基于multisim及鎖相環(huán)的2PSK2ASK2FSK的調制解調電路仿真

r~ir~ir~ir~i基于multisim及鎖相環(huán)的2PSK2ASK2FSK的調

制解調電路仿真口W業(yè)、［lanzHOuUNiyyRsnYq|yrECHNO|OGY基于血Itisim的鎖相環(huán)解調系統(tǒng)仿真學生姓名學號專業(yè)班級指導教師學院計算機與通信學院答辯日期口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗基于Multisim的鎖相環(huán)解調系統(tǒng)仿真PLLDemodulationSystemSimulationBasedonMultisim遂業(yè)、【遂業(yè)、【貝4葉遂業(yè)、【遂業(yè)、【貝4葉摘要實現(xiàn)調頻波解調的方法有很多，而鎖相環(huán)鑒頻是利用現(xiàn)代鎖相環(huán)技術來實現(xiàn)鑒頻，具有工作穩(wěn)定，失真小，信噪比高等優(yōu)點，所以被廣泛用在通信電路系統(tǒng)中。鎖相環(huán)其原理是通過鑒相檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并將檢測出的相位差信號轉換成電壓信號輸出，該信號經低通濾波器濾波后形成壓扌空振蕩器的扌控制電壓，對振蕩器輸出信號的頻率實施控制。該文首先介紹了鎖相環(huán)技術發(fā)展的現(xiàn)狀、方向以及背景，并對PLL的原理進行了闡述。在以上的基礎上，分別設計了2ASK、2PSK、2FSK的調制解調電路，其功能為數(shù)字基帶信號經過調制輸出一個模擬信號，然后用鎖相環(huán)進行解調，最后采用Multisim軟件進行仿真。在對2ASK、2FSK、2PSK解調時，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。在整個電路設計中，力求要做到電路簡單，并完成任務書提到的要求。關鍵詞：調制；解調；Multisim；鎖相環(huán)Therearemanywaystorealizefrequencywavedemodulation,andPLLfrequencywhichhastheadvantagesofstableoperation,smalldistortion,highsignal-to-noiseratioandsoonisachievedbyusingmodernPLLfrequencytechnology,soitiswidelyusedincommunicationcircuitsystem.Phase-lockedloopthroughthedifferenceofthephasedetectionofinputsignalandtheoutputsignalphase,andthedetectedphasedifferencesignalintooutputvoltagesignal,thesignalthroughalowpassfilter.Aftertheformationofthevoltagecontrol品咨oscillator__,the__output""signal__of_the__oscillatorfrequencycontrol.Thispaperfirstintroducesthepresentsituation,developmentdirection,phase-lockedlooptechnologyaswellasthebackground,andtheprincipleofPLLisdiscussed.Onthebasisoftheabove,themodulationanddemodulationcircuitof2ASK,2PSK,2FSKwhichfunctionisadigitalbasebandsignalismodulatedbyananalogsignalandoutputweredesigned,andthenuseingthePLLdemodulation,finallyusingMultisimsoftwaresimulation.Inthe2ASK,2FSK,2PSKdemodulation,theoutputofthelowpassfilterwaveformdistortionisrelativelylarge,butfinallyitcanregeneratedigitalbasebandpulsesamplingdecisioncircuitaftershaping.Inthecircuitdesign,andstrivetodoasimplecircuit,andcompletethetaskbookmentionedrequirements.Keywords：modulate；modulation；PLL；Multisim目錄口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗第1章緒論1.1研究背景實現(xiàn)調頻波解調的方法有很多，而鎖相環(huán)鑒頻是利用現(xiàn)代鎖相環(huán)技術來實現(xiàn)鑒頻方法，具有工作穩(wěn)定失真小，信噪比高等優(yōu)點，所以被廣泛用在通信電路系統(tǒng)中。鎖相環(huán)路是一種反饋電路，鎖相環(huán)的英文全稱是Phase-LockedLoop，簡稱PLL。其作用是使得電路相位同步。因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，它還具有載波跟蹤特性。作為一個窄帶跟蹤濾波器，可提取淹沒在噪聲中的信號；用高穩(wěn)定的參考振蕩器鎖定，可提供高穩(wěn)定的頻率源；可進行高精度的香味與頻率測量等等。如今鎖相環(huán)解調器在通信、雷達、測量和自動化控制等領域應用極為廣泛，隨著電子技術的發(fā)展，對鎖相環(huán)解調的研究和應用得到了越來越多的關注?，F(xiàn)在通過分析與研究，加深對鎖相環(huán)解調方式的理解，并根據它的原理，設計出2FSK、2PSK、2ASK的調制電路，并通過鎖相環(huán)解調出來。1.2研究現(xiàn)狀鎖相環(huán)解調技術的發(fā)展十分迅速，如今已經在很多領域都應用了鎖相環(huán)解調的理論?？捎糜谑謾C中、SDH網絡中、在汽車MP3無線發(fā)射器中'測量汽車轉速都是十分典型的應用。調頻波的特點是頻率隨調制信號幅度的變化而變化，壓控振蕩器的振蕩頻率取決于輸入電壓的幅度。當載波信號的頻率與鎖相環(huán)的固有振蕩頻率3。相等時，壓控振蕩器輸出信號的頻率將保持30不變。若壓控振蕩器的輸入信號除了有鎖相環(huán)低通濾波器輸出的信號uc夕卜，還有調制信號Ui，則壓控振蕩器輸出信號的頻率就是以30為中心，隨調制信號幅度的變化而變化的調頻波信號。當然，鎖相環(huán)的許多優(yōu)越性使得鎖相環(huán)解調技術在很多我們周圍都可以見到的物品中發(fā)揮著其巨大的功效。如今，鎖相環(huán)路理論與研究日臻完善，應用范圍遍及整個電子技術領域。隨著通信及電子系統(tǒng)的飛速發(fā)展，促使集成鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)突飛猛進?，F(xiàn)在品種齊全繁多，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性和小型化，目前仍朝著集成化，數(shù)字化，多用化方向迅速發(fā)展。1.3研究內容介紹調制和解調電路是通信設備中重要組成部分。用待傳輸?shù)牡皖l信號去控制高頻載波參數(shù)電路稱為調制電路，解調是調制的逆過程，從高頻已調信號中還原出原調制信號稱為解調電路。該文主要建立了2ASK、2FSK、2PSK的調制解調電路。解調電路中使用了鎖相環(huán)解調。鎖相環(huán)路的輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入參考信號頻率的變化，環(huán)路鎖定后輸入參考信號和輸出參考信號之間的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益被控制在所需數(shù)值范圍內.這種輸出信號頻率隨輸入參考信號頻率變化的特性稱為鎖相環(huán)的跟蹤特性.利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調制跟蹤型鎖相環(huán)。為了實現(xiàn)信息的遠距離傳輸，收信端接收到信號后必須進行解調才能恢復原信號。所謂的解調就是用攜帶信息的輸出信號uo來還原載波信號ui的參數(shù)，載波信號的參數(shù)有幅度、頻率和位相，所以，解調有調幅（AM）、調頻（FM）和調相（PM）三種。調幅波的特點是頻率與載波信號的頻率相等，幅度隨輸入信號幅度的變化而變化；調頻波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，頻率隨輸入信號幅度的變化而變化；調相波的特點是幅度與載波信號的幅度相等，相位隨輸入信號幅度的變化而變化。該文中調制出2FSK、2ASK、2PSK，調制時采用的是鎖相環(huán)解調出來,最后用Multisim進行仿真出效果。在對2ASK、2FSK、2PSK解調時，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。第2章基本原理2.1Multisim介紹隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，電子產品已與計算機緊密相連，電子產品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產品的更新周期卻越來越短。Multisim10是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本?？梢栽O計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路。它有豐富的元件庫，為用戶提供元器件模型的擴充和技術；虛擬測試儀器儀表種類齊全，其操作方法與實際儀器十分相似；具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等18種電路分析方法，提供了多種輸入輸出接口，Multisim10可以與國內外流行的印刷電路板設計自動化軟件Protel及電路仿真軟件Pspice之間的文件接口，也能通過Windows電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進行編輯排版，同時還支持VHDL和VerilogHDL語言的電路仿真與設計。Multisim10把所有的元件分成13類庫，再加上放置分層模塊、總線、登錄網站共同組成元件工具欄。Multisim10提供了18種儀表，儀表工具欄通常位于電路窗口的右邊，也可以用鼠標將其拖至菜單的下方，呈水平狀。Multisim10具有以下特點：⑴Multisim10是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。其元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產廠商的產品使用手冊中查到，因此可以很方便地在工程設計中使用。(2)Multisim10的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。Multisim10具有較詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等，以幫助設計人員分析電路的性能。MultisimlO可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的過程中還可以存儲測試點的所有數(shù)據，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據。MultisimlO是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它用軟件的方法模擬電子線路元器件和儀器儀表，實現(xiàn)了“軟件即元器件”和“軟件即儀器”。MultisimlO是一個電路原理設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，該軟件為電子工程師提供了一個電路設計與仿真平臺，不僅與國際著名的模擬電路仿真軟件spice兼容，而且具有較強的VHDL和Verilog設計與仿真功能。它具有界面形象、直觀易懂、采用圖形方式創(chuàng)建電路的特點；它豐富的元件庫中提供了超過16000個組件，全部采用世紀模型，確保了仿真結果的真實性和實用性；它采用開放式的庫管理模式，能自動地生成模擬和數(shù)字組件模型，這對新器件的補充十分有利。Multisim10的虛擬測試儀器種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真度測試儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。Multisim10具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設計人員分析電路的性能。Multisim10可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微機接口電路等；可以對被仿真的電路中的元器件設置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)等。PDLFVCOPDLFVCO2.2鎖相環(huán)基本原理2.2.1鎖相環(huán)的基本組成許多電子設備要正常工作，通常需要外部的輸入信號與內部的振蕩信號同步，利用鎖相環(huán)路就可以實現(xiàn)這個目的。鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環(huán)（PLL）。鎖相環(huán)的特點是：利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內部振蕩信號的頻率和相位。因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖2.1所示。Ui（Ui（t）Uo圖2.1鎖相環(huán)基本組成鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并將檢測出的相位差信號轉換成電壓信號輸出，該信號經低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓，對振蕩器輸出信號的頻率實施控制。2.2.2鎖相環(huán)的工作原理鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖2.2所示。圖2.2乘法器鑒相器的工作原理是：設外界輸入的信號電壓和壓控振蕩器輸出的信號電壓分別為：

(2-1)2-2)u(t)=Usin「，t+0(t(2-1)2-2)i m iiu(t)=Ucos「，t+0(t)]o om oo式中的3為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或為直流電壓時的振蕩角頻率，稱0為電路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓u為：DTOC\o"1-5"\h\zU=KUUsin[,t+0(t)]cos[,t+0(t)] (2-3)D mom ii oo1 1U=-KUU{sin,t+0(t)]+cos,t+0(t)]}+_KUU{sin,t+0(t)]-cos,t+0(t)]} (2-4)D2momii oo2momii oo用低通濾波器LF將上式中的和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓U(t)。即U(t)為：c c1U(t)=KUUsin{[,t+0(t)]—[，t+0(t)]} (2-6)c2mom ii oo=Usin{[,t—,t]+[0(t)—0(t)]} (2-7)dm io i o式中的3為輸入信號的瞬時振蕩角頻率，0(t)和0(t)分別為輸入信號和輸出信i i o號的瞬時位相，根據相量的關系可得瞬時頻率和瞬時位相的關系為：即(2-9)(2-10)2-112-120(t)=<,(t)(2-9)(2-10)2-112-12do則V，瞬時相位差。為d0=[，t-①t]+0(t)—0(t)dioi od0(t)、,(t)=?)dt對兩邊求微分，可得頻差的關系式為d0 d(,t—,t)d[0(t)—0(t)] d— i o i o

dtdt dt上式等于零，說明鎖相環(huán)進入相位鎖定的狀態(tài)，此時輸出和輸入信號的頻率和相位保持恒定不變的狀態(tài)，U(t)為恒定值。當上式不等于零時，說明鎖相環(huán)的相位還未c口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十鎖定，輸入信號和輸出信號的頻率不等，U(t)隨時間而變化。c因壓控振蕩器的壓控特性如圖2.3所示，該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率3u以3為中心，隨輸入信號電壓U(t)的變化而變化。該特性的表達式為° c(2-13)①(t)=①(t)=①,Ku(t)u o0c上式說明當U(t)隨時間而變時，壓控振蕩器的振蕩頻率3也隨時間而變，鎖相c u環(huán)進入“頻率牽引”，自動跟蹤捕捉輸入信號的頻率，使鎖相環(huán)進入鎖定的狀態(tài)，并保持3=3的狀態(tài)不變。°i第3章調制解調電路設計2FSK調制解調電路設計2FSK調制電路設計原理2FSK即叫做二進制移頻鍵控或二進制頻移鍵控。2FSK信號產生的方法一般有兩種：一種叫直接調頻法，另一種叫頻移鍵控法。（1）模擬調頻法：即直接利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調頻而獲得。如圖3.1所示：St） 模擬調頻 2FSK圖3.1模擬調頻法直接調頻法是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。其優(yōu)點是調制方便，設備簡單，得出的是2FSK信號，相位連續(xù)。（2）鍵控法：即利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。如圖3.2所示：圖3.2鍵控法 2FSK鍵控法的特點是轉換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應用廣泛，但設備要復雜些，得出的是2FSK信號，相位不連續(xù)。該文采用鍵控法產生2FSK信號，即用一個受基帶脈沖控制的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。設計原理圖如圖3.3所示：圖3.32FSK調制原理圖2FSK調制單元電路的設計要將時鐘脈沖信號經過2FSK調制成為2FSK信號，我們采用一個受基帶脈沖控制的開關電路去選擇兩個獨立的頻率源作為輸出。鍵控法產生的2FSK信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過度頻率，它的轉換速度快，波形好。1）四雙向模擬開關CD4066CD4066的引腳功能如圖3.4所示。每個封裝內部有4個獨立的模擬開關，每個模擬開關有輸入、輸出、控制三個端子，其中輸入端和輸出端可互換。當控制端加高電平時，開關導通；當控制端加低電平時開關截止。模擬開關導通時，導通電阻為幾十歐姆；模擬開關截止時，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。模擬開關可傳輸數(shù)字信號和模擬信號，可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為40MHz。各開關間的串擾很小，典型值為一50dB。圖3.4四雙向模擬開關CD4066輸入的基帶信號由轉換開關分成兩路，一路控制f1=32KHz的載頻，另一路經倒_口_ *、【木日口口jXT不十相去控制f2=16KHz的載頻。當基帶信號為“1”時，模擬開關1打開，模擬開關2關閉，此時輸出fl=32KHz當基帶信號為“0”時，模擬開關2開通。此時輸出f2=16KHz,于是可在輸出端得到2FSK已調信號。如圖3.5所示:4O66BD_1jC>V：:- - UFE?-3--S3EM3- -- - -IHL - - - 1ZK1- --^ECD - - -3.-i圖3.5模擬開關2)變頻電路變頻電路是將輸入的二進制數(shù)字基帶信號通過控制載頻轉換成己調信號，即2FSK調制信號。兩路載頻分別經射隨、LC選頻、射隨再送至模擬開關。其中LC選頻電路函數(shù):Lvzc2丸，選頻網絡如圖3.6所示:R133—IOR21電路函數(shù):Lvzc2丸，選頻網絡如圖3.6所示:R133—IOR21IQS:r2N221pA圖3.6變頻電路圖3)2FSK調制的整體電路圖的設計

圖3.72FSK的Multisim調制仿真電路圖4)2FSK調制電路的仿真TimeISO.USISO.4S6US0.000B圖3.72FSK的Multisim調制仿真電路圖4)2FSK調制電路的仿真TimeISO.USISO.4S6US0.000BChannel_A0.000v"0.000VO.OOCIVCliaimel_60.000v"0.000V0.000VTimebaseSBu;20us/tilvXP^DB.<plV)：oChannelASc=le:5V/taiv￥PCS 1-2.IAUII。|[dc]ChannelESc=le;5W/Olv￥poa.CplV)E-NMJfT-1[pc1-Save_ Ext:,triggerTriggerEdac： [aJ[e][en：t]Level: □vType[Sing.][Nor.][Auto]叵命￡].；圖3.8脈沖信號輸出波形口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十圖3.9變頻電路輸出波形M1此 1卜Ext.triggertiSHOOO怠怠怠mClClCI*U1U1UlChannel_A0.000v"0.000V0.000VChannel_B0.000v"0.000V0.000VReverse5aveChiAnnplRScale:200us/DivScale:5M/DivScale:5V/DivEdge:困國匚廠］引聲1區(qū)pos.(Div):0Ypos.(tiiv)E□Ypos.{piv):-1.2LevelrgV鬧1頑1有II疝1五叵回布|~6~|冋「-(6)Type|Sing.||Nor.||Auto|[None]圖3.102FSK的仿真效果圖，欠業(yè)、【

』'日口日I）工3.1.32FSK解調單元電路的設計鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成，該文鎖相環(huán)解調原理框圖如S3.11所示。圖3.112FSK解調原理框圖1）鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖3.12所示：Ui（Ui（t）Uo圖3.12乘法器2）低通濾波器如圖3.13所示：用低通濾波器LF將和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓u（t）。C

圖3.13環(huán)路濾波器壓控振蕩器的壓控特性如圖3.14所示，該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率3以3為中心，隨輸入信號電壓U(t)的變化而變化。該特性的表達式為u0 c(3-1)(3-1)圖3.14壓控特性圖3.14壓控特性上式說明當u(t)隨時間而變時，壓控振蕩器的振蕩頻率3也隨時間而變，鎖相環(huán)進入“頻率牽引”，自動跟蹤捕捉輸入信號的頻率，使鎖相環(huán)進入鎖定的狀態(tài),并保持的狀態(tài)不變。壓控振蕩器的電路圖如圖3.15所示:iR3laiccfR3laiccfV43.2V圖3.15壓控振蕩器抽樣判決電路(LM311)口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十_口_ *、【木日口口_口_ *、【木日口口jXT不十工作原理：LM311是當2腳電壓高于3腳電壓時輸出高電平，反之則輸出低電平。弓［腳功能如下。1腳GROUND/GND腳功能如下。1腳GROUND/GND接地2腳INPUT+正向輸入端3腳INPUT反相輸入端7腳OUTPUT輸出端5腳BALANCE平衡6腳BALANCE/STROBE平衡/選通8腳V+電源+4腳V-電源-圖3.16LM311引腳圖圖3.17抽樣判決電路圖3.1.42FSK解調電路的整體設計2FSK解調電路的設計是采用鎖相環(huán)進行解調，2FSK信號通過鎖相環(huán)最終解調出數(shù)字基帶信號。2FSK基于Multisim仿真的解調電路的整體電路設計圖如圖3.18所

tiHWTime0.000s0.000s0.000sChannel_A0.000v"0.000V0.000VChannel_B0.000v"0.000V0.000VExt.triggprReverseSaveTimpbsicpChsnnplAChannelRTrinnprScale:2J00us/DivScsle:5V/DivScale:10加出Edge: 國國|回叵Xpose(piv):0Ypos.fDiv):0Vpos.fpiv)：-1.8Level?oV網頑B同布1網閔叵］叵|回三1@Typejsing.||Nor.|jAuto|［如嘗］z5：A2R105-QkD1OrFRT2HaknC2ialms?R14-Iw1VIV1-D'二3.2V；KF心1.BQ.6g/v-、L'j\r 僵二_1Wz5：A2R105-QkD1OrFRT2HaknC2ialms?R14-Iw1VIV1-D'二3.2V；KF心1.BQ.6g/v-、L'j\r 僵二_1W W9-二?inv圖3.182FSK的Multisim的解調仿真電路vccI12VRU：5.1kQ311DOscillostop&-XSC4圖3.192FSK的Multisim解調電路的仿真_口_ *、【木日口口_口_ *、【木日口口jXT不十_口_ *、【木日口口_口_ *、【木日口口jXT不十口業(yè)、［

4日口口3.22PSK調制解調電路設計3.2.12PSK調制解調電路設計原理PSK分為二進制相位鍵控(2PSK)和多進制相位鍵控(MPSK)。該文主要介紹2PSK的調制與解調。在二進制數(shù)字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控(2PSK)信號。通常用已調信號載波的0°和180°分別表示二進制數(shù)字基帶信號的1和0。二進制移相鍵控信號的調制原理圖如下所示。其中圖.20是采用模擬調頻的方法產生2PSK信號，圖3.21是采用數(shù)字鍵控的方法產生2PSK信號.本設計調制2PSK時采用的是鍵控法。雙極性c(t)2psks(t)雙極性c(t)2psk圖3.20模擬調頻法開關電路開關電路圖3.21鍵控法2PSK信號的解調通常都是采用相干解調，該文的解調器原理圖如圖3.22與2FSK解調原理相同。壓控振蕩器

壓控振蕩器圖3.222PSK解調原理框圖3.2.22PSK調制與解調電路的設計與仿真2PSK調制電路采用鍵控法調制，而解調電路的設計是采用鎖相環(huán)進行解調，2PSK信號通過鎖相環(huán)最終解調出數(shù)字基帶信號。2PSK基于multisim仿真的調制解調電路的整體電路設計圖如圖3.23所示：圖3.232PSK調制解調電路圖2PSK調制仿真圖與解調后的仿真圖如圖3.24?？?，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十R-everseChannel_A0.0007O.OOOiV0.000VChannel_Bo.ooo7o.ooov0.000VR-everseChannel_A0.0007O.OOOiV0.000VChannel_Bo.ooo7o.ooov0.000VSa^e Ext.triggerTriogcr￡旳田czjb]rxirpExt]Levekq vTime0.000s0.000s0.000§TimcbciseChannEldChcmnelBScales500us/Div5c=le:1VyCiiu:5V/DivXpos.(piv)E口￥pos.tplv)：1-2￥POS.^DIV)：-2衛(wèi)RE1禹dd1|B/A11AJB||Ac]r6-|fDcl圖3.242PSK調制解調電路圖仿真結果Type[Sing.||lMor.|jAuto|[&口>]3.32ASK調制解調電路設計3.3.12ASK調制解調電路設計原理在二進制數(shù)字振幅調制中，載波的幅度隨著調制信號的變化而變化，實現(xiàn)這種調制的有兩種：（1）模擬相乘法：通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號相乘得到輸出信號，這種直接利用二進制數(shù)字信號的振幅來調制正弦載波的方式稱為模擬相乘法，其電路如圖3.25所示。在該電路中載波信號和二進制數(shù)字信號同時輸入到相乘器中完成調制。（2）數(shù)字鍵控法：用開關電路控制輸出調制信號，當開關接載波就有信號輸出，當開關接地就沒信號輸出，其電路如倒.26所示。s(t)開關電路1 ?iLe (t)2ASK > 乘法器JL(t)coswj 2ask _cos€tc圖3.25模擬相乘法圖3.26數(shù)字鍵控法s(t)2ASK/OOK信號有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡檢波法）和相干解調（同步檢測法），相應的接收系統(tǒng)如圖3.27、圖3.28所示。

賦沖圖3.27非相干解調方式圖3.28相干解調方式該文2ASK的調制方法采用的是模擬相乘法，而調制則采用的是相干解調。該文的2ASK解調原理框圖3.29如下:圖3.292ASK解調原理框圖3.3.22ASK調制與解調電路的設計與仿真2ASK調制電路采用鍵控法調制，而解調電路的設計是采用鎖相環(huán)進行解調，2ASK信號通過鎖相環(huán)最終解調出數(shù)字基帶信號2ASK基于Multisim仿真的調制解調電路的整體電路設計圖如圖3.30所示：_口_ *、【木日口口_口_ *、【木日口口jXT不十_口_ *、【木日口口_口_ *、【木日口口jXT不十圖3.302ASK調制解調電路圖圖3.302ASK調制解調電路圖圖3.312ASK調制解調仿真圖口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十3.4解調結果分析由于在解調2ASK、2FSK、2PSK時的數(shù)字基帶信號都為1KHZ，而在解調時壓控震蕩器的中心頻率都為1KHZ，所以該文中三個信號的解調電路都是一樣的。鎖相環(huán)鑒頻電路環(huán)路輸入頻率跟隨輸出頻率變化，即跟蹤，實現(xiàn)環(huán)路鎖定困難，會出現(xiàn)毛刺。低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經過抽樣判決電路整形后可以很好的解調出數(shù)字基帶脈沖。在解調設計選取參數(shù)時，發(fā)現(xiàn)低通濾波器中C2的值最影響波形的輸出，以2FSK解調為例，一開始我在C2設為10nF，出來的波形如下圖3.32：Oscillos.cop&-XGC4￡3Oscillos.cop&-XGC4￡3nSSTimenSSTimeChannelAChannelB—0.000s0.000V0.000VReverse0.000go.oooao.ooov0.000s0.000y0.000VSave< 7TTTimebaseScale:500us/t)ivChannelAScale:日V/DivChannelE：Scale:5郵\vTrigger1 閏國enfE^t]Xpos.fpiu):0Ypos.(piv>0Ypos.(Div):-2.5Level:q v用頑|麗［布］|7c||-q~|[dc1亙回國口団TypeSingJNorjlAuto[動司Ext.trigger圖3.32C2=10nF時的波形可見解調出來的基帶信號出現(xiàn)嚴重失真。后經過不斷的嘗試改變C2的值，最終把C2的值設為100nF，終于解調出很好的數(shù)字基帶信號如下圖3.33:Oscilloscope-XSC41 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 11 11 11 11 11 11 11 1■■ 11 ■rII1kl ■ rrii_l l l l] zq..._ L___L_1 1 1 1 11 1 1 1 11 11 1ReverseSaveExt.trigger0Channel_A■6.104mV-6.104mV0.000WChannel_B12.000V12.000V0.000VTime4.500ms4.500ms0.000sT1SS口asT2TLTimebaseChannelAChannelBScale:500us/t)ivScale:月V/DivScale:5VfDivXpos.fpiv):0Ypos.(piv5：0Ypos.flTiiw):-2.6用|頑W||布|叵JEZi叵H?|ACHVIfpcl-|回Type|Singh||Nor.||Auto|[用“』TriggerEdge: 3真I冃Level:圖3.33 C2=100nF時的波形口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗總結該文分別設計了2ASK、2PSK、2FSK的調制解調電路，其功能為數(shù)字基帶信號經過調制輸出一個模擬信號，然后用鎖相環(huán)進行解調，最后采用Multisim軟件進行仿真。在對2ASK、2FSK、2PSK解調時，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。經過一個學期的時間，終于完成這次基于Multisim的鎖相解調系統(tǒng)設計的畢業(yè)設計任務。我首先查閱了大量的書本資料，接著又上網搜集了許多有用信息，有時候為了找到一個合適的電路而苦惱，有時候又為取得一點成功而由衷的高興。當最終的電路方案設計出來以后，我請教了我的指導老師何老師及學的比較好的同學，他們的一個小小指點就給我們很大啟示和靈感，對我的電路圖提出了很多有價值的建議，在此對熱心幫助我的老師和同學表示衷心感謝。在此次畢業(yè)設計中，我充分體會到了熟練運用相關軟件的重要性，不像以前做的課程設計，并沒有多少工作在計算機里實現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。本次畢業(yè)設計都高度依賴計算機，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調節(jié)，可以說每一步都很艱難，每一步都是我一步一個腳印結結實實踩下去的。通過畢業(yè)設計，我增強了對通信電子技術的理解，學會查尋資料、比較方案，學會通信電路的設計、計算；進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決通信電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向實際能力的轉化；通過典型電路的設計與仿真加深對基本原理的了解，增強了實踐能力?？?'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日6JT不斗口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日6JT不斗參考文獻熊偉候傳教.Multisim7電路設計及仿真應用[M].清華大學出版社，2005陽昌漢.高頻電子線路[M].高等教育出版社，2006吳運昌.模擬集成電路原理與應用[M].華南理工大學出版社，2000沈偉慈.通信電路[M].西安電子科技大學出版社，2004李爭.低噪聲電荷泵鎖相電路設計理論與技術，北京交通大學.碩士學位論文，2007鄭繼禹，張厥盛，萬心平.鎖相環(huán)原理與應用[M].人民郵電出版社，1984FloydM.Gardner,PhaselockTechniques(SecondEdition),Publication:NewYork,JohnWiley,1979.RolandE.Best,Phase-lockedLoopsDesign,SimulationandApplication,清華大學出版社，2003張輝，曹麗娜.?現(xiàn)代通信原理與技術[M].西安電子科技大學出版社，2002.鄭繼禹，張厥盛，萬心平.鎖相技術[M].西安電子科技大學出版社，1994謝自美.電子線路綜合設計.華中科技大學出版社,2006.6Best,RolandE.,Phas—LookedLoopTheory,DesignandApplicationsMcGRAW—Hill,1984沈偉慈.通信電路.西安電子科技大學出版社，2004口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗附錄：（外文翻譯）BridgingtheGapbetweentheAnalogandDigitalWorldsMostapplicationsrequiretheco-existenceofanaloganddigitalfunctionality,andthebenefitsofcombiningthisfunctionalityonasinglechiparesignificant.Suchmixed-signalintegration,however,alsopresentssignificantchallenges.Furthermore,digitalandanalogdevelopmentstendtoevolveatdifferingrates,yetmixed-signalsolutionsformarketssuchasindustrial,automotiveandmedical,mustremainavailableoversignificanttimeperiods.Thelatestmixed-signalsemiconductorprocessesarehelpingtoaddresssomeoftheseissues,andthisarticlewilllookatsomeoftheissuesdesignersshouldconsiderwhenspecifyingintegratedmixed-signalsolutions.Mixed-signalsolutionfortherealworldSystemdesignersoftenpartitionthedigitalportionfromtheanalogsectionofagivendesignforavarietyofreasons:theavailabilityofmixingcomponentsforthetwotechnologies,thecomplexityofthedigitaldesignoragainbecauseoftheexistenceofpuredigitalprocessingpartsasstandardproducts.Placingtheanalogelementsinanintegratedcircuitdefinitivelyallowsthesystemdesignertooptimizethecostsofitsentiremodule.Thisintegrationapproachisusuallydifficultforadvancedmarketssuchastelecommunicationsorcomputers,butmakessenseformorematureorconservativemarketssuchasautomotive,medicalandindustrial.Formostofthesematuremarket'sapplications,digitalfunctionsarefindingtheirwayontowhatoncewerepureanalogdesigns.Addingdigitalfunctionstoananalogdesignishelpedinpartbythedevelopmentofnewprocesstechnologiesthatcanhandlebothshort-channel,fast-switchingdigitaltransistorsaswellashigh-voltageanalogtransistors.Forexample,AMISemiconductor'slatestmixed-signaltechnologyoffersdigitalandanalogintegrationcapabilitiesonthesamedesignplatform.TheI3TtechnologyfamilyisbasedonstandardCMOS0.35pm,limitingthemaximumgatevoltageto3.3V.Someconsiderthistechnologyoutdated,fromapuredigitaldesigner'spointofview,butitisattheforefrontfortheautomotive,industrialandmedicalmarkets.ThislistofoptionalfeaturesthatenablesthedesignofrealSoCsincludeshighvoltageinterfacingupto80V,microprocessingcapabilitiesupto32bits,wirelesscapabilitiesupto2.8GHz,anddenselogicdesignupto15Kgates/mm2.Besidethesecapabilities,NVMintegrationispossible:E2PROMupto4Kbytes,FlashmemoryuptohalfamegabitorOn-Time-Programmable(OTP)cellsforapplicationcalibrations.Theabilitytointegrateallthesefeaturesonachipgivesthecustomerthepossibilitytobeindependentfromtheobsolescenceofthestand-aloneNVMmarket,whichismoreorlessdrivenbythecomputermarket.Thisadvantageisquiterelevantwhenweconsiderthecostofre-qualifyingamodulefortheOEMsinautomotive,forinstance.Italsomakessensewhenconsideringthelonglifespanoftheapplicationsembeddedintocars,theindustrialenvironmentormedicalself-treatmentdeviceswherepatientcostisanimportantconsideration.Neverthelessbridgingthegapfromdigitaltoanalogonasinglechipdoesnotoccurwithoutissues.Clockingnoisefromhigh-speeddigitalcircuits,forinstance,ofteninterfereswithnoise-sensitiveanalogfunctions.Inaddition,switchingcurrentsfromhigh-poweranalogfunctionscaninterferewithlow-voltagedigitalprocessors.Thegoalistoprotectlow-voltagetransistorsfromtheelectricfieldeffectsofvoltagesthatare10to30timeshigher.Theseimportantissuesarenotwithoutsolutions.Forexample,oneofthelatestreleasesintheI3Tfamily,theI3T50DTI,usesadeeptrenchisolationtechnique.ThistechniqueusesaseriesofisolatingtrenchesthatburydeepintotheICsubstrate;effectivelycreatingon-chip“pockets"wherenoiseandpowersupplyparametersarecarefullycontrolled.Ontopofitsprotectionskills,thedeeptrenchtechnologyalsohelpstominimizedieareabyallowingdensepackingofhigh-voltageanalogpocketswithlow-voltageregions.Youcanobtainimprovementsindieareaof10to60percentoverdesignsthatusestandardjunctionisolationtechniques.Asmentionedearlier,thereasonthatsystemdesignersareusingdeepsub-microntechnologiesinthosemarketsisoftenlinkedtotheavailabilityofdevicesinthosetechnologies,notthecomplexityoftheapplicationitself.Thecomplexitycanbehandledinmanycasesbyan8-bitmicrocontroller,or32-bitforhigh-endapplications.Productssuchasthe0.35pmI3Tareabletomanagetheintegrationatareasonablecost.Atypicalapplicationdiagramofarealmixed-signalSoCisshowninFigure1.9.口.'穴口.'穴業(yè)、丨才日口日OUT不斗口，穴口，穴業(yè)、【木日口口jXT不十Figure1.9Mixed-signalSoCdiagramsignal

digitaldigitaltimersBasically,thechipintegratesthesystemfunctionalityfromthesensortotheactuator,goingthroughsomedigitalprocessing.Conventionalmixed-signaltechnologyallowsanalogcontrolandprocessingfunctionssuchasamplifiers,analog-to-converters(ADCs)andfilterstobecombinedwithfunctionalitysuchasmicrocontrollers,memory,andlogiccontrolfunctionsonasingle,customizedchip.Allsignalsthatprocessanalgorithmorarithmeticcalculationaredigital,soconversionofanalogtodigitalsignalsismandatorywhensubmittingdataforcomparisonorprocessingbyviaamicrocontroller,whileconversionfromdigitaloutputsignalstoanaloghigh-voltagesignalsisrequiredtodriveanactuatororaload.Themostrecentmixed-signaltechnologyAMISdeveloped,significantlysimplifiestheimplementationofsuchdriverfunctionalitybyallowingmuchhighervoltagefunctionalitytobeintegratedintoanICalongsidetherelativelylowvoltagesrequiredforconventionalmixed-signalfunctions.Thishigh-voltagemixed-signaltechnologyisparticularlyrelevanttoautomotiveelectronicsapplicationswherehighervoltageoutputs—todriveamotororactuatearelay—needtobecombinedwithanalogsignalconditioningfunctionsandcomplexdigitalprocessing.Figure1.9Mixed-signalSoCdiagramsignal

digitaldigitaltimersAgrowingtrendinmixed-signalcircuitdesignistoaddsometypeofcentralprocessingcircuittotheanalogcircuits.Formanyapplicationsthesuitablechoiceofprocessingintelligenceisan8-bitmicrocontrollercoresuchasan8051or6502.8bitsremainsthemostpopularchoiceasthistypeofSoCisnotintendedtoreplacecomplexhigh-endcentralmicrocontrollersbutmoredecentralizedorslaveapplicationssuchassensorconditioningcircuitrywithlocal(asclosetothesensoraspossible)simpleintelligencetocontrolrelaysormotors.Anautomotiveexamplewouldbethelateralactuationofacar'sheadlampswhenthesteeringwheelisturnedtoimprovethedriver'ssafetyandimprovefieldofvision.Thesensorinputwouldcomefromthesteeringangleviaaseriallink(mostofthetimewithaLINorDCprotocol)andtheSoCwouldbeclosetothemotorwithanon-boardsetofalgorithmstocommandthemotor'smovement.Forhigherendapplicationsthatrequiremorecalculationpower,themovetoARMprocessorsispossible.Thiscreatesahigh-endsolution(uptodateforthematuremarkets)whichcouldlastovertheapplication'slifespanbecausethemicrocontrollerwouldbeasmallpartofanintegratedcircuitthatemulatesthemodule'sfunctionalities.Inordertounderstandhowlargergeometriescanbebettersuitedforsomemixed-signalapplications,oneneedstounderstandallofthecharacteristicsinvolved.Belowwewilldiscusssevenkeycharacteristics,howeverthisisbynomeanscomprehensive.Gateandmemorysizeinmixed-signalapplicationsgenerallydrivecost.Gateandmemorysizedrivecostbecausemostmixed-signaldevicesarecorelimited.Thiscanbequitedifferentthananall-digitalcircuit.Manytimes,theall-digitaldevicewillhavesomanyI/Osthatthenumberofpadsonthedevicedeterminestheperipheryandthereforethearea.Thisisrarelythecaseformixed-signaldevices.Forthemostpartdigitalcellsscaleprettycloselytotheexpectedareasavings.Onewouldexpecta0.25-microncelltobe51percentsmallerthana0.35-microncellofequivalentfunction.Thisisillustratedbythefollowingformula:SizeRatio=(0.25)2=00竺€51%(0.35)2 0.1225Whilethisholdsfordigitalcellswewillseethatanalogcellsarequiteadifferentstory.Thereforetheamountofdigitalcontent(includingmemory)isthekeyindeterminingthebesttechnologyfortheapplication.Parasiticlessensasthegeometrydecreases.Thisisgoodnewsforboththedigitalandanalogdesigner.Understandablythiswilltranslateintohighbandwidthsanddatarates.Whilethemagnitudeoftheparasiticcapacitancepergateorresistanceoftheinterconnectionismostassuredlylowerasgeometrydecreases,itisalsolesspredictable.Thiscancauseanalogmodelingproblemsandhighlightstheneedforcarefulunderstandingoftheparasitic.Thetrans-conductancecharacteristicistherelationshipbetweenadraincurrentandthevoltageacrossthegateandsource.Asthegeometrydecreasesthetrans-conductancegetshigher.Thisisgoodnewsforbothanaloganddigitaldomainsinthatsmallerconductanceinteractswithcapacitancetocreatesmallerbandwidthsandthereforelowerdatarates.Itiswellunderstoodthatasgeometrydecreasesthevoltagelimitsofthedevicedecreaseaswell.Inthepuredigitalworldthisisbeneficialinseveralways:lesspowerandlessradiatedemissions.Theonlydownsideistheneedformultiplevoltagerailsonmostdigitalcircuits.Intheanalogdomain,thepowersavingsistherebutreducedrangeofoperationmakesthedesigntaskharder.ItisquitecommonforanalogdesignerstobiastheircircuitsatVT+2VonandVdd-(VT+2Von).Unfortunately,thethresholdvoltage,VT,doesnotscalewiththegeometry.Inotherwords,theoperatingrangeofvoltagesgetssmallerasthetechnologyshrinks.Thismeanstheanalogportionsofacircuitmustbemoretightlycontrolledwhichtranslatestolarger,bettermatchedtransistors.Channelresistancegetslowerasthetechnologyshrinks.Whilethismaysoundlikeagoodthing,andfordigitalcircuitsitgenerallyis,thistranslatestotransistorswithlowergainintheanalogdomain.Lowergainmaymeanmorestagesinthecircuit.Thelinearityofsmallergeometriesalsobecomesafactorinanalogdesigns.Oftennon-linearityproblemsaresolvedbyincreasingthesizeofthecircuit.AnexampleofthiscanbeseeninD/AandA/Dconverterswheretheperformanceoftheconverterisverymuchproportionaltothesizeofthecircuit.Noiseincircuitsimplementedinsmallertechnologiescancauseproblemsforanalogdesigners.Thisisusuallyworsenedbythefactthatthereisusuallyalargeandfastdigitalcircuitthatisgeneratingmuchofthenoise.Thesmalleroperatingvoltagerangeworksagainstthedesigneraswell.Signaltonoiseratiointheanalogcircuitgetsworsebecausethesignallevelsgodownbutthenoiselevelsmayactuallygoup.Analogcircuitmodelinginsmallergeometriesisproblematic.Muchofthisisduetothelowerlevelsofpredictabilityandthenatureoftheparasitic.Someofitisduetothematurityofthetechnologyaswell.This,ofcourse,willimproveasthetechnologydevelops.□_'欠業(yè)、［才日□日OUT平中Becauseoftheseitemslistedaboveitisimportanttounderstandthatastheprocessgeometryshrinks,theanalogactuallygetsbigger,anddefinitelyharder.Thishast