試驗一 CPLD可編程數(shù)字信號發(fā)生器試驗

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試驗三抽樣定理和PAM調(diào)制解調(diào)試驗

一、試驗?zāi)康?/p>

1、通過脈沖幅度調(diào)制試驗，使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的原理。

2、通過對電路組成、波形和所測數(shù)據(jù)的分析，加深理解這種調(diào)制方式的優(yōu)缺點。

二、試驗內(nèi)容

1、觀測模擬輸入正弦波信號、抽樣時鐘的波形和脈沖幅度調(diào)制信號，并注意觀測它們之

間的相互關(guān)系及特點。

2、改變模擬輸入信號或抽樣時鐘的頻率，屢屢觀測波形。

三、試驗器材

1、信號源模塊一塊2、①號模塊一塊3、20M雙蹤示波器一臺4、連接線若干

四、試驗原理

（一）基本原理1、抽樣定理

抽樣定理說明：一個頻帶限制在（0，fH）內(nèi)的時間連續(xù)信號m(t)，假使以T≤的間隔對它進(jìn)行等間隔抽樣，則m(t)將被所得到的抽樣值完全確定。

假定將信號m(t)和周期為T的沖激函數(shù)?T(t）相乘，如圖3-1所示。乘積便是均勻間隔為T秒的沖激序列，這些沖激序列的強(qiáng)度等于相應(yīng)瞬時上m(t)的值，它表示對函數(shù)m(t)的抽樣。若用ms(t)表示此抽樣函數(shù)，則有：

1秒2fHms(t)?m(t)?T(t)

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圖3-1抽樣與恢復(fù)

假設(shè)m(t)、?T(t)和ms(t)的頻譜分別為M(?)、?T(?)和Ms(?)。依照頻率卷積定理，m(t)?T(t)的傅立葉變換是M(?)和?T(?)的卷積：

Ms(?)?1?M(?)??T(?)?2?2??由于?T??T(??n?s)?Tn????s?2?T?1??所以Ms(?)??M(?)???T(??n?s)?

T?n????由卷積關(guān)系，上式可寫成

1?Ms(?)??M(??n?s)

Tn???該式說明，已抽樣信號ms(t)的頻譜Ms(?)是無窮多個間隔為ωs的M(?)相迭加而成。這就意味著Ms(?)中包含M(?)的全部信息。

需要注意，若抽樣間隔T變得大于

1，則M(?)和?(?)的卷積在相鄰的周期內(nèi)存

T2fH?1是抽樣的最大間隔，2fH在重疊（亦稱混疊），因此不能由Ms(?)恢復(fù)M(?)。可見，T它被稱為奈奎斯特間隔。

上面探討了低通型連續(xù)信號的抽樣。假使連續(xù)信號的頻帶不是限于0與限制在

fH之間，而是

fL（信號的最低頻率）與fH（信號的最高頻率）之間（帶通型連續(xù)信號），那么，

其抽樣頻率兩倍。

fs并不要求達(dá)到2fH，而是達(dá)到2B即可，即要求抽樣頻率為帶通信號帶寬的

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圖3-2畫出抽樣頻率號的頻譜。

fs≥2B（無混疊）和fs＜2B（有混疊）時兩種狀況下沖激抽樣信

f(t)F(?)0t(a)連續(xù)信號的頻譜

??m0?m?fs(t)Fs(?)1TS10Tst??s

??m0?m?s?

（b）高抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（無混疊）

fs(t)Fs(?)1TS10Tst

??s??m0?m?s?（c）低抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（混疊）

圖3-2采用不同抽樣頻率時抽樣信號的頻譜

2、脈沖振幅調(diào)制（PAM）

所謂脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨輸入信號變化的一種調(diào)制方式。假使脈沖載波是由沖激脈沖組成的，則前面所說的抽樣定理，就是脈沖增幅調(diào)制的原理。

但是實際上真正的沖激脈沖串并不能付之實現(xiàn)，而尋常只能采用窄脈沖串來實現(xiàn)。因而，研究窄脈沖作為脈沖載波的PAM方式，將具有實際意義。

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自然抽樣m(t)平頂抽樣?T(t)

圖3-3自然抽樣及平頂抽樣波形

PAM方式有兩種：自然抽樣和平頂抽樣。自然抽樣又稱為“曲頂〞抽樣，已抽樣信號ms(t)的脈沖“頂部〞是隨m(t)變化的，即在頂部保持了m(t)變化的規(guī)律（如圖3-3所示）。平頂抽樣所得的已抽樣信號如圖3-3所示，這里每一抽樣脈沖的幅度正比于瞬時抽樣值，但其形狀都一致。在實際中，平頂抽樣的PAM信號往往采用保持電路來實現(xiàn)，得到的脈沖為矩形脈沖。（二)電路組成

脈沖幅度調(diào)制試驗系統(tǒng)如圖3-4所示，主要由抽樣保持芯片LF398和解調(diào)濾波電路兩部分組成，電路原理圖如圖3-5所示。

話音輸入N1模擬開關(guān)S自然抽樣/平頂抽樣選擇N2PAM解調(diào)抽樣脈沖LF398

圖3-4脈沖振幅調(diào)制電路原理框圖

E2+12VTP21PAM-SIN104-12VC2023410uF/16VC1-12VR7104C29104R9150VEED44.3VTH1THYout31U2LF3981234567141312111098U3INPUTVosNCNCV-V+NCLOGICNCLOGICREFNCNCOUTPUTCh1524OUTPUT12141511C31222E1OUTPUT10uF/16VCLK-INK1R41KU1A274LS0411PAMCLK109Y0Y1Y2Y3X0X1X2X3ABCD4052CLK-IN平頂抽樣輸出XoutVDDINHVEEVSS1316678VCCGNDVEEGNDPAMTH3TH1PAMC2104C4104自然抽樣輸出圖3-5脈沖幅度調(diào)制電路原理圖

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（三）試驗電路工作原理

1、PAM調(diào)制電路

如圖3-5所示，LF398是一個專用的采樣保持芯片，它具有很高的直流精度和較高的采樣速率，器件的動態(tài)性能和保持性能可以通過適合的外接保持電容達(dá)到最正確。

LF398的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示；

OFAD30K。ViMCTR。-+N1C1S-+N2150OUT。。。MREF。HOCLF398

圖3-6LF398的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

N1是輸入緩沖放大器，N2是高輸入阻抗射極輸出器。S為規(guī)律控制采樣/保持開關(guān)，當(dāng)S接通時，開始采樣；當(dāng)S斷開時，開始保持。LF398的引腳功能為：

3、12腳：正負(fù)電源輸入端。1腳：Vi，模擬電壓輸入端。

11腳：MCTR，規(guī)律控制輸入端，高電平為采樣，低電平為保持。10腳：MREF，規(guī)律控制電平參考端，一般接地。8腳：HOC，采樣/保持電容接入端。7腳：OUT，采樣/保持輸出端。

如圖3-5所示，被抽樣信號從PAM-SIN輸入，進(jìn)入LF398的1腳Vi端，經(jīng)內(nèi)部輸入緩沖放大器N1放大后送到模擬開關(guān)S，此時，將抽樣脈沖作為S的控制信號，當(dāng)LF398的11腳MCTR端為高電平日開關(guān)接通，為低電平日開關(guān)斷開。然后經(jīng)過射極輸出器N2輸出比較理想的脈沖幅度調(diào)