通信电子线路课程设计FM解调报告中南大学

通信电子线路课程设计报告1中南大学通信电子线路课程设计报告姓 名: 学 号: 专业班级: 通信电子线路课程设计报告2选 题: FM 解调器设计 指导老师: 董健老师 通信电子线路课程设计报告3目录一、 课程设计题目及要求 .2二、 FM 解调简要说明 .31、 实现鉴频的方法 .32、 利用锁相环路实现鉴频的原理 .3三、 系统方案设计分析 .51、 混频电路分析 .52、 解调电路分析 .5四、 系统仿真与调试过程 .61、 混频电路仿真与调试过程 .62、 解调电路仿真与调试过程 .103、 系统整体仿真与调试过程 .13五、 系统性能分析 .141、 混频部分滤波电路性能分析.142、 解调部分滤波电路性能分析.163、 解调输出误差分析.16六、 心得体会 .17七、 参考文献 .17通信电子线路课程设计报告41、课程设计题目及要求1、 课程设计题目：FM 解调器设计2、课程设计要求：设计要求：用集成单片锁相环芯片如 NE564 设计一个 FM 解调电路，输入FM 信号为中心频率为 10.7MHz 、调制信号为 1KHz、中频频率为 455 KHz。3、课程设计目的：通过课程设计，使自己加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料方案比较，以及设计、计算等环节。进一步提高分析、解决实际问题的能力，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强自己的实践能力。4、课程设计的基本要求：1)、培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。2)、通过实际电路方案的分析比较，设计计算元件选取安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3)、掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。4)、了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。5)、培养严谨的工作作风和科学态度，使自己逐步建立正确的生产观点，经济观点和全局观点。通信电子线路课程设计报告52、 FM 解调简要说明调频波的解调简称鉴频，对调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调信号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即实现“频率电压”转换，完成这一功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。1、 实现鉴频的方法1）利用波形变换进行鉴频； 2）相移乘法鉴频；3）脉冲计数式鉴频器；4）利用锁相环路实现鉴频在本次课程设计中要求用集成的锁相环芯片对 FM 已调信号进行解调，所以这里就只讨论第四次方法：利用锁相环路实现鉴频。2、 利用锁相环路实现鉴频的原理锁相环（PLL）包含 3 个必不可少的单元电路：鉴相器（PD） 、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO） 。鉴相器把周期性输入信号的相位与 VCO 信号的相位进行比较；PD 的输出信号是这两个输入信号之间相位误差的度量。之后该误差电压由环路滤波器进行滤波，而环路滤波器的输出被用控制电压送入 VCO。控制电压改变了 VCO 的频率，以减小输入信号与 VCO 之间的相位误差。 锁相环原理框图如下：锁相环数学模型如下：通信电子线路课程设计报告6显然是环路的瞬时频差:)(tpi右边第一项 称固定角频率:)(ti式中最后一项 称控制角频差:tpAeFdsin0其表示压控振荡器在reFdtPA00sin的作用下，产生振荡角频率 偏离 的数值。于是动态tuc 0r方程构成如下关系：瞬时频差=固有频差-控制频差。当环路锁定时，控制电压把 VCO 频率的平均值调整到与输入信号频率的平均值完全一样。对于输入信号的一个周期，振荡器仅输出一个周期。锁相并非意味着零相位误差；恒定的相位误差和起伏的相位误差都可能存在于锁相环中。过大的相位误差会导致失锁。 当输入为调频波时，如果环路滤波器的带宽足够宽，使鉴相器的输出电压可以顺利通过，则 VCO 就能跟踪输入调频波中反映调制规律变化的瞬时频率，即 VCO 的输出就是一个具有相同调制规律的调频波。这时环路滤波器 输出的控制电压就是所需的调频波解调电压。模拟锁相环 NE564 芯片就可用来 设计FM 解调电路。锁相环解调原理框图：0 00 1()()()()()sin()()sinci idFeeidFettttApttpt t ()ei eiott()()ii iirdtpt通信电子线路课程设计报告73、系统方案设计分析由于本次课程设计题目要求用集成的锁相环芯片来进行解调，而且要求中频为 455KHz，因为接收信号的载频为 10.7MHz，所以就必须要有一个混频的过程来得到题目所要求的中频。因而整个系统可以分为混频子电路和解调子电路两个模块。1、混频电路分析接收信号载频为 10.7MHz，要得到 455KHz 的中频，用一个模拟乘法器将接收信号和一个 10.245MHz 的正弦信号相乘，由傅里叶变换性质可知道，会得到两个信号和频还有差频的输出，然后再经过合适的滤波器之后就可以得到455KHz 的中频 FM 已调信号。其滤波器参数的选择是这部分的难点，要经过多次的分析才能得到准确的参数。关于具体参数的选择会在仿真调试部分加以说明。实现框图如下：2、解调电路分析题目要求解调部分要用到集成锁相环 NE564，而 Multisim 这个软件中没有提供 NE564，但提供了虚拟锁相环这个元器件。所以可以用虚拟锁相环来代替NE564。解调电路框图如下：通信电子线路课程设计报告84、系统仿真与调试过程整个系统和各个子系统的框图设计好之后就是具体电路的设计与调试，这个阶段其实是整个课程设计的核心。在这个阶段中，可能会遇到各种问题，而在遇到问题的时候就需要我们首先要掌握足够的专业知识，还有要善于分析，能够快速的找到产生各种问题的原因，进而找到解决方法。下面就是我在本次课程设计中的仿真与调试过程。1、混频电路仿真与调试过程刚开始设计混频部分的滤波电路是以为只要保留两个信号的差频就可以了，滤除和频就可以了。于是刚于始设计了如下的混频电路：滤波器的截止频率设置为 500KHz。由这个混频电路的输出和由 455KHz 为载频直接调制的 FM 信号用示波器进行对比：当时肉眼看不出来这两个信号有什么区别，就以为混频电路是对的，但后来经过解调部分电路之路发现不能正确解调出所需信号，才重新回来审试这个电路。通信电子线路课程设计报告9后来发现 Multisim 中有傅里叶分析功能，于是利用这个功能分析了直接由455KHz 载频调制的 FM 信号和用模拟乘法器相乘之后信号的频谱。Fig4.1.1、直接由 455KHz 载频调制的 FM 信号频谱Fig4.1.2、10.7MHz 接收信号与 10.245MHz 本地振荡相乘后的频谱图观察这两个信号的频谱图可明显看到，这两个信号在 700KHz 的频谱基本是一样的，从图 4.1.1 看到其主要的频率分量集中在 300600KHz 之间，而对于图 4.1.2 在 900KHz 的地方有一个幅度比较大的分量，而且是 800KHz 的频率处的幅度比图 4.1.1 大，所以滤波电路可以用一个低通滤波器，其截止频率设置为 700KHz。低通滤波器如下：参数计算： KHzRCfp7021取 ，可得到F.通信电子线路课程设计报告10经过一个截止频率为 700KHz 的一阶低通滤波器后，再用傅里叶分析来分析输出信号的频谱：Fig4.1.3、经过一阶低通滤波器后的频谱由图 4.1.3 可观察，700KHz 以上的频率分量的幅度虽然有所衰减，但跟图4.1.1 想比，衰减得还不够，所以可以尝试用一个二阶低通滤波器，但在接下来的仿真中，发现二阶低通滤波器的衰减还是不够，这里就不具体给出