无线电发送接收

1、pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 浙江大学学士学位论文 (一 简单介绍设计题目的实现目的和具体的实现方法 摩托罗拉公司已经研制出了一系列的低功率窄波段的调频双向转换接机. 这 些接收机用于单硅片综合电路中. MC3362 和 MC3363 的生产是利用摩托罗拉的 MOSASIC 技术进行的.这个工艺过程研制截止频率为 4GHZ 的 NPN 型晶体管. 这使得 MC3362 和 MC3363 具有很高的工作频率, 并且功率消耗较低. 它们通常 用在无线电话,窄带话音数据接受机中.同时,它们也用在民用波段和业余波段 收音机,射频保密装置以及其他的

2、超过 200M 的无线电设备中. 它的基本工作流程是从天线接受到调频信号,经过第一混频电路,得到 10.245MHZ 的第一中频信号; 然后经过第二极混频电路得到 455K 的第二中频信 号,然后经过鉴频,静噪,放大电路恢复音频信号完成接收. 在一般的以 MC3362 和 MC3363 为核心器件的接收机电路中, 本机振荡频率 固定,这就限制了所接收的调频信号的频率.为了完成多信道信号的接收,可以 利用锁相环频率合成器的特点: 能够产生稳定度和准确度都非常高的大量离散频 率信号. 利用锁相环频率合成器的特点, 用来控制接收机的第一级本机振荡频率, 可以完成多信道信号的接收.锁相环频率合成器可以

3、通过 N 和 A 的不同置数而 改变.在这里,可以用一控制电路来对 N 和 A 控制,对 N 和 A 置不同数,从而 控制锁相环频率合成器输出频率,进而改变接受机第一本振频率,从而完成多信 道信号的接收. 本设计的具体设计方法如下: 接收机部分以 MC3363 为核心器件,附以适当的外围电路.考虑到工作的速 度问题, 采用并行输入的 MC145152 构成锁相环频率合成器. 随着电子技术的不 断发展,集成芯片的集成度越来越高,特别是微处理芯片的出现,使得以微机为 核心的电子系统可以很容易地将计算技术与测量技术结合在一起, 组成新一代的 所谓的"智能型电子系统"的形式来完成本

4、设计,这里我采用了 8051 单片机为 核心来为控制部分. Page 1 of 1 浙江大学学士学位论文 根据基本的设计思想,可以画出如下的总体方框图. 基本的工作原理如下: 控制器按照一定的时间周期对频率合成器进行扫描,频率合成器中的 VCO 输出作为接收机第一本机振荡输入. 接收机通过天线接收到的信号得以进入第一 混频电路.当输入信号可以与第一本机振荡混频输出所指定的中频信号时,则可 以通过接收机中的第一中频滤波器进入第二级混频,然后鉴频,静噪,放大得到 音频输出.此时接收机接收到了信号,从接收机送出信号接收到的控制 信号到控 制器,控制器停止扫描,频率合成器的频率保持不变,允许接收机接收

5、所收到的 信号,如果所接收到的信号不能合成第一中频信号(即不能与第一本机振荡源混 频合成 10.7MHZ 的第一中频信号 ,则可以继续扫描,当对所有的信道扫描完毕 之后,再回到开始重新扫描所有信道. 本实验设计的多信道接收机的依据就是 MC3363 是一块两次混频的接收芯 片,我们利用了它所能接收的信号必须是与本振相差 10.7MHZ,即它的第一中 频信号是固定的.利用这个特点,我们可以就设计这个多信道的接收机. 控制器 程序分频器 接收到信号 频率合成器 接收机 去第一本振 图 1 基本设计思想的总体方框图 Page 2 of 2 浙江大学学士学位论文 , (二 设计本身设计内容和本次设计的

6、特点 从这样的一个设计题目可以看出,本次的设计分为 3 个方面: 1.首先是一个接收机,它多要完成的功能是接收输入的信号,那首先要完成接 收芯片的确定.本实验我们采用可单片接收系统 MC3363,这样就很大程度 上依赖于接收芯片的性能了. MC3363 的技术资料来看 从 (见文献阅读资料 , 这是一块很好的接收芯片,可以做我们本次设计的接收芯片. 2.其次我们要完成多信道功能.所谓的多信道由我们前面的总体框图可以看出 是指能提供接收机芯片的第一本振信号,改变它就可以改变所能接收到的信 号的频率.所以我们要完成一个能产生多个离散频率点的频率合成器.由锁 相环频率合成器的特点,它正可以完成合成多

7、个离散频率点任务,所以我们 选择锁相环的频率合成器来完成这一设计.摩托罗拉公司的 MC145152 系列 是很好的用于锁相环频率合成的芯片.我们选用的是 MC1454152. 3.为了实现单片机的控制,我们采用了 8051 单片机作为控制器.单片机做控制 器是非常方便的,在后面的设计中我也发现用单片机来控制可以减少很多硬 件上不必要的麻烦. 所以, 这里的内容涉及了以 MC3363 为核心器件的高频接收机, 锁相环的频 率合成器以及 8051 为核心器件的控制器部分.这可以培养硬件的设计,调试, 8051 单片机开发,编程,调试等多个方面的能力.同时对于动手能力和实际的 应用能力也有很好的锻炼

8、.这是一个很好的设计题目. 从本次实验所要完成的功能上看, 要做好这个设计的关键是要把各个部分的 电路结合在一起,因此,要对各个部分的电路模块的功能特点有深入的了解.要 尽量排除不良的因数,使各个部分可以协调工作,达到预期的效果.同时,本设 计是高频接收机, 考虑到模拟电路要达到较好的效果比数字电路更复杂, 更困难. 所以,本次设计所涉及的范围广,难度较大,是锻炼实际的应用能力的很好的 实 验. Page 3 of 3 浙江大学学士学位论文 第二部分 电路设计 (一 电子系统设计方法综述 1.模拟系统设计特点综述 2.模拟系统的设计方法与步骤 3.单片机基本系统(最小系统设计 (二 各部分电路

9、设计及参数选择 1.接收机部分 MC3363 的外围电路设计 2.频率合成器部分 MC145152 的外围电路设计 3.控制器部分 8051 为核心的单片机最小系统设计 Page 4 of 4 浙江大学学士学位论文 (一 电子系统设计的方法综述 (1模拟系统设计的特点综述 当前的应用电子系统, 一般都同时使用数字和模拟两类技术, 两者互为补充, 充分发挥各自的优势,但对于一个具体的应用来说使用技术的侧重点有所不同, 有的以数字即使为主,有的以模拟技术为主.本设计主要是以模拟系统为主.由 于模拟系统的性能受其设计和外围各种因数影响比数字系统大得多, 所以在设计 中应该对模拟系统设计的特点有较好的

10、了解. 假如一个应用电子系统对获得的模拟信号不需要做复杂的处理, 也不要作远 距离传输,而且最后的执行部件也是用模拟信号来驱动的,在这样的系统中,用 模拟技术来处理是比较合理的.相反的,如果这个系统要求功能很复杂或者要求 自动化程度很高,或者对其性能指标要求很高,或者要进行远距离的传输,以保 证其精度,可靠性,节省信道容量等各方面,通常要使用数字系统对信号进行处 理及用数字压缩编码的方法进行远距离的传送以保证性能, 这是必须将模拟的信 号转换成数字信号,在数字域上进行加工,与数字电子系统相比,模拟电子系统 的设计有以下的一些特点: 1.工作于模拟领域中单元电路的类型较多,例如形形色色的传感器电

11、路,各种 类型的电源电路,放大电路,式样繁多的音响电路,视频电路,以及性能各 异的振荡,调制,解调等通信电路和大量涉及机电结合的执行部件电路等等. 因此世纪面宽,要求设计具有宽广的知识面. 2.模拟单元电路一般要求工作在线形状态,因此它的工作点选择,工作点的稳 定性,运行范围的线性程度,单元之间的偶合方式等都很重要.而且对模拟 单元电路的要求,不只是能实现功能的问题,更要求它所能达到的精度指标. 特别是为实现一些高精度指标,会有许多技术问题要予以解决. 3.电子系统设计中的重点之一是系统的输入单元与信号源之间的匹配个系统输 出单元与负载之间的匹配.在这方面模拟单元与数字单元有较大的区别.模 拟

12、系统的输入单元要求考虑输入阻抗匹配以提高信噪比,要抑制耳刮子干扰 和噪声,例如为抑制共模干扰可采用差分输入,为减少内部噪声应选择合适 的工作点等.输出单元与负载的匹配,例如:与扬声器的 匹配,与发射天线 Page 5 of 5 浙江大学学士学位论文 的匹配,则主要为了能够输出最大功率和提高效率等. 4.调试工作的难度. 一般来说模拟系统的调试难度要大于数字系统的调试难度, 特别是对于高频系统或高精度的微弱信号系统更是这样.这类系统中的元件 布置,连线,接地,供电,去藕等性能指标影响很大.人们要想实现所设计 的模拟系统,除了正确的设计外,他们是否具备细致的工作作风和工作经验 就显得非常重要. 5

13、.当前电子系统设计工作的自动化发展很快,但主要在数字领域,在模拟系统 的自动化设计发展缓慢,人工的介入还是起很重要的作用,这与上述特点有 关. (2模拟系统的设计方法与步凑 1.任务分析,方案比较,确定总体方案 在电子系统设计中,这一步是最关键的.从当前的模拟系统设计来看,如 高频系统或者音响系统,有着从分立元件,功能集成块,系统集成块,甚至 电路,它们都可能适应于一种特定的系统.这就是要求设计人员在深入分析 任务的基础上,对功能,性能,体积,成本等多方面做权衡比较,而且还要 考虑到具体的实际情况而最后确定方案. 因此这一阶段与设计人员的知识面, 对任务分析的透彻程度,和对最新单元器件掌握的情

14、况等都有密切的关系. 2.划分各个相对独立的功能模块,得出总体的原理框图.根据系统的详尽功能, 总体指标,按信号输入到输出流向划分各个独立的功能方框.在划分成各个 独立的功能级时,出根据完成的功能外,还要顾及到系统指标的分配,装配 连接的合理性等.完成这样的工作后,我们可以得到一个初步的总体方框图, 在图上标明各级的功能和主要指标. 3.以集成块为中心,完成各功能单元配置的外电路设计 人们可以选择合适的集成块,并计算有关外电路的参数.在实际的设计工作 中,本步凑与第二步凑是不能截然分开的,常是一个交互的过程.因为目前的集 成块种类繁多,各有特色,有些芯片甚至已进入到系统段.对输入和输出单元的

15、集成块的选择特别关注,因为信号源已经确定,同样的输出负载也要求输入单元 的输入特性与信号源匹配,而输出单元的输出特性与负载相匹配. Page 6 of 6 浙江大学学士学位论文 4.单元之间的耦合以及整体的电路的配合,以得到系统原理 (1 单元间耦合 因为模拟电路的工作情况和性能通常与直流工作点有关,而有些单元之间连 接时,其前极的工作点会影响到后级的工作情况(例如直流耦合 ,甚至可能 造成系统工作不正常.同时后级的输入阻抗也会给前极的性能带来影响,从 而影响总的指标.这些在划分功能级的时候,虽然已经初步考虑,但是在每 个单元的外电路确定之后,应该根据实际的参数 进行核算. (2系统整体的配合

16、 目前模拟系统普遍的应用反馈技术来改善品质,作为系统的主反馈,通常是 根据要求来计算外接参数的,再通过调试最后予以确定.另外为了使系统稳定, 有时要人为地加入校正网络.为了消除电源波纹对系统的影响,要在适当的地方 接入滤波网络.这些除了在设计中应该全面考虑外,还要在以后的调试中进行仔 细的调整.至此,可以得出完整的电路原理图. 5.根据第三,第四步得到的结果,可以重新核算系统的主要指标,除了要满足 要求外,最好留有一定的裕量(例如增益裕量,误差裕量,稳定性裕量,功 率裕量等 ,以备系统应用后,器件老化或工作条件变化后,系统可以可靠的 工作. 6.画出系统元件的布置图和印刷电路版图,并考虑好测试

17、方案,设置测试点. 由于模拟系统的特殊性,元件的布置和印刷电路板的布线显得更为重要和复 杂.有的系统其有用的输入信号小,而且各个单元电路大都处于非线性工作 状态,对于干扰的影响敏感.此外,环境和元器件的杂散电磁场和地线电流 的存在,极易形成寄生反馈,有时还有声,光,电等物理交互作用的寄生反 馈.最终设计的模拟系统能否达到预期的要求,要经过调试和测量才能得出, 而且调试的过程是否能够顺利完成,是与调试人员的严谨作风和工作经验密 切有关. 总之,由于客观环境的影响,模块电路,特别是小信号高精度电路以及高频, 高速电路的实现远不可能单有理论设计解决.它们与实际环境,元器件性能,电 路结构等有着密切关

18、系.因此在设计模拟系统时,不单单是设计电路,还要设计Page 7 of 7 浙江大学学士学位论文 实现电路功能指标的结构,如印刷板的配置,屏蔽,抗干扰措施,选用正确的元 器件等,才能最终实现设计要求. ( 3 单片机应用系统设计 单片机应用系统包括单片机基本系统和各种通道接口. 其中单片机基本系统又 包括单片机最小系统和扩展部分,这部分内容在不同应用系统中基本相同,具有 典型结构;而各种通道接口又有前向通道,后向通道,人机通道和相互通道等. (一单片机基本系统设计 单片机基本系统应该是一个最小应用系统,但由于系统中有一些功能器 (如晶振,复位电路等无法集成到芯片内部,需要在片外加接响应的电路.

19、 另外,对于片内无 ROM/EPROM 的单片机应该配置片外的程序存储器. 在使用单片机及其外围芯片组成一个单片机基本系统时,首先要了解的 是所选用的单片机的结构,性能,特点等应用特性. (二单片机的主要应用特点: 单片机的片内结构由 8 个部件组成: 1.微处理器(CPU 2.数据存储器(RAM 3.程序存储器(ROM/EPROM 4.I/O 口(P0P3 5.串行口 6.定时/计数器 7.中断系统 8.特殊功能寄存器( SFR 单片机系统有以下的几种存储空间:内部程序存储器空间,外部程序存储器 空间,内部数据存储器空间,外部数据存储器空间和 I/O 空间.有些单片机将其 中的两种或两种以上

20、的存储空间合并成为一个统一的编址空间, 在指令系统中有 不同的质量用来区分对不同空间的读写操作. 单片机的指令系统是应用系统软件编程的基础, 只有在熟练使用指令系统的 各种指令后才能编写出高效率的应用程序. 单片机指令系统主要的分为以下的几 个方面 Page 8 of 8 浙江大学学士学位论文 1.指令格式:操作码助记符规定了指令的功能,源操作数,而目的操作数规定 了操作对象,这是指令的核心部分.标号是该指令的符号地址;注释是对该 指令的解释. 2.寻址方式:单片机指令访问数据的方式成为寻址方式,一般的寻址方式有: 立即寻址,寄存器寻址,间接寻址,变侄寻址.也可以从以上的基本寻址方 式和一些特

21、定的寄存器组合,产生其他几种有用的寻址方式,是不同系列的 单片机的指令系统有各不相同的寻址方式. 3.指令分类: 1. 数据传送类指令; 2. 算术运算类指令; 3. 逻辑操作类指令; 4. 控制程序转移类指令; 5. 特殊控制指令等. (3最小系统组成 图 2.单片机最小应用系统 单片机最小应用系统是指能使系统运行的最小配置系统,由于大多数单片机 芯片内部没有晶振电路和复位电路,因此,ROM/EPROM 的单片机,还应该配 置外程序存储器.为了实现单片机与外存储器的时序配合,应该使用 74LS373 锁存器最为寻址接口,该电路也是最小的通过总线进行系统扩展的电路. (4单片机的系统扩展 Pa

22、ge 9 of 9 浙江大学学士学位论文 通常情况下,单片机的最小应用系统最能够发挥单片机性价比高的优点,但 是在许多情况下,构成一个测控系统所需要的连接各种外部设备,形成各种接口 通道,最小系统往往不能够满足要求.因此,系统扩展是单片机应用系统硬件设 计中最常遇到的问题. 单片机的系统扩展包括程序存储器(ROM/EPROM扩展,数据存储器 (RAM扩展,输入/输出(I/O 口扩展,定时/计数器扩展,中断系统扩展以 及其他特殊功能扩展.由于单片机具有很强的外部设备扩展能力,外围扩展电路 芯片大多是一些常规的芯片,因此扩展电路和扩展方法都较为典型,规范,用户 很容易通过标准电路来构成较大规模的应

23、用系统. ( 二 各部分的电路设计及其参数选择 在进行各部分电路的设计前,我们还是先看看系统的总体方框图.系统方框 图的得出可以参见本次实验的开题报告及文献综述. 现在分析系统方框图是为了 更好的抓住电路设计的关键部分, 在整个设计中有一个系统的观点. 压控振 荡器 频率合 成 器 串行口 (P1 射频放 大器 10.7M 滤波器 455K 滤 波器 乘积鉴 频器 中断口 INT0 初级混 频器 次级混 频器 图 3. 详细的系统总体方框图 一. 接收机部分 (1MC3363 综述 Page 10 of 10 浙江大学学士学位论文 在窄带调频接收电路产品中,主要可提供选择的有 MC3357,3

24、359,3361, 3362,3363 等.这些都是摩托罗拉公司研制的.确定接收机方案的依据有: 1.灵敏度 2.调制接收带宽 3.邻道选择性 4.寄生响应抑制 5.抗互干扰性能 6.音频输出功率 7.谐波失真 8.音频响应 在低功率窄波段调频双向转换接收机中,MC3362 和 MC3363 应用广泛.在 他们的加工过程中,利用截止频率为 4GHZ 的 NPN 型晶体管,这使得 MC3362 和 MC3363 具有很高的截止频率,并且功率消耗低. MC3362 和 MC3363 的区别在于 MC3362 和 MC3363 制造于相同的印模,但最终的金属屏蔽(框罩的不同 使两者具有了不同的特点.

25、两个电路的功能数据等同. MC3363 是一个完全理想的高频转换接受机,它包括射频放大器,两个混 频器和振荡器,限幅式中频放大器和正交检波电路,接受信号强度显示器电路, 静噪电路, 用于检波键控调频数据传输的整形比较器. 单独利用 MC3363 接收机 可以实现输出信号对噪声和失真比(信纳比为 12DB,输入灵敏度为 0.3uV(信 号源为 50 .MC3363 只可用一个 28 引脚的塑料封装得到. MC3362 用于无线电话是最理想的,它不包括射频预放大电路和静噪电路. 另外,第二级本机振荡包括一缓冲输出,它可用于系统的频率基准(10.240MHZ 或者 10.245MHZ .总之,MC3

26、362 在下列情况下完全可以替代 MC3363: 1.输入灵敏度为 0.7uV,输出信号对噪声和失真比为 12 db 2.需要带有自动增益控制的外部射频预放大器(如:MOSFET 的 3N211 和 MPF211 3.当不需要接收静噪电路时 4.不能应用表面装配技术时,MC3362 可由两个 24 脚的塑料组件替代(DIP 双 Page 11 of 11 浙江大学学士学位论文 列直插或者组件和宽 SOIC 在 MC3363 和 MC3362 比较中可知, MC3362 不包括射频放大电路和静噪电 路,这两种功能需要在外围电路中实现,增加了电路的复杂性,所以本设计玄远 灵敏度较高的 MC3363

27、.它的主要指标如下: 1.工作频率:200MHZ 2.电源电影:27V 3.低功耗:当 VCC 为 3V 时电流为 3.6mA 4.灵敏度:0.3uV(12db 信纳比 本设计第一中频选 10.7MHZ,第二中频选 455KHZ, MC3363 内部增益分配大 致如下:限幅灵敏度约为 10uV,若按限幅器输入门限 30mV 计算,则限幅中放 的增益约为 69db,第二混频增益约为 22db,第一混频增益约为 18db,高频放大器当 负载是 1K时的最大增益约为 29db. (2本振电路设计 MC3363 的第一本振电压可以由外面的频率合成器输入,也可以由内部振荡 器产生,而第二本振电压则由内部

28、 振荡器产生.为完成信道选择的功能,第一本 振由外部频率合成器提供,它使 3363 产生第一本振频率.这个频率与接收到的 信号的差频为 10.7MHZ 的时候,3363 允许信号接收.这就是多信道接收的一个 基本原理.第二本振是固定的,也就是晶体振荡频率为: F2=10.7-0.455=10.245MHZ Page 12 of 12 浙江大学学士学位论文 图 4. MC3363 芯片框图 由图中可以看出,第一本机振荡是差分输入的,而第二本机振荡是由 5,6 脚间的晶体振荡器产生的. (3 滤波器选择 接受机的滤波器按其工作频率和功能划分,大致可以分为两种.一是主要用 于抑制各种外部干扰,如中频

29、干扰,镜象干扰等,用于提高寄生响应抑制比.这 些滤波器主要放在接收机前端,如天线,高放,可以用 LC 回路构成.由于工作 频率较高,因此回路带宽较宽.为了满足选择性要求,一般采用损耗小高 Q 值 的器件.在设计这些回路时要注意的问题是: 1.电感线圈和电容器的质量要高,损耗小,温度系数小,分布参数小,数值稳 定.电容器一般都用陶瓷的,线圈应该使用单层的,并用多股的绝缘编织线 绕制. 2.注意磁芯的选择.选用磁性材料的主要依据是:起始导磁率 u0 要高(u0 高 则同样匝数电感大,导线短则损耗小 ;磁损耗要小,截止频率 Fc(磁损耗 最大时的频率上限要高;常用乘积 u0Q 作为材料导磁率和损耗性

30、能的判断 依据(Q 为带磁芯工作时候品质因数 .起始导磁率和截止频率是矛盾的,当 Page 13 of 13 浙江大学学士学位论文 工作频率很高的时候,u0 必然较低,因此选择磁芯时要注意:一般的说,对 于 50M 的工作频率,可以选用 U0 为 20 左右的镍锌铁氧体磁性材料. 3.注意电路中其他元件对回路的影响.当回路接入电路后,由于前后级的影响, Q 值必然降低,谐振频率也会变化,并且电路中的分布参数会影响回路的稳 定性,可以考虑采用适当的部分接入. 4.注意回路的温度补偿. 一般来说,电感线圈都是正温度系数的,因此应用负温度系数的陶瓷点燃补 偿,以保证在温度变化时回路谐振频率不变. 接

31、收机的第二类滤波器主要用于提高邻道选择性(一般要求 6070db .它 是第一混频后的一中频和第二混频后的二中频滤波器.它们常用矩形系数接 近 1 的晶体滤波器和陶瓷滤波器.由于移动通信的频道间隔只有 25KHZ,额 定频偏是 3KHZ,因此该两滤波器的综合效应应保证 3db 带宽大于+/-8KHZ (接收机调幅接收带宽指标 ,而 70db 带宽应该小于+/-12.5KHZ(接收机的 邻道选择性指标 .在使用这些滤波器的时候应特别注意阻抗匹配,MC3363 的第一混频输出是跟随器,输出阻抗是 300,适用与输入阻抗较低的滤波器 匹配.在此第一混频的输出采用 10.7M 的陶瓷滤波器,第二混频的

32、输出采用 455 KHZ 的陶瓷滤波器.(输入输出阻抗是 Rin=Rout=1.5K2.0K ( 4 鉴频电路 MC3363 中的鉴频器是乘积型相位鉴频器.原理如下图所示.乘法器和 电容 Cs=5PF 以集成在内部,用户只需设计移相网络 RLC,设计的依据是, 鉴频器中心频率 F0=455KHZ, 鉴频器的带宽应该大于接收机所接收到的调频 信号的频偏值. 图 5. 鉴频器原理图 Page 14 of 14 浙江大学学士学位论文 由上图可知,鉴频器的中心频率为 F0=1/2L(C+C11/2 移相网络的 Q 值为 Qe=R/2F0L=2F0(c+c1R 移相网络的幅频特性: A(W=WCR/(1

33、+ 相频特性: a(W= /2-arctg S 为相对失谐: =2*Qe* f(t 以知 C1=5PF,若取 C=180PF,则 R=Qe/2F(C+C1<83K 考虑到最大频偏为 5KHZ,R 还可以取得再小一点. 则 L=1/2f(C+C1=660uH 在实际的电路中,我们并没有采用的 RLC 移相网络,这是因为这样做的话 会是整个的移相变得不精确, 而考虑到 MC3363 采用的是乘积型相位鉴频器, 我 们在做这个移相的时候必须考虑到精确性这一点. 所以在实际的实验中我们采用 了可调的中轴来代替独立的 RLC 移相网络,从原理上讲是相同的.但是在可操 作程度上要比 RLC 好调得多

34、,所取得的效果也要好得多.从我们后面调试中所 得到的波形就可以看出这一点. (5去加重网络 为了提高接受机的信噪比,鉴频器后一般都要接一个去加重网络(电路 . 去加重电路实际上是一个 RC 低通滤波器,若时间常数 RC 满足: RC>=1/Fmin=1/300=3ms 则可以保证在话音频段 3003000HZ 内频率特性按 6db/倍频程衰减.从 我们后面实验所的到的数据来看,去加重网络对于接收信号是一个很重要的部 分.它明显的改善了接收波形,起到了很好的接收滤波整形作用. 去加重网络的电路如下: Page 15 of 15 浙江大学学士学位论文 图 6. 去加重网络的原理图 (6 静噪

35、电路 调频接受机在无信号或者信号很弱时,由于解调器的门限效应,似的输出噪 声很大,因此调频接收机必须有静噪电路,使得接收机在处于等待状态是处于无 声.静噪方式有信号静噪和噪声静噪两种.对 MC3363 而言,两种方式都可以使 用. 1.信号静噪 使用信号的时候,将检测到的载波电平(13 脚即可以做为开关用于控制 音频通路.本实验就是采用了这种方法,它的优点是做法简单,容易实现.缺点 是效果不如噪声静噪好. 2.噪声静噪 使用噪声静噪的时候,将 MC3363 内部的静噪运放外接电 和电容构成一个有源滤波器,取出由鉴频器输出(16 脚的音频频带以外的一 个频率的噪声,并且二极管整流滤波后,送到 1

36、7 脚(MC3363 ,利用 MC3363 的 FSK 整形比较器作为一个静噪开关, 脚输出用来控制音频通路. 18 一般来说, 用噪声静噪比较可靠,但其外接元件较多,电路上实现起来比信号静噪麻 烦. (7音频放大器 MC3363 的音频输出功率不满足本设计的要求,因此在其后应该添加一音频 放大器. 音频放大器的设计原则是满足接收机的音频输出功率和谐波失真的指标, 并 要求在 3003000HZ 范围内有平坦的频率响应,接收机整机的音频响应指标主 要由去加重电路决定. Page 16 of 16 浙江大学学士学位论文 表 1. 接收机主要指标 电性能名称 灵敏度(12db 音频输出功率 音频谐

37、波失真 音频响应 技术要求 0.3uV 0.2W <10% 电性能名称 邻道选择性 阻塞 系数响应抑制 技术要求 >=70db >=90db >=70db >=70db 相对于 6db/倍 互调干扰 频的去加重特 性<=3db 调制接收带宽 +/-8kHZ 设计选用 LM386 来作音频放大器.其电路原理图如下: 图 7. LM386 音频放大器 它的主要性能指标如下: 1.电源电压:412V 2.电压增益:2646db(改变 18 脚间的电阻电容值 3.输出功率:Pmax=325mv(当 Vcc=6V,RL=8,THD=10% 4.谐波失真:THD=0.2

38、%(当 Vcc=6V,RL=8,Pout=125mu 时 5.带宽:300KHZ(当 Vcc=6V,18 脚之间开路 6.输入阻抗:50K (8射频放大器 MC3363 包括一个内部 NPN 型双极性射频放大晶体管,晶体管的积极内部 直流偏置大约为 0.8uv.它可以简化共发射极放大器的设计.发射极电压增益为 Av=20db.发射极电流为 Ie=1.5mA,集电极负载为 1K(RL.发射极的负反馈 Page 17 of 17 浙江大学学士学位论文 可以降低电流消耗,利用 Re 的退耦来维持增益,发射极接地.集电极可以加一 电阻,或者调谐.输入/输出都为调谐的,必须阻抗匹配良好以避免不必要的振

39、荡. (9第一级混频 第一极混频器是一个双平衡的乘法器,由射频输入和第一极本机振荡(通过 一个 worlman/栅地阴极放大器 直接驱动. 它用来把射频输入转换成 10.7MHZ 的第一中频信号.从射频输入端看过去的输入是 670和 7PF 的电容并联 (50MHZ .也就是说 Rp=670,Cp=7PF,串联等效阻抗在 50MHZ 时 Rs=210, Cs=10.2PF.第一极混频输入是差分的,在没有系统增益损失的情况下可以被单 端驱动.当一个单端输入使用的时候,应该保证未使用端交流接地.这可以通过 一个旁路电容接到负源(VEE 上 ,或者把引脚直接接到 Vcc 电源上来实现. 表 2 是混

40、频器的绝缘情况, 这种绝缘性归结为全平衡混频器的构造和可以减 少本机振荡在接受机天线上的辐射. 信号 本机振荡信号 射频信号 中频信号 (表 2. 本机振荡网 0 -16 -29 第一极混频器绝缘情况 混频输出 -17 -9 0 混频输入 -41 0 <-40 电平(单位:db 对于需要高阻抗晶体滤波器的匹配阻抗一般加在第一级混频器输出以保护 滤波器的响应特性. 开路转换增益一般为 24db(至 7MHZ .内部高于 7MHZ 的为流降抑制射频 和本机振荡器信号送往第二级混频器的寄生信号. 1 0.7MHZ 时增益为 18db 的 在 输出电路是一射极跟随器,以达到 330的匹配阻抗用来

41、驱动 10.7MHZ 的陶瓷 滤波器.该陶瓷滤波器通常的输入输出匹配阻抗为 330.对于需要高阻抗的晶 体滤波器来说,匹配阻抗一般加在第一级混频输出以保护滤波器的响应特性. 1.第一级本机振荡和变容二极管 和第一级混频器紧密相连的是第一级本机振荡器. 该本机振荡器是完全电压 控制的振荡器,并且只需要一个外部电平控制电路(没有外部变容二极管 .对 Page 18 of 18 浙江大学学士学位论文 于多信道应用来讲, 振荡器包括变容调谐和一个缓冲输出以适应于和锁相环频率 合成器接口转换.最高的振荡频率大约是 190MHZ,通过对振荡器注入额外电流 来实现.为了把额外电流注入本机振荡器中,可以在 V

42、cc 和每个本机振荡器引角 之间接 1010K的上拉电阻. 本机振荡器缓冲输出可在 400mV1100mV(PP 值之间变化(有电源电压 ,最佳输出波形在 Rpd=3K时出现(下拉电阻为 3K . 图8 第一级本机振荡波形 在本机振荡器的引脚上分布着具有一定容量的变容二极管, 这些内部电容因 变容控制管控制脚上的控制电压不同而取 1025PF 之间的数值. (MC3363 第 23 脚,MC3363 第 27 脚当电压为最小值 0.7V 时,容量取到最大.如果所提供的 控制电压比 Vcc 高/并且低于 0.7V,则振荡停止. 2. 第二级混频和第二级本机振荡 当 10.7MHZ 中频信号被陶瓷

43、滤波器滤波后,它将被送到第二级混频输入端. 第二级混频器依然是双平衡结构.它用于抑制寄生信号的产生并且通常用来把 10.7MHZ 的第一中频信号转换成 455KHZ 的第二中频信号,以提供给限幅放大 器和检波电路.在典型的低耗运用中,混频器通过一个陶瓷滤波器被单端驱动. 其中一个混频输入被直接旁路到 Vcc 电源.开路电压增益一般为 25db.如果需 要高阻抗晶体滤波器,通常在第二混频输入端加一匹配阻抗以维持滤波器性能. 第二级混频输出大约滚降 500KHZ,以减少假信号响应和空载噪声. 第二级本机振荡是考毕兹 (电容三点式 振荡器, 它一般在晶体控制下工作. 晶体一般规定为主模式振荡方式.晶

44、体基极的典型波形如下图所示.这个振荡器 可以工作在 10.240MHZ 或者 10.245MHZ.这依赖于第一级本机振荡频率. MC3362 第二级本机振荡器具有缓冲输出功能,它可以用来驱动锁相环频率合成 Page 19 of 19 浙江大学学士学位论文 器或者预分频比例器的基准频率输入. 外部本机振荡信号可以连接到本机振荡器 的基极,此时发射机管脚处于断开状态.这个信号必须为正弦信号并且 PP 值 为 300500mV. 第二级混频器输出导纳(500KHZ 以下为 1500的电阻和 50PF 的电容并 联.也就是 Rp=1500,Cp=50PF,串 联等效阻抗为 Rs=1420,Cs=106

45、5PF.这个阻 抗和 455KHZ 陶瓷滤波器的输入阻抗匹配.该陶瓷滤波器的典型输入阻抗是 15002000. 3. 限幅中频放大器和正交检波器 455KHZ 的中频信号被送到限幅中频放大器,在正交检波前进行限幅放大. 限幅中频放大器的输入端有一个大约 1.5K的输入阻抗,它通过 1.5K的陶瓷 滤波器提供很好的功率传送.为了保持总的电源耗用电流,限幅中频和接收机一 般来讲都不设计或作成宽频带. 从滤波器输出到正交网络和检波输入端的耦合电容由内部提供, 它的数值为 5PF,455KHZ 振荡电路通常和电平控制网络电路相连.Lc 的 C=180PF,Lp=680uH. 典型的陶瓷谐振器不能由正交

46、网络引脚所驱动.当接收机完全无噪声(静噪和 没有调制时,正交网络引脚将会出现下面所示的波形. 图9 强接收信号下的正交网络引脚波形 4. 仪表驱动(接收信号强度显示器 射频输入信号的幅度被仪表驱动电路监测. 该监测电路限幅中频放大器限幅 的数值并且在仪表激励引脚进行电流线形变换, 输出可用于仪表激励或则接收信 号强度显示器的输出,并且需要缓冲.为了保证线形的,宽频带的接收信号强度 显示输出电压,要注意以下三点: 1. 仪表驱动脚(MC3363 第 12 脚必须嵌位在 Vbe/2(大约 300mV以内.否 则,仪表驱动电路将会被加载.当仪表驱动脚嵌位在 Vbe/2 时,载波检波输 出为高阻,不能

47、应用.在仪表激励引脚有二极管,这些二极管会干扰仪表激 Page 20 of 20 浙江大学学士学位论文 励.如下图所示.正因为这些二极管的存在使得仪表激励引脚电压的漂移被 限制在 Vcc 电源左右. 图 10 载波检波输入 2. 一 些 类 型 的 电 流 必 须 转 换 成 电 压 . 接 收 信 号 强 度 显 示 器 输 出 一 般 为 412uA. 3. 必须有负反馈来抑制缓冲放大器增益的变动. (在输出缓冲器中可以利用 一些输出电平调整的方法实现. 5.载波检波 仪表驱动和载波检波电路的另外一种结构是利用一个从仪表驱动引脚到 Vcc 电源间接一电阻用来构成载波检波输出.载波检波引脚是

48、一开路集电极输出,需 要一个上拉电阻.当射频输入高于规定的断路电压,将在载波检波引交出现低电 平输出(<0.1V .当射频输入低于这个断路电平时(或则失谐时 .载波检波引 角将为电源电压.断路电压由仪表驱动脚和电源之间的电阻决定.阻值为 130K 的电阻所决定的开路电平大约是-110dbm(第一级混频输入 .相当于每外部射 频放大的接收机的信号对噪声和失真比为 12db.应该注意的是仪表驱动电流不 具有象上述所讨论的带有缓冲功能的那样有线形电流输入电压关系. 所以当用载 波检波电路时,模拟接收信号强度显示器的输出并不是真正的理想. ( 二频率合成器部分的电路设计 频率合成,就是利用电子元

49、件组成一种特定装置,以便由一个或者几个参考 源产生一个或者许多频率的过程. 早期的合成器是由一组晶体组成的晶体控制振 荡器,它的频率精确度和准确度由晶体的频率准确度和稳定度来决定,很少与电 路有关器,但是它的工作方式是以少量的晶体产生许多频率.做了这些改进后, 迅速发,后来又出现非相干合成法.在非相干合成中,虽然还使用晶体控制振荡 Page 21 of 21 浙江大学学士学位论文 展的通讯部分又提出了研制更为完善的, 频率准确度和稳定性都比相干合成高几 个数量级的频率发生装置的要求.为了满足这些要求,出现了一类叫做相干合成 的方法. 相干合成法就是由一个精准度和稳定度达到要求的参考源产生许多频

50、率 的方法. 上述方法,都会产生寄生输出.寄生输出必须通过选择适当的合成频率来消 除并用滤波器来抑制.相位噪声是不能不考虑的. 近年来,由于锁相环大规模集成电路的发展,可以将参考振荡器,参考分频 器,鉴相器,可变分频器等部件集成在一块芯片上,而外部只需要加环路滤波器 和压控振荡器就可以构成一个完整的频率合成器. 在通用的锁相环频率合成器集成电路中,功能较全,集成度较高的有我国无 锡微电子公司生产的 RSC145152,RSC145146 等.其功能与美国摩托罗拉公司生 产的 MC145152 和 MC145146 等相同.由于这些大规模集成电路采用的都是 CMOS 工艺,其程序分频器最高工作频

51、率在 20MHZ 以下.当要求工作频率更高的频率合 成器时,一般要再加一个前置分频器或者采用吞脉冲式频率合成器. 现在,几种常用的频率合成器有: 1.集成锁相环构成的频率合成器,其核心器件是 C182,即 CC14522. 2.微机控制的锁相环频率合成器,其核心器件是 L562 锁相环. 3.应用 MC145146-1 的 UHF 移动无线电话信道的频率合成器. 4.应用 MC145146-1 的 800MHZ 蜂窝状无线电系统用的 666 个信道,微机控制的 移动无线电话频率合成器. 5.应用 MC145152 的吞脉冲式的频率合成器. 本设计采用的是 MC145152 的吞脉冲式频率合成器

52、,它的典型运用是加上双模的 前置分频器,其基本的方框图如下: 晶体 部分 N 置数口 RA0RA3 泵电路与 环路滤波 A 置数口 压控振 荡器 Page 22 of 22 双模前置 分频器 浙江大学学士学位论文 图 11 MC145152 的吞脉冲频率合成器原理图 1. 吞脉冲可变分频器原理 一般情况下, 为了电平匹配和适用欲高于 20MHZ 的 VCO 配以双模前置 分频器和 MC145452 共同工作.基本原理如下: 吞脉冲可变分频器由高速双模前置分频器(/P 或/(P+1 ,吞脉冲计数器 'A' ,程序分频器'N' ,模式控制电路. vco 模式控制逻辑

53、电路 双 模前置分频器 P/ (P+1 Pd /N 计数器 /A 计数器 图 12 双模前置分频器原理 开始工作时,吞脉冲计数器被予置到 A,程序计数器被予置到 N,双模分频 其的分频比受到换模信号控制,一开始双模分频器以分配比(P+1工作,即每输 入(P+1VCO 脉冲,其输出一个脉冲.输出脉冲同时送到'A'吞脉冲计数器 和'N'程序计数器去计数,这两个计数器都是减法计数.当双摸分频器输出 A 个脉冲,也就是输入(P+1A 个 VCO 脉冲时, 'A'计数到 0,由控制逻辑检 出, 从而产生一个换模信号, 使双模分频器以分频器以分配比为 P 工

54、作, 'A' 以后 计数器停止计数,而'N'计数器继续以(N-A作减法计数(N>A,当再送入 (N-AP 个 VCO 脉冲后, 'N'计数器计数到 0,这时一方面使吞脉冲分频器 产生一个输出脉冲,另外一方面由控制逻辑产生换模信号,同时输出脉冲也使 'A''N'计数器重新被予置,从而开始一个新的工作周期. , 本设计由于 VCO 低于 20MHZ,省略了双模前置分频器,仅仅利用 N 计数 器完成分频功能. 此时 A 计数器引脚接地. 在每一个工作周期中, 输入 N 个 VCO Page 23 of 23 浙江大

55、学学士学位论文 脉冲,产生一个 输出脉冲.即总的分配比为 N(N 可以被予置为一个固定值, 由所需要完成的设计功能而定 . 2. MC145152 原理 MC145152 为双模并行输入全数字化锁相环频率合成器集成电路. 12*8ROM 参考译码器 12 位/R 计数器 锁定指示 接晶振 逻辑控制 鉴相器 外部输入 6 位/A 计数器 10 位/N 计数器 图 13 MC145152 内部结构图 在 OSC1OSC0 两 端 接 一 定 频 率 的 晶 体 和 适 当 的 电 容 ( 或 者 由 OSC1OSC2 输入参考信号 他们与芯片内部的例相器, , 电阻构成的振荡电路, 产生参考频率

56、Fs, 输出参考计数器 (包含二分频器 3 位并行码 . (RA2RA0 , 经过 38 译码器产生 8 位地址码(D8D1控制 12*8ROM.从中读取相应之 12 位并行信息(R12R1控制 12 级/R 计数器,以实现分频比可编程任务. 这样参考计数器的总分频比为 R=Fos/Fh,其输出(频率为 Fr作为参考信号加 到鉴相器.输入码与逻辑译码,ROM 信息,分频比 R 之间的关系由内部电路结 Page 24 of 24 浙江大学学士学位论文 构决定. 此外,来自压控振荡器和双模前置分频器的输入信号(Inf经过输入保护 电路同时加到 A 和 N 计数器进行分频计数.输入并行码(DA0DA

57、5 , ( DN0DN9通过缓冲电路分别控制该两个计数器的分频比. 鉴相器双端输出v 和r,可以在外部组合成环路误差信号.如果频率 Fv 高于 Fr,或者 Fv 的相位超前于 Fr,则v 输出负脉冲,而r 保持高电平;如果 频率 Fv 低于 Fr 或者 Fv 的相位滞后于 Fr,则r 输出负脉冲而v 保持高电平; 如果 Fv=Fr 而且 两者同相,则r 和r 的输出除了有一个极短暂的同相位的负 脉冲,两者都保持高电平. 3. 泵电路的选取和环路滤波器 由于鉴相器的输出是两个脉冲信号, 我们必须选择一个合适的滤波网络将它 转换成电压的变化,才可以控制后级的 VCO 部分.对于滤波网络我们有两种选

58、 择,传统的方法是用泵电路,将这两个脉冲转化成为输出电平的变化. 现在先看看传统的滤波方法,我们先看看泵电路的工作原理:当 Fv 低于 Fr 时,r 是负脉冲,A 点电位约为 0.4V,BG1 导通,电源通过 BG1 对滤波网络充 电,而这时 B 点是高电平,BG2 导通,D 点电压下降,使 BG3 截止.由于充电,C 点电位逐渐升高.在开环情况下,C 点的电位可以接近电源电压,此升高的电压 可以去控制 VCO 使 Fv 上升. 当 Fv>Fr 时,v 为负脉冲,而r 为高电平,这时 A 点的电位约为 4.4V, 由于二极管 D1 的导通电压为 0.7V 左右,BG1 截止,停止对滤波网

59、络的充电.又 因为 B 点是底电平,所以 BG2 截止,从而 D 点电位升高,使 BG3 导通,于是滤波 网络通过 BG3 放电,开环时,C 点电位可以到 0V,此降低的电位来控制 VCO,使 Fv 下降.如果 A,B 都是高电平(也就是 Fv=Fr ,则冲放电路都被切断,只要后 接电路的输入阻抗足够高,则可以认为 C 点的电位保持不变.于是可以看出,A (r端出现负脉冲使得 C 点电位升高,而 B(v端出现负脉冲将使得 C 点 电位降低,在恒流源冲放电的情况下,C 点电位增加和减少量分别正比于 A,B 上 负脉冲的宽度变化, 从而鉴相器输入端的相位变化由鉴相器变为负脉冲的宽度变 化,又由此泵

60、电路转化为 C 点的电位的变化,也即完成了把两个信号之间的相位 差转换为误差电压的任务. Page 25 of 25 浙江大学学士学位论文 图 14 这里需要注意几点: (1 泵电路原理图 本设计所用的电源为 5V,为了完成电源电平的匹配,即泵电路的 输出的最高压不应该大于 5V. 所以这里的泵电路的 Vcc 应该使用 5V 的电源电压,以避免不必要的麻烦.因为电平转换总是麻烦和 不稳定的. (2 在 BG3 导通时为饱和导通,为了和+5V 的电源相匹配,接在 BG2 集电极和 BG3 基极之间的 R5 和电源与 BG2 集电极间的 R4 不要 取得很大.两者数值可以较小或者去掉 R5. 除了泵电路以外,我们还有很多的办法可以完成这样的任务.在摩托罗拉公 司的一份参考资料上,我们看到