雙邊帶信號DSB，就是抑制了載波后的調(diào)制信號，它的游泳信號成分以邊帶形式對稱分布在被抑制載波的兩側(cè)。由于有用信號所在的雙邊帶調(diào)制信號的上、下邊頻功率之和只有載波功率的一半，即它只占整個調(diào)幅波功率31，實際運用中，調(diào)制度m在0.1-1之間變化，其平均值僅為0.3，所以邊頻所占整個調(diào)幅波的功率還要小。為了節(jié)省發(fā)射功率和提高有限頻帶資源的利用率，一般采用傳送抑制載波的單邊帶調(diào)制信號SSB，單邊帶調(diào)制信號已經(jīng)包含了所有有用信號成分，電視信號采用殘留單邊帶發(fā)送圖像的調(diào)幅信號就是其中一例。而要實現(xiàn)對抑制載波的雙邊帶調(diào)制信號DSB或單邊帶調(diào)制信號SSB進行解調(diào)，檢出我們所需要的調(diào)制有用信號，不能用普通的二極

6、管包絡檢波電路，而需要同步檢波電路。 同步檢波與包絡檢波不同，檢波時需要同時加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實現(xiàn)調(diào)幅波的乘積檢波功能，普通調(diào)幅電壓乘法器的原理框圖如圖1-1所示XY振幅限幅器 低通濾波器 圖1-1普通調(diào)幅電壓乘積器原理框圖 圖中，設輸入信號UAM(t)為普通調(diào)幅信號 （1.1）限幅器輸入為等幅載波信號，乘法器將兩個輸入信號進行相乘后輸入信號為： (1.2)（條件：為大信號）再通過低通濾波器作為乘法器的負載，將所有高頻分量去掉，并用足夠大的電容器隔斷直流分量，就可以得到反映調(diào)制規(guī)律的低頻電壓。1.2設計方案比較設計根據(jù)功能分析，可知同步檢波必須外加一個與載波同頻同

7、相的恢復信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器有兩種方法：乘積型和疊加型。方案一 乘積型同步檢波器這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波器中相乘，在經(jīng)過低通濾波器，最后檢出原調(diào)制信號，如圖1-2所示。低通濾波器 圖1-2疊加型同步檢波器原理圖設輸入的已調(diào)波為載波分量被抑制的DSB信號為： (1.3)本地載波電壓： (1.4)上兩式中，即本地載波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的相位不一定相同 (1.5) 低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： (1.6) 由上式可見，低頻信號的成正比。當=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差變大，輸出電壓變小。所以我們不但要求本地載波與輸

8、出信號載波的角頻率必須相等?？梢圆捎闷胶饣颦h(huán)形調(diào)節(jié)器來做同步檢波器，如圖1-3所示；也可以用模擬乘法器，如圖1-3所示。 圖1-3二極管環(huán)形同步檢波器方案二 疊加型同步檢波器疊加型是將外加載波信號與接收信號相加，經(jīng)過包絡檢波器取出原調(diào)制信號，原理框圖如圖1-4所示。包絡檢波器 圖1-4疊加型同步檢波器原理圖設為單邊帶信號，為本振電壓。則合成的輸入信號為： (1.7)由此可見，合成信號的包絡和相角都受到調(diào)制信號的控制，所以包絡檢波構(gòu)成的同步檢波器檢出的調(diào)制信號會有失真，這樣會有很大的干擾。輸出信號也會產(chǎn)生起伏性衰減，從而影響解調(diào)質(zhì)量。方案三 集成XFC1596同步檢波器集成XFC1596同步檢波

9、器的特點：，對壓控吉爾伯特電路T1-T4偏置，并防止T1-T4進入飽和，其他電阻保證T5-T6工作在放大區(qū)；+12V單電源供電，能采用電阻分壓網(wǎng)絡；vs為很小的信號，所以即可以得到線性檢波，其電路圖如圖1-5所示。 圖1-5集成XFC1596同步檢波器 以上三種方式都要接收端恢復載波支持，恢復載波性能的好壞，直接影響到接收機解調(diào)性能的優(yōu)劣。乘積型同步檢波是直接把本地恢復載波與接收信號相乘，用低通濾波器將低頻信號取出來。在這種檢波器中，要求恢復載波與發(fā)端載波同頻同相如果頻率或相位有一定的偏差將會恢復出來的解調(diào)信號失真。疊加型同步檢波器將DSB或SSB信號插入恢復載波，使之成為近似AM信號，利用包

10、絡檢波器將其解調(diào)出來。對于DSB信號而言，只要加入恢復載波電壓在數(shù)值上滿足一定的關系，就可以得到一個不失真的AM波。在SSB模式，接收機采用高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn)生制定頻率的恢復載波，要使恢復載波與原載波信號嚴格同步是不可能的，只要頻率和相位的不同步量限制在允許的范圍內(nèi)還原出原原調(diào)制信號的失真還是可以容忍的。經(jīng)上述對比，從考慮抗干擾的角度出發(fā)選擇方案一。第二章 單元電路設計2.1元器件選擇 根據(jù)上述對比，采用乘積型同步檢波器。此電路中最關鍵的電子元件是乘法器，這里我們選擇的是集成模擬乘法器，集成模擬乘法器是完成兩個模擬信號（電流或電壓）相乘的電子器件。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件要簡

11、單得多，而且性能優(yōu)越。從價格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實現(xiàn)模擬乘法器功能。MC1496是平衡四象限模擬乘法器，VT1、VT2與VT3、VT4組成雙差分對放大器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖靜態(tài)工作點設置MC1496可以采用單電源供電也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點由外接元件確定。a、 靜態(tài)偏置電壓的確定靜態(tài)偏置電壓的設置應保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集-基極間的電壓應大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對于圖所示的內(nèi)部電路，應用時，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時）應滿足下列關系，即調(diào)節(jié) ， (2.

12、1) (2.2)b、靜態(tài)偏置電壓的確定一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖，三對差分放大器的基極電流、和可以忽略不計，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當器件為單電源工作時，引腳14接地，引腳5通過一電阻接正電源（+的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻可以的大小，即 (2.3)根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應小于4mA，一般=1mA。器件的總消耗功率可以由下式估算出應小于器件的最大消耗功率為33mW2.2單元電路設計 2.2.1調(diào)幅信號發(fā)生器要實現(xiàn)同步檢波，首先應該得到DSB信號。這里采用將高頻載波信號與低頻調(diào)制信號根據(jù)公式2.1可知，兩者相乘的結(jié)果中

13、包含我們所需的高頻已調(diào)信號或，即可將低頻信號頻譜搬移到高頻端，從而實現(xiàn)調(diào)制。 圖2-2乘法模擬器 圖2-2中乘法器采用模擬乘法器MC1496及外接偏置電路、旁路電路組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。芯片2、3管腳之間介入1負反饋電阻，以擴展調(diào)制信號的線性動態(tài)范圍，其阻值越大，線性范圍越大，但乘法器的增益隨之越小。電阻、提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器內(nèi)部的各個晶體管的工作在放大狀態(tài)。電阻、及滑動變阻器組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變滑動變阻器的值可以使乘法器實現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。調(diào)節(jié)此滑動變阻器可以改善波形的對稱性，為了得到抑制載波雙邊帶信號可將滑動變阻器調(diào)至50%。圖2-3MC1496構(gòu)

14、成的調(diào)幅器（a）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅 （b）有載波調(diào)幅波圖2-4乘法模擬器輸出的調(diào)幅波2.2.2同步檢波電路根據(jù)公式1.3可知，要實現(xiàn)同步檢波需將高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信號相乘，實現(xiàn)同步解調(diào)。經(jīng)過低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： (2.4)同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘，其電路圖如圖2-5所示。端輸入同步信號或載波信號，端輸入已調(diào)信號，輸出端接有電阻、電容組成的低通濾波器和1uF的隔直電容，所以該電路對有載波調(diào)幅信號及抑制載波的調(diào)幅信號均可實現(xiàn)解調(diào)，但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。圖2-5同步檢波電路調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使輸入出=

15、0，即為平衡狀態(tài)。再從端輸入有載波的調(diào)制信號。調(diào)制度m=100%，這時乘法器的輸出經(jīng)過低通濾波器后的輸出，經(jīng)隔直電容后的輸出的波形。調(diào)節(jié)電位器RP可使輸出波形的幅度增大，波形失真減小。若為抑制載波的調(diào)制信號，經(jīng)MC1496同步檢波后可得輸出波形。 第三章 電路總圖根據(jù)上述單元電路設計從而得到整體電路圖，如圖3-1所示。限于尺寸大小在這里將調(diào)幅信號發(fā)生器電路封裝起來，其中DSB模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。 圖3-1同步檢波整體電路圖 圖3-2DSB模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)第四章 仿真軟件Multisim的簡介 Multisim是美國國家儀器（NI）推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬

16、/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。 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。Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借Multisim

17、，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與LabEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。 Multisim的仿真 器件建模及仿真；電路的構(gòu)建及仿真；系統(tǒng)的組成及仿真；儀表儀器原理及制造仿真。 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件： 模擬器件（二極管，三極管，功率管等）；數(shù)字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。 第五章 工作原理及仿真分析5.1基本

18、工作原理在模擬乘法器MC1496的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號和抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘，由式7-9可得輸出信號為： (4.1)（條件:,為大信號）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，則乘法器的輸出為： (4.2)上式中，第一項時所要的低頻調(diào)制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號為有載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號，利用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調(diào)。 設則輸出電壓為 （條件：為大信號）上式中，第一項為直流分量，

19、第二項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的調(diào)解。5.2仿真波形圖及結(jié)果分析運用multisim 10仿真軟件對如圖5-1所示電路進行仿真，從示波器中觀察到如圖5-2所示的波形圖。 圖5-1DSB信號仿真原理圖圖5-2DSB信號的仿真圖圖5-3總體仿真原理圖圖5-4檢波仿真波形圖 5.3 結(jié)果分析調(diào)節(jié)如圖所示電路中RP的滑動比例可以調(diào)節(jié)調(diào)幅信號的調(diào)幅度，將比例調(diào)到50%，使乘法器偏置電路處于平衡狀態(tài)，可以得到調(diào)幅度為1的抑制載波信號，即DSB信號，其波形圖如圖5-2所示。如圖5-2所示波形存在多邊形失真，

20、但信號的失真程度在允許的范圍之內(nèi)，由此可知所設計的電路圖符合設計要求，能達到所需要的各種參數(shù)。 第六章 總結(jié)與心得體會 本次課程設計的收獲很大。利用所學知識設計電子線路是我們將來必須的技能，這次課程設計恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的機會，從圖書館查找資料到對電路的設計、對電路的仿真、再到最后電路的成型，都對我所學大知識進行了檢驗?？梢哉f，本次課程設計有苦也有甜。 本次課程設計選取的是書本上的電路原理圖，在設計方面相對而言比較容易，但是在制作仿真過程合作設計報告的過程中確實遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學習工作的重點問題或者說是應該必須掌握的技能。 首先，設計思路是最重要的，只

21、要你的設計思路是成功的，那你的設計已經(jīng)成功了一半。因此我們必須在設計前做好充足的準備，像查找詳細資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。其次，在電腦上調(diào)是比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等等。 這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快速度。要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力。設計過程中，我深刻地體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當繁瑣，有時花很長時間設計出來的電路還是需要重做，那是心中不免有些灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心來，查找原因。分

22、析問題的原因以及可能出現(xiàn)問題的地方，在此期間是考驗我們學習能力的最關鍵時刻，同時也是獲取經(jīng)驗的最好途徑。這為今后的工作奠定了堅實的基礎，也是此次課程設計的受益最多的環(huán)節(jié)。本次的課程設計作為通信電路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設計和調(diào)試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。另一方面也使我們更好地鞏固和加深對于基礎知識的理解，學會設計中小型通信電路的方法，獨立完成調(diào)試過程，增強我們理論聯(lián)系實際的能力，提高電路分析和設計能力。通過實踐引導我們在理論指導下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學習和日后工程實踐奠定基礎。通過設計，

23、一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個實踐的階段。 最后，設計報告的書寫也是此次課程設計的一個重要環(huán)節(jié)。可以說課程設計的好壞都取決于設計報告的好壞。書寫報告是對Word運用的一大考驗，以前很多東西，比如說繪制表格以及很多特殊符號，畫圖都是很陌生的問題。經(jīng)過此次報告的書寫基本熟悉了這些操作，辦公軟件應用整體上有了提高?？傮w來說，這次課設我受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中。特別有趣，培養(yǎng)了我的實際思維，怎加了實際造作能力。再讓我體會到了設計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。附錄元器件清單序號名稱型號數(shù)量1電阻5

24、112電阻10013電阻91024電阻155電阻3.326電阻6.817滑動變阻器1018電容0.0159電容0.1410電容20111芯片MC14961參考文獻1 曾興文、劉乃安、陳健高頻電子線路北京：高等教育出版社，2021 2 張肅文等高頻電子線路（第四版）北京：高等教育出版社，2021 3 聶典等Multisim 10計算機仿真北京：電子工業(yè)出版社，2021 4 于海勛,鄭長明,高頻電路實驗與仿真，科學出版社，2021 .8 5 胡宴茹.高頻電子線路 高等教育出版社，2021 .8  6 彭介華 電子技術課程設計指導 高等教育出版社 

25、7 魏群 怎樣選用無線電電子元器件 人民郵電出版社，2021 .14 8 門宏 識讀無線電電路圖快速入門人名郵電出版社，2021 .8 9 黃智偉.射頻集成電路原理與應用M. 北京：電子工業(yè)出版社，2021 答辯記錄及評分表 課題名稱 同步解調(diào)器的設計與實現(xiàn)答辯教師（職稱） 馮鎖（講師） 答辯時間20212021 學年第 一 學期 第 15 周答辯記錄1. 在同步檢波器設計中選擇乘積型同步檢波器的優(yōu)點是什 么？答：這種檢波器要求恢復載波與發(fā)端載波同頻同相如果頻率或相位有一定的偏差將會恢復出來的解調(diào)信號失真，且從抗干擾角度來說很有優(yōu)勢。2. 為什么選擇MC

26、1496芯片實現(xiàn)模擬乘法器功能？答：MC1496是平衡四象限模擬乘法器，從經(jīng)濟角度上來說也合理。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件要簡單得多，而且性能優(yōu)越。3. Multisim具有哪些特點？答：Multisim可以交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。4. 同步檢波器的主要原理是什么?答：同步檢波器主要是用于對DSB和SSB信號進行解調(diào)。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復載波信號。5. 調(diào)幅信號發(fā)生器的作用？答：要實現(xiàn)同步檢波，必須首先應該得到DSB信號。即需要將低頻信號頻譜搬移到高頻端，從而實現(xiàn)調(diào)制。所以需要調(diào)幅信號發(fā)生器。6. 總體電路圖包含那幾個部分？答：總體電路圖主要包括調(diào)幅信號發(fā)生器電路，同步檢波電路及DSB模塊電路。 評 分 表學生姓名學號評分解 軍1109121015司德權1109121027王向陽1109121036石大熱1109121026許志權1109121042陸晨晨1109121023常賢1109121003 公司印章管理制度一、目的 公司印