同步解调器的设计与实现唐院

1、高频电子线路课程设计前言调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。检波广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。常用的检波方法有包络直接反映了调制信号的变化规律，用二极管包络检波的方法进行解调。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，无法用包络检波进行解调，所以采用同步检波方法。同步检波器主要用于DSB和SSB 信号进行解调（当然也可以用于AM）。它的特点是必须外加一个与载波同频同相得恢复载波信号。同步检波器可用以对一般调幅信号、平衡调幅信号、单边带调幅信

2、号等进行检波的检波器。相干解调有两种实现电路：一种是由乘法器和低通滤波器组成；另一种将输入信号与同步信号叠加再经二极管包络检波器，解调出低频信号。同步检波器主要用于DSB和SSB 信号进行解调（当然也可以用于AM）。它的特点是必须外加一个与载波同频同相得恢复载波信号。同步检波器可用以对一般调幅信号、平衡调幅信号、单边带调幅信号等进行检波的检波器。相干解调有两种实现电路：一种是由乘法器和低通滤波器组成；另一种将输入信号与同步信号叠加再经二极管包络检波器，解调出低频信号。课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成

3、电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。1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1-1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。低通滤波器调制信号检波器已调振幅信号 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1-2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。乘

4、法器低通滤波器 调制信号器 已调信号 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 (1-1)乘法器另一输入同步信号为 (1-2)则乘法器输出为: 其中 是乘法器增益。可见, 输出信号中含有直流, , ,几个频率分量。用低通滤波器取出直流和分量, 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, 即,则乘法器输出中的分量为。 若是一常数, 即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定, 则解调出来的分量仍与原调制信号成正比, 只不过振幅有所减小。当然，否则,分量也就为零了。若是随时间变化的, 即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳

5、定, 则解调出来的分量就不能正确反映调制信号了。设载波为，单频调制信号为，则双边带调幅信号为： (1-3)其中为比例系数。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,即可实现解调。1.2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1-3所示。包络检波器调制信号器 加法

6、器已调信号 插入载波信号图1-3 叠加型同步检波器原理方框图若，当为双边带信号时，合成电压为：(1-4）只要满足， ，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。当为单边带信号时，合成电压为： （1-5)式中： 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。将改写为 (1-6）假若满足一定的条件，失真可以减小到允许值若满足，上式可以简化为 （1-7）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 （1-8）将角频率为和分量的振幅之比定义为

7、二次谐波失真系数，用表示，其值为若要求则要求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，为将限制在允许的范围内，必须要求同步信号有足够大的振幅。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 2-1 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SSB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

8、.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。图 2-3 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

9、到正确波形即可。图 2-4 SSB信号叠加型同步检波器电路图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。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。通过Multisim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。Multisim

10、 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Multisim 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17000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

11、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Electronic workbench 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； 4.丰富的测试仪器：提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量；5.完备的分析手段：Multisim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Signalexpress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

12、：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；输出仿真结果到MathCAD、Excel或LabVIEW；输出网络表文件；向前和返回注。3.2电路的仿真1.乘积型电路的设计(1)DSB电路图3-1 乘积型DSB仿真电路图(2)SSB电路图3-2 乘积型SSB仿真电路图2.叠加型电路的设计（1）DSB电路图3-3 叠

13、加型DSB仿真电路图（2）SSB电路图3-4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4-1 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4-3 SSB信号波形SSB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：图4-4 SSB信号解调后输出信号波形 4.2叠加型解调器

14、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4-5 DSB信号经叠加型电路检波后的信号如图4-6所示：图4-6 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4-7 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

15、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multisim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