同步解调器的设计与实现

唐 山学院高频电子线路 课程设 计题目同步解调器的设计与实现系（部）信息工程系班级11通信2班姓名学号指导教师201 3 年7 月 8 日至_7_月 1 2 日共高频电子线路 课程设计任务书、设计题目、内容及要求设计题目:同步解调器的设计与实现内容及要求：1原理分析及电路图设计2用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试(1叠加型同步检波器对DSB、SSB信号进行检波的分析；(2 )输入调幅波m不同时叠加型同步检波器检波分析；(3) 乘积型同步检波器对D SB、SSB信号进行检波的分析;(4) 输入调幅波m不同时乘积型同步检波器检波分析；(5) 检波器电压传输系数计算.二、设计原始资料模拟电子线路、高频电子线路;软件M ul tiSm 10；计算机一台三、要求的设计成果(课程设计说明书、设计实物、图纸等)设计说明书1份，不少于2 0 0 0字，应包含大信号包络检波器原理、设计电 路、相关软件Mul tisimO介绍、仿真电路、仿真波形分析。四、进程安排7月8号课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使用软件7月9号 电路图理论设计7月10号仿真分析7月11号整理、撰写说明书7月12号 进行测试或答辩五、主要参考资料1 曾兴文、刘乃安、陈健高频电子线路北京:高等教育出版社,20072 张肃文等高频电子线路第四版).北京：高等教育出版社，200 43 聂典等.Mul tisim1计算机仿真北京:电子工业出版社，2010课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数缺勤天数成绩 评 定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（2 0分）设计成果（60分）总成绩（10 0分）提问（答辩）问题情况综合评定指导教师签名：年月日目录前言错误!未定义书签。1同步解调器设计原理错误!未定义书签。1.1乘积型同步检波器设计原理错误!未定义书签。1。2叠加型同步检波器设计原理错误!未定义书签。2同步解调电路设计错误!未定义书签。2.1 DSB信号乘积型同步检波电路图 错误!未定义书签。2。2 SSB信号乘积型同步检波电路图错误!未定义书签。2.3 DSB信号叠加型同步检波电路图错误!未定义书签。2。4 SSB信号叠加型同步检波电路图错误!未定义书签。3同步解调器电路的仿真错误!未定义书签。3. 1软件技术简介错误!未定义书签。3。2电路的仿真错误!未定义书签。4 同步解调器电路实现与分析错误!未定义书签。4.1乘积型解调器电路实现与分析错误!未定义书签。4。1. 1 DSB电路的实现与分析104.1.2 SSB电路的实现与分析错误!未定义书签。4.2叠加型解调器电路实现与分析错误!未定义书签。4.2。1 DSB电路的实现与分析错误!未定义书签。4.2。2 SSB电路的实现与分析错误!未定义书签。5总结错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。前言调制和解调技术是信息传递技术的关键。解调也称作检波，就是从接收端最大程度 不失真的恢复出有用的信息。在各种信息传输或处理系统中,发送端用所欲传送的消息对 载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用 这就是解调.解调是调制的逆过程.调制方式不同，解调方法也不一样.从调幅波中恢复调 制信号的电路,也可称为幅度解调器。与调制器一样，检波器必须使用非线性元件，因而 通常含有二极管或非线性放大器。通常,振幅解调的方法有包络检波和同步检波两种。同步检波器是解调技术的一个重要分支。同步检波，又称相干检波，它利用与已调 幅波的载波（同频，同向）与已调幅波相乘（相加）,再利用低通滤波器滤除高频分量，从 而得到调制信号。本文详细介绍了乘积型相干解调和叠加型相干解调两种方法.给出了基 于Multisim软件的调制和解调仿真结果。J同步解调器设计原理同步检波器主要用于DSB和SSB信号进行解调。它的特点是必须外加一个与载波 同频同相的恢复载波信号。其原理方框图如图11 所示外加载波信号电压加入同步检波器有两种方法:叠加型和乘积型已调振幅信号插入载波信号 图1-1同步检波器原理方框图调制信号1。1乘积型同步检波器设计原理乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与接收信号相乘 ,用低通滤波器将低频信号 提取出来(原理框图如图12所示)。在这种检波器中,要求恢复载波与发端的载波同频 同相。如果其频率或相位有一定的偏差.将会使恢复出来的调制信号产生失真。已调信号乘法器 低通滤波调制信号插入载波信号图1 2乘积型同步检波器原理方框图设输入普通调幅信号为u (t)= (U +kU cos 0t)coso t=U (1+Ma cos 0t)coso tAMcmQ.mccm乘法器另一输入同步信号为u (t)=U mcoso tr r c11)(1-2)则乘法器输出为：u (t)=k u (t)u (t)=kU U (1+M cos Qt )cos2 o to2 AMr2 cm rmak U U2cmrm-2M cos(2o +Qt ) M1+M cos Qt+cos 2o t +ac+.a c 2cos 22其中 k 是乘法器增益。2可见，输出信号中含有直流，Q ,2o , 2o Q几个频率分量用低通滤波器取出cc直流和Q分量，再去掉直流分量,就可恢复原调制信号。如果同步信号与发射端载波同频不同相，有一相位差0 ,即u (t)=U mcos(o t+0)，rrc则乘法器输出中的Q分量为kU U M cos 0 cos Qt 若0是一常数，即同步信号与发射 2 cm rm a端载波的相位差始终保持恒定，则解调出来的Q分量仍与原调制信号成正比，只不过振幅有所减小。当然0 H 90。，否则cos0 =0 , Q分量也就为零了。若0是随时间变化的，即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定，则解调出来的0分量就不能正确反映调制 信号了.设载波为Uc ) = Ucm C0S ct，单频调制信号为U0)=U m C0S 0tUc则双边带kU U0mcmcos( +0)t +cos(t q)t调幅信号为:u(t)=ku (t)u (t)=kU U cos0tcos tDSB0c0m cmc(1-3)其中 k 为比例系数可见双边带调幅信号中仅包含两个边频，无载频分量，其频带宽度仍为调制信号带宽 的两倍.由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号，所以包络检波法不适用， 而同步检 波是进行双边带调幅信号解调的主要方法.与普通调幅信号同步检波不同之处在于， 乘 法器输出频率分量有所减少。用低通滤波器取出低频分量0，即可实现解调。1o2叠加型同步检波器设计原理将输入信号与同步信号叠加后，合成包络反映调制信号变化的普通调幅信号，再利用包络检波器实现解调，原理电路如图 23所示。已调信号加法器 包络检波器 调制信号器插入载波信号图 13 叠加型同步检波器原理方框图若v (t)=V cos t，当v (t)=V cos t cos 0t为双边带信号时，合成电压为:rrmciimcc im cv(t)=v (t)+v (t)=V cos t+V cos tcos0t二 Vrm(V)l+-rn coscos I V丿rmi rrmt = V (1+M cos 0t )cos t (1一 4)rm acM只要满足,Im - Km 7 =1Vrm ,合成信号即为不失真的AM调幅信号,利用包络检波器可以解调出所需要的音频信号。当Vi ) = Vm C0S G c +%为单边带信号时，合成电压为:v (t )=v (t )+v (t)ir=V cos t+V cos t cos Qtrm c im c= (V +V cos Qt)cosw t-V sin Qt sin w trm imc imc1-=V coscos (w +9)mc5)式中:V ；(V +V cos Qt)2 +(V sin Qt)2m rm imimV sin Q tP =-arctgimV +V cos Qtrm im合成信号的包络和相角均受到调制信号的控制,不能不失真地反映原调制信号的变化规律.所以，一般情况下,由包络检波器构成的叠加型同步检波器不能对单边带信号实现线性解调。将Vm改写为V = Vm rm：1+(V )imI y丿rm2 V+2 im cos Qtrmv(t)=Vmcoscos(w t+P )c6)假若满足一定的条件，失真可以减小到允许值若满足TmEm ,上式可以简化为V1r v _V沁V1+fcos Qtmcos2 Qt + mrmV2V丿rm 丿 rm1-7)进一步忽略上式中的三次方及其以上的各项，经三角变换后可得4 1V1im4 y丿rmbV沁Vmrm2 V1+ m cos Qt -V4rmr v)2imcos2Qt y丿rmb(1-8)将角频率为Q和2Q分量的振幅之比定义为二次谐波失真系数，用kf2表示，其值为k =2 Qmf 2 VQm若要求kf上2.5%则要求卜01rmrm所以当采用包络检波器构成同步检波电路用以解调单边带信号时，为将kf2限制在允 许的范围内，必须要求同步信号Vr ）有足够大的振幅rm。2同步解调电路设计2. 1 DSB信号乘积型同步检波电路图输入信号为DSB信号，将DSB信号与其载波信号同时输入到乘法器中，输出的信号 经过低通滤波器输出应为原始载波信号。图21 DSB信号乘积型同步检波器电路图2。2 SSB信号乘积型同步检波电路图SSB信号由DSB信号滤波得到，滤波部分电路采用带有反馈的有缘带通滤波器。得 到的S S B信号与恢复信号输入乘法器，在经过低通滤波得到原始载波信号。图2-2 SSB信号乘积型同步检波器电路图2. 3 DSB信号叠加型同步检波电路图叠加型同步检波是将DSB插入恢复载波，使之成为或近似为AM信号,再利用包络检 波器将调制信号恢复出来在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传 送.如果将载波抑制，只需要将直流分量去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边 带信号（DSB）。DSB调制由两个同步的正弦波经乘法器得到。AlLTN1lj.F1N1202CC11|jFR1.-4-. luOmVpk kHz7OOnnVpk0 Hz图23 DSB信号叠加型同步检波器电路图2。4 SSB信号叠加型同步检波电路图SSB信号是将双边带信号滤除或抵消一个边带形成的.由DSB信号得到SSB信号的 方法主要有两种：滤波法和移相法鉴于电路及信号的稳定性，我采用滤波法。包络检波 部分由电阻和电容正确组合，调试数据得到正确波形即可。3同步解调器电路的仿真3。1软件技术简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工 具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路 硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multi sim交互 式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了 SPICE仿真的复杂内容， 这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计, 这也使其更适合电子学教育。通过Multisi m和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电 子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整 的综合设计流程.目前在各高校教学中普遍使用Mu l tisimlO。0,网上最为普遍的是Mu ltis i m 10。0, NI于2 007年0 8月26日发行NI系列电子电路设计软件，NIMultisim v 10作为其中一个组成部分包含于其中。Mult is im仿真软件有着自己鲜明的特点：1. 可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；2. 所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上；3. 所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析.而 Mult isim 10. 0 的特点：1. 直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件 和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件 仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器 上看到的；2。丰富的元器件：提供了世界主流元件提供商的超过17 0 0 0多种元件，同时能方 便的对元件各种参数进行编辑修改,能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创 建自己的元器件。3。强大的仿真能力：以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Elec t r onic work b ench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括S PICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。4。丰富的测试仪器：提供了 2 2种虚拟仪器进行电路动作的测量5。完备的分析手段：Multi s im提供了许多分析功能:它们利用仿真产生的数据执行 分析，分析范围很广,从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个 分析的一部分的自动执行。集成LabVIEW和Signa lexpre s s快速进行原型开发和测 试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能;6。完善的后处理：对分析结果进行的数学运算操作类型包括算术运算、三角运算、 指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等;7。详细的报告:能够呈现材料清单、元件详细报告、网络报表、原理图统计报告、 多余门电路报告、模型数据报告、交叉报表7种报告;8。兼容性好的信息转换：提供了转换原理图和仿真数据到其他程序的方法,可以输 出原理图到 PCB 布线（如 Ulti board、OrCAD、PADS Layo ut 2 005、PCAD 和 P ro tel）;输出仿真结果到Mat hCAD、Excel或LabVIEW;输出网络表文件；向前和返 回注;提供Interne t D e sign Shar i ng （互联网共享文件）3.2 电路的仿真1。乘积型电路的设计（1）DSB电路图35乘积型DSB仿真电路图(2 )S S B电路A110 V/V 0 V3 -眼41kL5V10.1 Vrms 10000 Hz0.1 Vrms60 Hz 0：aV22。叠加型电路的设计(l)DSB电路V110nF&_C2 r 10nR31虬220 V/V 0 VXSC1XSC2A2X)7图3 6乘积型SSB仿真电路图XSC1A15)3V/V 0 V _ V2IC3Cl-HNL5kL Key=A 50%R1图36叠加型DSB仿真电路图(2) S S B电路A161N1202C10nF丄C1PQ 4 24390nF9kLT2NLT_PQ_4_24V2+D1-T1XSC2100mVrms60 Hz0ia1图35叠加型SSB仿真电路图4同步解调器电路实现与分析4.1乘积型解调器电路实现与分析4.1. 1 DSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号如图4-1所示:图41 DSB信号波形DSB信号与本地载波信号经乘法器后再经过低通滤波器实现检波:图4-2 DSB信号解调后输出信号波形4.1.2 SSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号经过滤波后产生的SSB信号:图43 SSB信号波形S SB信号与本地载波经乘法器后再经过低通滤波器实现检波产生的信号:Oscllloscope-SSClXV.ZJT1 *TimeC：hnnelACharinel_B*TZ-T1Save | Bn. Trigger广TirriubnhuG| 6 m ff/D ivCrianriGl 4Goale 1600 rr.mm.LChnnol B心|11石 5口2-TriggerEdgt r?主IPM petition |0Y petition o p osition 10Level|d| V| yrr .sdd| b/a| wbJACJ | DCAC |匚-IType 5lno I4or. | .fluto 11 None图44 SSB信号解调后输出信号波形4。2叠加型解调器电路实现与分析4.2.1 DSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号如图4-5所示图45 DSB信号经叠加型电路检波后的信号如图46所示：图46 DSB信号解调后输出信号波形4。2。2 SSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号经过滤波后产生的SSB信号:图47 SSB信号SSB信号与本地载波经加法器后再经过包络检波器实现检波产生的信号:图4 8 SSB信号解调输出信号波形5 总结此次课程设计,加深与巩固了我们所学的专业基础课程 ,并将其综合运用 ,提高了我 们综合运用知识的能力,还给了我们将理论运用于实践的机会 ;另一方面,培养了我们对 专业知识学习的趣；同时也提高了我们分析问题的能力。关于此次设计,对于双边带或单边带调幅信号来说 ,无法直接从双边带或单边带调幅 信号中提取参考信号。为了产生同频同相的本地同步载频信号,往往在发射机发射双边带 或单边带调幅信号的同时,附带发射一个载频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信 号的功率,通常称为导频信号。当本地载频信号与输入信号的载频不能保持同步时，检出 的低频信号将产生频率失真和相位失真。这次课程设计需要注意的是，每个环节必须认真进行,考虑到实际情况,如果某模块 电路没有设计好，或者存在错误,总的电路必然会受到影响。有时候会因为一个极小的疏 忽而导致整个电路无法运行，例如,在仿真过程中由于忘记接地导致电路总是无法运行。 另外,该课程设计也要求我们具备扎实的理论知识 ,只有具备扎实的理论基础 ,才能设计 出正确简单的电路，才能保证实验的成功。通过这次课程设计，我基本掌握了用multi s i m仿真软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学 习中还需多加练习，熟练掌握,为以后的工作作准备.其次,设计报告的书写也是此次课程 设计的一个重要环节。可以说设计的好坏都取决于设计报告的好坏。书写报告是对w or d运用的一大考验，以前很多东西，比方说绘制表格。最后，感谢老师在课设当中对我的指导和帮助，也要感谢和我一起做课设的同学们。 谢谢大家!参考文献1 曾兴文、刘乃安、陈健，高频电子线路高等教育出版社.2 0 0 72 张肃文等,高频电子线路（第四版）高等教育出版社。2 0 0 43 聂典等，Mul tisim 10计算机仿真电子工业出版社.20104 李银华,电子线路设计指导.北京航空航天大学出版社.20055 谢自美,电子线路设计.华中科技大学出版社。20036 樊昌信,通信原理。国防工业出版社。2008