FSK综合设计实验

1、武汉理工大学信息工程学院专业综合实验中心武汉理工大学信息工程学院专业综合实验中心. 2FSK2FSK传输系统综合设计传输系统综合设计 1 1. . 经历综合设计与实现过程，为后续进行课程设计与毕业设经历综合设计与实现过程，为后续进行课程设计与毕业设计奠定工作基础；计奠定工作基础； 2.2.加深理解加深理解2FSK2FSK调制器与解调器的工作原理，学会对调制器与解调器的工作原理，学会对2FSK2FSK系系统电路的设计；统电路的设计；掌握掌握2FSK2FSK的调制器与解调器的工程实现方的调制器与解调器的工程实现方法；法；掌握对掌握对2FSK2FSK传输系统传输系统工作过程进行检查及对主要性能工作过

2、程进行检查及对主要性能指标进行测试的方法。指标进行测试的方法。 3.3.遵循本系统的设计原则，理顺基带信号、传输频带及两个遵循本系统的设计原则，理顺基带信号、传输频带及两个载频三者间相互间的关系；载频三者间相互间的关系； 4. 4. 学会对所学基本理论知识的综合运用；掌握使用学会对所学基本理论知识的综合运用；掌握使用MultisimMultisim软件的操作方法。软件的操作方法。 一、综合设计实验目的一、综合设计实验目的二、综合设计内容与技术指标二、综合设计内容与技术指标设计内容：设计内容： 根据根据2FSK2FSK调制器与解调器的组成原理，设计出整个调制器与解调器的组成原理，设计出整个2FS

3、K2FSK传传输系统的实现方案与电路；输系统的实现方案与电路；技术指标要求：技术指标要求： 设计一个方波振荡器，产生主载频为设计一个方波振荡器，产生主载频为11800HZ11800HZ； 设计分频器电路，将主载频分频为两个不同频率的载频设计分频器电路，将主载频分频为两个不同频率的载频 ，其中使：，其中使： f f1 1= 2950HZ; f= 2950HZ; f2 2 =1475HZ =1475HZ。 数字基带信号时钟频率数字基带信号时钟频率f fs s=16=16（或（或3232）bit/sbit/s； 设计一个设计一个m m序列产生器（序列产生器（7 7位或位或1515位），作为数字基带信

4、号，传输速率位），作为数字基带信号，传输速率f fs s=800=800（或（或400400）bit/sbit/s ； 解调采用非相干解调（过零检测）技术。（在时间充足的情况下，选做解调采用非相干解调（过零检测）技术。（在时间充足的情况下，选做2FSK2FSK的载波提取，实现相干解调或用模拟锁相环解调）的载波提取，实现相干解调或用模拟锁相环解调）三、综合设计要求三、综合设计要求 整个整个2FSK2FSK传输系统电路用传输系统电路用MultisimMultisim软件仿真实现。软件仿真实现。 着眼于时间、频率、频谱、频带、观察着眼于时间、频率、频谱、频带、观察2FSK2FSK信号。在时域，信号。

5、在时域，观察单元电路各点的波形；在频域，观察已调信号、调制信观察单元电路各点的波形；在频域，观察已调信号、调制信号的频谱，测算传输带宽；号的频谱，测算传输带宽； 理顺低通滤波器理顺低通滤波器3db3db带宽与基带信号传输速率间的关系，两带宽与基带信号传输速率间的关系，两个载频间隔和基带信号速率间的关系；个载频间隔和基带信号速率间的关系； 根据实验记录的波形和数据，分析根据实验记录的波形和数据，分析2FSK2FSK调制解调过程和性能。调制解调过程和性能。并写出符合规范的综合设计实验报告。并写出符合规范的综合设计实验报告。 根据技术要求及功能框图设计电原理图；给出最根据技术要求及功能框图设计电原理

6、图；给出最后完成的方案并作祥细的电路分析；查阅器件手后完成的方案并作祥细的电路分析；查阅器件手册，提出使用器材；册，提出使用器材； 拟定测试项目、提出测试所用仪器及测试方法；拟定测试项目、提出测试所用仪器及测试方法； 记录实验的波形和数据，总结设计、调试、过程记录实验的波形和数据，总结设计、调试、过程中的收获和体会。并写出符合规范的综合设计实中的收获和体会。并写出符合规范的综合设计实验报告。验报告。四、综合设计步骤四、综合设计步骤在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输，必须用数带信号不能直接在

7、这种带通传输特性的信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，完成频谱搬移，变换成频带信号字基带信号对载波进行调制，完成频谱搬移，变换成频带信号后，才能在带通传输特性的信道中传输。后，才能在带通传输特性的信道中传输。 五、五、 2FSK2FSK调制解调原理调制解调原理 FSK FSK 是数字通信中用得较广的一种调制方式，在话带内进是数字通信中用得较广的一种调制方式，在话带内进行数据传输。国际电联推荐在话音频带内低于行数据传输。国际电联推荐在话音频带内低于1200bit/s 1200bit/s 数据数据率时使用率时使用FSK FSK 方式。在衰落信道中传输数据时，它也被广泛采方式。在衰落信道中

8、传输数据时，它也被广泛采用。用。 FSK FSK 通信系统通常由通信系统通常由 2 2个不同频率的载波来代表数字信号个不同频率的载波来代表数字信号的的2 2种电平，通过频移调制，输出种电平，通过频移调制，输出FSKFSK信号；解调时则通过带通信号；解调时则通过带通滤波，分离出这两种不同频率的载波，然后再通过比较器，还滤波，分离出这两种不同频率的载波，然后再通过比较器，还原出原始数字信号。原出原始数字信号。 在二进制数字调制中，若载在二进制数字调制中，若载波的频率随二进制数字基带信波的频率随二进制数字基带信号在号在 f f1 1和和f f2 2两个载频间切换，两个载频间切换，则产生二进制移频键控

9、制信号则产生二进制移频键控制信号（2FSK2FSK信号）。二进制移频键信号）。二进制移频键控信号的产生方法如图所示。控信号的产生方法如图所示。 图（图（a a）是采用数字键控的）是采用数字键控的工程实现方法，工程实现方法， 图（图（b b）是调制器输出的）是调制器输出的2FSK2FSK信号的时间波形。信号的时间波形。 （1 1）二进制移频键控制信号的产生方法）二进制移频键控制信号的产生方法 五、五、 2FSK2FSK调制解调原理调制解调原理在图在图1 1（a a）中，两个载频受输入的二进制基带信号控制，在一个码元）中，两个载频受输入的二进制基带信号控制，在一个码元 T TS S 期间，输出期间

10、，输出 f f1 1 或或 f f2 2 两载频之一。若二进制基带信号的两载频之一。若二进制基带信号的“1”1”对应于对应于载频载频 f f1 1，“0”0”对应于载频对应于载频 f f2 2，则二进制移频键控制信号的时域表达式，则二进制移频键控制信号的时域表达式为：为： 2111222( )( ) cos()( ) cos()FSKetAm ttAm tt（1式）式） 五、五、 2FSK2FSK调制解调原理调制解调原理 相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱可以近似表示成两个不同载相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控功率谱密度的叠加，如图所示。波的

11、二进制振幅键控功率谱密度的叠加，如图所示。oosffosffoff FSKSf2sf0 .8sf0.5h0.7h1h 从图中可以看出：从图中可以看出： 1 1、2FSK2FSK的频谱由连续谱和离散谱所组成，其中离散谱位的频谱由连续谱和离散谱所组成，其中离散谱位于两个载频于两个载频 f f1 1 和和 f f2 2处，连续谱由两个中心位于处，连续谱由两个中心位于 f f1 1 和和 f f2 2 处处的双边谱叠加形成；的双边谱叠加形成； 2 2、若两个载波频差小于、若两个载波频差小于 f fs s , ,则连续谱在则连续谱在 f f0 0 处出现单峰；处出现单峰；若载频差大于若载频差大于 f f

12、s s ，则连续边谱距离拉开，出现双峰；，则连续边谱距离拉开，出现双峰； 3 3、若以二进制移频键控信号功率谱第一个零点之间的频、若以二进制移频键控信号功率谱第一个零点之间的频率间隔作为率间隔作为2FSK2FSK信号的带宽，则信号的带宽，则2FSK2FSK信号的频带宽度信号的频带宽度B B2FSK2FSK为为2122FSKsBfff 五、五、 2FSK2FSK调制解调原理调制解调原理五、五、 2FSK2FSK调制解调原理调制解调原理（1 1）二进制移频键控）二进制移频键控2FSK2FSK设计方案设计方案 设信息源发出的是由二进制符号设信息源发出的是由二进制符号0 0，1 1 组成的序列，组成的

13、序列， 且假定且假定0 0 符号出现的符号出现的概率为概率为p p，1 1 出现的概率为出现的概率为1- p1- p，它们彼此独立，那么，它们彼此独立，那么，2FSK 2FSK 信号便是信号便是0 0 符符号对应于载频号对应于载频11，而，而1 1 对应于载频对应于载频22（ 与与11不同的另一个载频）不同的另一个载频） 的已的已调波形，而且调波形，而且11、22的改变是瞬间就能完成的。容易想到，的改变是瞬间就能完成的。容易想到，2FSK 2FSK 可以利可以利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频, ,使其能够输出使其能够输出2 2 个不同频率的码个不同频率

14、的码元。元。 2FSK 2FSK 产生的另一个方法就是采用键控法，产生的另一个方法就是采用键控法， 也称频率选择法，即利用受也称频率选择法，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对矩形脉冲序列控制的开关电路对2 2个不同的频率源进行选通。由数字基带信个不同的频率源进行选通。由数字基带信号来控制转换开关，通过选择不同频率的高频信号来实现号来控制转换开关，通过选择不同频率的高频信号来实现FSK FSK 调制。频移键调制。频移键控法产生的控法产生的FSKFSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过渡频率，它的转换信号频率稳定度可以做得很高并且没有过渡频率，它的转换速度快，波形好，频率稳度高。本次速度快，波

15、形好，频率稳度高。本次2FSK2FSK调制器部分要求采用此方法设计。调制器部分要求采用此方法设计。 由以上的分析可知，在设计移频键控系统时，为由以上的分析可知，在设计移频键控系统时，为了获得最佳分路特性，通常选用的两个载频了获得最佳分路特性，通常选用的两个载频 f f1 1和和 f f2 2在码元周期在码元周期 T TS S内具有正交特性，即内具有正交特性，即 上式在上式在 f f1 1 和和 f f2 2 间隔为间隔为1 / 2T1 / 2TS S的整数倍时都能满的整数倍时都能满足，即足，即 （n=1,2,） 工程上一般取工程上一般取 f f1 1 - f- f2 2=(35) / T=(3

16、5) / Ts s11220cos() cos()0sTttdt122SnffT五、五、 2FSK2FSK调制解调原理调制解调原理（2 2）2FKS 信号的解调方法信号的解调方法二进制移频键控信号的解二进制移频键控信号的解调可采用相干解调和非相干解调可采用相干解调和非相干解调。从最佳解调的观点看，相调。从最佳解调的观点看，相干解调具有最佳的抗干扰性能，干解调具有最佳的抗干扰性能，但相干解调必须依赖于解调端但相干解调必须依赖于解调端恢复准确频率和相位的参考载恢复准确频率和相位的参考载波，在移频键控系统中，提取波，在移频键控系统中，提取f f1 1和和f f2 2会大大增加系统的复杂度。会大大增加

17、系统的复杂度。采用非相干解调的原理图如图采用非相干解调的原理图如图所示所示, ,它是一种过零检测的方法，它是一种过零检测的方法，整个解调过程的时间波形如图整个解调过程的时间波形如图所示。所示。 五、五、 2FSK2FSK调制解调原理调制解调原理abcdef六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: :（1 1）2FSK2FSK调制器电路方案介绍调制器电路方案介绍: : 设计移频键控系统时，设计移频键控系统时，为了获得最佳分路特性，为了获得最佳分路特性，两载频两载频 f1f1、f2 f2 和和fsfs 应折应折中选取。中选取。 另外根据国际电报电另外根据国

18、际电报电话咨询委员会（话咨询委员会（CCITTCCITT）的）的建议，传输速率为建议，传输速率为12001200波波特以下的设备采用特以下的设备采用FSKFSK，因，因而本实验的码元速率选在而本实验的码元速率选在800800HzHz左右，这样左右，这样 f1f1、f2 f2 和和 fsfs 三个频率的取值分三个频率的取值分别为别为f1f1 ？、？、 f f？和？和f f？ 实际调制器电路可参实际调制器电路可参考图考图1 1或图或图2 2。图图1 1 门电路构成的门电路构成的2FSK2FSK调制器电原理图调制器电原理图图图2 2 模拟电子开关构成的模拟电子开关构成的2FSK2FSK调制器电原理图

19、调制器电原理图 调制器电路组成与工作原理(2)(2)、信源电路的方案介绍、信源电路的方案介绍主要提供主要提供2FSK2FSK的载波和信码的定时信号，可用门电路或集成电路（的载波和信码的定时信号，可用门电路或集成电路（555555）构成多谐振荡器，产生的振荡频率为构成多谐振荡器，产生的振荡频率为11800Hz11800Hz载波，要求输出频率可调。载波，要求输出频率可调。 由门电路构成的参考振荡器如图所示：在三个与非门之间加入了一个由门电路构成的参考振荡器如图所示：在三个与非门之间加入了一个R(R1)C(C1)R(R1)C(C1)延时网络，由于延时网络，由于RCRC较大，可忽略较大，可忽略tpdt

20、pd，并且可以改变，并且可以改变RCRC值使振荡值使振荡频率改变。频率改变。RS(R2)RS(R2)起隔离作用，把电容起隔离作用，把电容C C的输出与的输出与U3cU3c的输入隔离开。的输入隔离开。六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: :主载波振荡器电路与工作原理主载波振荡器电路与工作原理将主载波按设计技术指标要求，一般用将主载波按设计技术指标要求，一般用D D触发器构成适当的分频电路，触发器构成适当的分频电路，获得载频获得载频f1f1、f2f2和序列所需的时钟信号。本实验系统，和序列所需的时钟信号。本实验系统，f1f1为四分频；为四分频；f2f2

21、为八分频；为八分频；fsfs为十六分频。分频器的参考电路如图所示：为十六分频。分频器的参考电路如图所示：(2)(2)、信源电路的方案介绍、信源电路的方案介绍六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : 分频器电路与工作原理分频器电路与工作原理 m m序列也称作伪随机序列，它的显著特点是：（序列也称作伪随机序列，它的显著特点是：（a a）随机特性；（）随机特性；（b b）预先可确定性；（预先可确定性；（c c）可重复实现。本次综合设计要求用）可重复实现。本次综合设计要求用D D触发器构成四触发器构成四级移位寄存器组成，形成长度为级移位寄存器组成，形成长度

22、为2 24-14-1=15=15位码长的伪随机码序列，码率约位码长的伪随机码序列，码率约为为800bit/s800bit/s。(2)(2)、信源电路的方案介绍、信源电路的方案介绍 图图1 1是实验系统中是实验系统中4 4级伪随机序列码发生器级伪随机序列码发生器电原理图。电原理图。 从图中可知，这是从图中可知，这是由由4 4级级D D触发器和异或门触发器和异或门组成的组成的4 4级反馈移位寄级反馈移位寄存器。本电路是利用带存器。本电路是利用带有两个反馈抽头的有两个反馈抽头的4 4级级反馈移位寄存器，其示反馈移位寄存器，其示意图见图意图见图2 2，状态转移，状态转移图见表图见表1 1，该电路输出，

23、该电路输出的信码序列为：的信码序列为： 11110001001101011111000100110101。 四级伪随机码 Q3Q2Q1Q01111011100110001100001000010100111000110101101011010110111101111图图2图图1表表1六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : m m序列发生器组成与工作原理序列发生器组成与工作原理 （3）2FSK信号的解调方案（非相干）信号的解调方案（非相干） 数字频率键控（数字频率键控（ FSKFSK） 信号常用解调方法有很多种，在设计中利用过信号常用解调方法有很多

24、种，在设计中利用过零检测法。过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴交叉的次数零检测法。过零检测法是利用信号波形在单位时间内与零电平轴交叉的次数来测定信号频率。其解调电路组成如图来测定信号频率。其解调电路组成如图1 1 所示：所示： 由图可见，输入的由图可见，输入的FSK FSK 信号经限幅放大后成为矩形脉冲波，再经过微分信号经限幅放大后成为矩形脉冲波，再经过微分电路得到双向尖脉冲，然后整流得到单向尖脉冲，每个尖脉冲表示一个过零电路得到双向尖脉冲，然后整流得到单向尖脉冲，每个尖脉冲表示一个过零点，尖脉冲的重复频率就是信号频率的两倍。将尖脉冲去触发一单稳电路，点，尖脉冲的重复频率就是信号频

25、率的两倍。将尖脉冲去触发一单稳电路， 产生一定宽度的矩形脉冲序列，该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比，产生一定宽度的矩形脉冲序列，该序列的平均分量与脉冲重复频率成正比，即与输入信号成正比。所以经过低通滤波器输出的平均分量的变化反映了输即与输入信号成正比。所以经过低通滤波器输出的平均分量的变化反映了输入信号频率的变化，这样把码元入信号频率的变化，这样把码元“ “ 1”1”与与“ “ 0”0”在幅度上区分开来，再经电在幅度上区分开来，再经电压比较与抽样判决电路的处理，就可恢复出原数字基带信号。压比较与抽样判决电路的处理，就可恢复出原数字基带信号。六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说

26、明调制与解调电路设计方案的说明: : 从前面原理的介绍中，我们知道从前面原理的介绍中，我们知道2FSK2FSK调制信号的解调若用非相干过零检测法，调制信号的解调若用非相干过零检测法，由图可见，必须有七个单元模块来完成。考虑到由图可见，必须有七个单元模块来完成。考虑到2FSK2FSK信号的产生和解调集于同一仿信号的产生和解调集于同一仿真电路中，已调信号未经信道传输，没有畸变、没有信道的干扰，因而采用数字电真电路中，已调信号未经信道传输，没有畸变、没有信道的干扰，因而采用数字电路完成限幅、微分、整流和脉冲形成四大功能是较简单的，其参考电路如图路完成限幅、微分、整流和脉冲形成四大功能是较简单的，其参

27、考电路如图1 1所示。所示。 （3）2FSK信号的解调方案（非相干）信号的解调方案（非相干）六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : 微分、整流、展宽电路组成与工作原理微分、整流、展宽电路组成与工作原理 由图可见，该由图可见，该脉冲形成电路用双脉冲形成电路用双J-KJ-K触发器触发器74LS10774LS107、二极管、阻容、二极管、阻容等元件组成。等元件组成。 该电路具有单稳态特性，它的稳定状态是：该电路具有单稳态特性，它的稳定状态是： =1=1或或Q=0Q=0。当。当CPCP端有端有输入信号触发时，输入信号的下降沿使电路状态发生改变输入信号触发

28、时，输入信号的下降沿使电路状态发生改变:Q=1:Q=1，=0=0。这时这时J-KJ-K触发器清零端的电压触发器清零端的电压VRDVRD将缓慢降低，当降至将缓慢降低，当降至1.4V1.4V左右时，触左右时，触发器清零，电路又回到稳定状态，此时，二极管导通，电容发器清零，电路又回到稳定状态，此时，二极管导通，电容C C经二极管经二极管正向电阻正向电阻r rD D 反向充电，因为反向充电的时常数反向充电，因为反向充电的时常数充充= = rD C C 较小，因较小，因而触发器清零端的电压会很快上升至高电位上，保证而触发器清零端的电压会很快上升至高电位上，保证Q Q端维持低电平。端维持低电平。显然，输入

29、信号的下降沿作用后，清零端电平下降到显然，输入信号的下降沿作用后，清零端电平下降到1.4V1.4V左右的时间左右的时间长度与脉冲宽度有关，脉冲宽度长度与脉冲宽度有关，脉冲宽度放放= W1C= W1C，调节，调节W1W1可以改变形成脉冲可以改变形成脉冲的宽度。调节的宽度。调节W1W1使脉冲形成电路上下两支脉冲的宽度分别小于使脉冲形成电路上下两支脉冲的宽度分别小于T1/2T1/2（T1=1/f1T1=1/f1），保证两路脉冲叠加后不混叠，但也不能使脉宽过窄，因），保证两路脉冲叠加后不混叠，但也不能使脉宽过窄，因为形成脉冲的宽度将影响低通滤波器输出幅度的幅度。为形成脉冲的宽度将影响低通滤波器输出幅度

30、的幅度。 QQ六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : 微分、整流、展宽电路组成与工作原理微分、整流、展宽电路组成与工作原理 （3）2FSK信号的解调方案（非相干）信号的解调方案（非相干） 低通滤波器电路与工作原理低通滤波器电路与工作原理 为了获得良好的幅频特性，脉冲展宽电路输出端所接的低通滤波器的带外衰减应为了获得良好的幅频特性，脉冲展宽电路输出端所接的低通滤波器的带外衰减应很快，达很快，达40dB40dB/ /十倍频程。实验中要求采用巴特沃斯低通滤波器，其电路如图所示。十倍频程。实验中要求采用巴特沃斯低通滤波器，其电路如图所示。图中所示的低通滤

31、波器为二阶有源图中所示的低通滤波器为二阶有源低通滤波器。能提供低通滤波器。能提供40dB/40dB/十倍频程十倍频程衰减量，由截止频率公式：衰减量，由截止频率公式：121221R R C C可知：可知：六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : （3）2FSK信号的解调方案（非相干）信号的解调方案（非相干）R131.0kR1410kKey=C10 %V85 V U1B7404NU1C7404NIO4IO5 取样判决器电路组成与工作原理取样判决器电路组成与工作原理 在在2FSK2FSK过零检测解调系统中，构成取样判决器的简单电路如图所示；过零检测解调系

32、统中，构成取样判决器的简单电路如图所示；图中一个电阻、一个电位器与图中一个电阻、一个电位器与 两个反相器组成码再生电路。它可将低通滤两个反相器组成码再生电路。它可将低通滤波器输出的模拟基带信号转换为数字信号，以便和原始的发送码对应。波器输出的模拟基带信号转换为数字信号，以便和原始的发送码对应。六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : （3）2FSK信号的解调方案（非相干）信号的解调方案（非相干） 电压比较器电路组成与工作原理电压比较器电路组成与工作原理六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : 电压比较器

33、是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，所谓电压比电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中，所谓电压比较器就是将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，较器就是将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 在本实验系统，电压比较器的主要任在本实验系统，电压比较器的主要任务是将低通滤波器输出的数字基带信

34、号进务是将低通滤波器输出的数字基带信号进行零电平判决与实现波形的变换，使之成行零电平判决与实现波形的变换，使之成为规则的矩形波。其基本电路构成如图所为规则的矩形波。其基本电路构成如图所示：示：它由通用电压比较器芯片它由通用电压比较器芯片LM311LM311构成，其反构成，其反相输入端接分压电位器的中心抽头，以取相输入端接分压电位器的中心抽头，以取得参考电压得参考电压VbVb；当输入信号电压当输入信号电压ViViVbVb 输出为输出为1 1当输入信号电压当输入信号电压ViViVbVb 输出为输出为0 0 （3）2FSK信号的解调方案（非相干）信号的解调方案（非相干）六、六、2FSK2FSK调制与

35、解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : 抽样判决器电路组成与工作原理抽样判决器电路组成与工作原理 过零检测电压比较器输出的信号，必须进行码再生电路（即抽样判决电路）才能过零检测电压比较器输出的信号，必须进行码再生电路（即抽样判决电路）才能恢复出和发送端相同的非归零码。在恢复出和发送端相同的非归零码。在2FSK通信系统中，抽样判决电路通常用触发器通信系统中，抽样判决电路通常用触发器对判决信号进行抽样再生，其基本电路如图所示：对判决信号进行抽样再生，其基本电路如图所示： 由图可见，该电路使用由图可见，该电路使用D触发器构成，其时钟信号是由码元定时电路恢复的与发触发器构成，其时钟信

36、号是由码元定时电路恢复的与发送端同频同相的位同步信号。送端同频同相的位同步信号。 （3）2FSK信号的解调方案（相干）信号的解调方案（相干） 抽样判决器的功用是：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻抽样判决器的功用是：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。再生基带信号。U1LM311DB/STBVS+BALVS-23487561R13kR21.0kR327kV15 V V25 V 限幅入限幅出C110F 限幅器电路组成与工作原理限幅器电路组成与工作

37、原理 限幅放大器是为了把输入信号变换成方波以获取过零点的信息，这里采用通用的电压比较器LM311实现。其电路组成入图所示；六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: :六、六、2FSK2FSK调制与解调电路设计方案的说明调制与解调电路设计方案的说明: : 2FSK调制与解调系统的电路组成原理框图调制与解调系统的电路组成原理框图SC1载波与定时脉冲载波与定时脉冲1K8KHZ4KHZSC215位位M序列序列CPNRZCP2SC3FSK调制器调制器F1F2XMINFSKSC5脉冲形成电路脉冲形成电路IO1IO2SC6低通电路低通电路TP3TP4SC8取样判决器

38、取样判决器取样入 解调出2SC1载波与定时脉冲载波与定时脉冲1K8KHZ4KHZSC215位位M序列序列CPNRZCP2SC3FSK调制器调制器F1F2XMINFSKSC5脉冲形成电路脉冲形成电路IO1IO2SC6低通电路低通电路TP3TP4SC4比较器比较器比较器入比较器出SC7抽样判决器抽样判决器位同步入判决入解调出方案1: 过零检测电路组成（非相干）方案2： 过零检测电路组成（相干）六、六、2FSK2FSK调制与解调方案的说明调制与解调方案的说明: :(4)(4)、用锁相环实现、用锁相环实现2FS2FS信号解调（相干）信号解调（相干） 二进制移频键控信号也可以采用模拟锁相环制作二进制移频

39、键控信号也可以采用模拟锁相环制作2FSK2FSK解调器。解调器。FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。 FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，电路组成原理框图如图所示； 只要在设计锁相环时，使它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那么在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。锁相环基本原理锁相环基本原理 许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目

40、的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLLPLL）。）。 锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定

41、的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。就是锁相环名称的由来。锁相环的基本组成锁相环的基本组成 锁相环通常由鉴相器（锁相环通常由鉴相器（PDPD）、环路滤波器（）、环路滤波器（LFLF）和压控振荡器（）和压控振荡器（VCOVCO）三）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图所示。部分组成，锁相环组成的原理框图如图所示。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，

42、该信号经出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。施控制。 鉴相鉴相器的组成与工作原理器的组成与工作原理 锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，其电路模型如图成，其电路模型如图2.22.2所示所示 鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为： sinimiiu tUtt cosoomooutUtt式中的0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路

43、的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压uD为：sin( )cos( )DmomiiooUKU Utttt11sin() cos()sin() cos()22DmomiioomomiiooUKUUttttKUUtttt 用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压Uc(t),即Uc(t)为：1( )sin( ) ( )2cmomiiooU tKU Uttttsin ( )( )dmioioUtttt( )it( )ot式中的i为输入信号的瞬时振荡角频率， 分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：和( )( )dot

44、t dt则，瞬时相位差dd为( )( )dioiotttt( )( )dttdt对两边求微分，可得频差的关系式为() ( )( )dioioddttdttdtdtdt( )cU t 上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态， 为恒定值 ( )cUt当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出信号的频率不等， 随时间而变化 压控振荡器是一个电压-频率变换器, 在锁相环路中作为被控振荡器, 压控振荡器的输出信号频率o(t)受输入控制电压uc(t)控制，使振荡频率o(t)向参考频率靠近，使两者的频差频率越来越低，直至两者的频率相同、保持一个恒定的剩余相差。它的振荡频率应随输入控制电压uc(t)线性地变化，即： o(t)=o+kduc(t) 式中，o(t)是VCO 的瞬时角频率, kd是线性特性斜率, 又称为VCO 的控制灵敏度或增益系数，表示单位控制电压可使VCO 角