2ASK调制器的设计——徐萌

1、北京化工大学信息科学与技术学院北京化工大学2011 2012学年第一学期现代通信技术期末考试试卷题目：2ASK调制器设计班级 ： 信工0802 姓名 ： 徐 萌 学 号 ： 200843143 指导老师 ： 聂 伟 分数 ： 2012年11月25日目录摘要1第1章方案设计22ASK调制电路总体方案2第2章硬件设计42.1LC振荡器42.2载波缓冲放大器62.3模拟双向开关调制器8第3章系统测试103.1LC振荡器的仿真103.2载波缓冲放大器的仿真11总结12附录12ASK调制器总体电路图13II北京化工大学信息科学与技术学院摘要在数字通信系统中，由于数字信号具有丰富的低频成分，不宜进行无线传

2、输或长距离电缆传输，因而同模拟调制一样，需要将基带信号进行高频正弦调制，即数字调制（Digital Modulation）。本设计设计的是一款2ASK调制电路，调制部分以MC74HC4066D键控开关为核心，实现了2ASK键控法调制；调制载波频率=500kHz，频率误差小于1.5kHz，频率稳定度优于，载波幅度1V，数字基带信号（测试信号）频率F=1kHz。关键词2ASK；调制第13页共13页第1章方案设计数字调制与模拟调制在本质上无多大区别，都属于正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制是调制信号为模拟型的正弦波调制，因而数字调制具有自身的特点，并且对数字调制系统

3、的技术要求也与模拟调制系统不同。一般说来，数字调制技术可分为两种类型：一是利用模拟方法实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；二是利用数字信号的离散取值特点去键控载波，从而实现数字调制。后一种方法通常称为键控法。比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）及移相键控（PSK）等调制方式。2ASK调制电路总体方案调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出。有载波输出时表示“1”，无载波输出时表示

4、发送“0”。2ASK信号可表示为（1-1）式中，为载波角频率，是（他）为单极性NRZ矩形脉冲序列（1-2）其中，g(t)是持续时间为、高度为的矩形脉冲，常称为门函数；为二进制数字，当，出现概率为P；当，出现概率为（1-P）。2ASK信号的产生方法（调制方法）有两种，如图1-1所示。图a)一般的模拟幅度调制方法，不过这里的b(t)由公式（1-1）规定；图b)是一种键控方法，这里的开关电路受b(t)控制。二进制幅度键控信号，由于一个信号状态始终为0，相当于处于断开状态，故又称为通断键控信号（OOK信号）。载波发生器用b(t)控制电路开关电路S2ASK(t)KcosctS2ASK(t)(b)a）b）

5、图1-12ASK信号的产生方法基于成本考虑，本设计调制部分选用键控法实现，总体设计方案如图1-2所示。LC振荡器模拟双向开关2ASK信号缓冲放大器载波缓冲放大器数字基带信号b(t)输出图1-22ASK键控法调制框图模拟双向开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。LC振荡器简单的说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。它能够完成从直流电能到交流电能的转化。缓冲放大器的作用主要是提高负载能力和减少负载对信号源的影响，兼有增加抗

6、干扰能力。第2章硬件设计2ASK调制电路设计调幅电路又称幅度调制电路，是指高频载波信号的幅度随调制信号的规律而变化的调制电路。幅度调制电路有多种电路形式，其中晶体管调制电路是利用晶体二极管、三极管的非线性特性，对输入的信号进行变换而产生新的信号，再利用电路中的LC谐振回路，选出所需的信号成分，从而完成调幅过程。本设计是用集电极调幅电路它是利用三极管的非线性特性实现调幅的。它具有较高的工作效率、调制度深等优点。调制器总体电路见附录1，下面分别介绍各单元电路的设计过程。2.1 LC振荡器1电路结构及工作原理LC正弦振荡器是以LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器，采用正反馈连接方式实现等幅正弦振荡

7、。本设计中，LC振荡器的作用是产生频率为500kHz、输出幅度大于1V的载波，其电路原理图如图2-1所示。图2-1LC正弦波振荡器电路图在原理图中、和构成并联谐振回路；、和是稳定三极管静态工作点；其中、也是分压式偏置电阻；为基极耦合电容。三极管发射极通过交流接地。2参数计算与元件选择对电路性能的要求可以归纳以下三点：(1)保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具有某一固定频率的正弦波输出。(2)振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的振荡。(3)当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受到破坏。LC振荡器工作点的选择原则为：在保证起振的条件下，静态工作点电流应尽量小。在本电路中，采用分压式偏置电路

8、，上、下偏置电阻分别为33k和5.1k，发射极偏置电阻为1k，0.9mA.扼流圈Lc选为10mH,集电极电阻为1k，其作用可防止扼流圈与电容形成振荡。振荡回路元件参数的计算较为复杂，下面给予详细讨论。首先，振荡频率（2-1）式中，C为C、C和C串联后的总电容值，满足式。本设计中，kHz。其次，振荡回路特性阻抗为(2-2)考虑到电感地自损耗电阻约为零点几至几欧姆，而回路空载品质因数不宜过低，可选的取值也不能太大，否则，回路地又载品质因数太校，不利于振荡和提高频率稳定度。又上述分析，可得下列二式：Hz(2-3)(2-4)由上述二式可得H，实际取值为H。(2-5)pF(2-6)而C为C、C和C串联后

9、的总电容值，从减少三极管和负载对振荡回路的影响的角度考虑，可选：接入系数,可得pF，实际取值为pF。反馈系数,可得pF，实际取值为pF。由，可得pF，实际取值1800pF。若振荡器频率的实际结果与期望值有误差，可通过调整电感和电容参数来消除。2.2载波缓冲放大器1电路结构及工作原理载波缓冲放大器将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。也就是基极分压偏置电路的共集放

10、大电路，信号从基极输入，发射极输出，原理图中为输入的耦合电容。共集放大电路是利用三极管的电流控制作用来实现，其实质上是一种能量转换器。三极管可以通过控制基极的电流来控制集电极的电流，来达到放大的目的。放大电路就是利用三极管的这种特性来组成放大电路。三极管2N3393必须工作在放大区。图2-2载波缓冲放大器2参数计算及元件选择缓冲放大器就是电压增益约为1倍,以高输入阻抗和低输出阻抗为特征的放大器,从低电压、且电路简单的理由出发,在此决定采用选三极管2N3393构成射极跟随器，作为振荡器输出缓冲放大器。根据图2-2，将的基极电位与发射极电位的中点设定为=6V这是由于从输入侧来看，希望基极电位为，而

11、从输出侧来看，发射极电位为，所以取其中间值。因此，如设为3V，则的基极电位与发射电位如下：V(2-7)V(2-8)的设定：射极跟随器上流过的电流通常选为100A 5mA如设为4000AAk，实际取值为1.0k。(2-9)和的设定：在输入阻抗方面，和越大越好，但太大，则不能略去的基极电流引起的的下降，所以通常选取几十千欧至几百千欧。根据这些条件，在此就取为=10k，=10k。的计算：是输入的耦合电容，如设低频截止频率为500kHz则pF。实际取20pF(2-10)缓冲放大器,选三极管2N3393构成射极跟随器作为振荡器输出缓冲放大器。2.3模拟双向开关调制器1模拟双向开关CD4066简介模拟双向

12、开关CD4066的引脚功能如下图2-4所示。每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时,开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时,导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现很高的阻抗,可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小,典型值为50dB。图2-4CD4066的引脚功能2CD4066电路设计图2-3模拟双向开关调制电路2.42ASK信号缓冲放大器1电路结构与工作原理2ASK信号缓冲放大器的电路原理图如图2-5所示。图2-52ASK信号缓冲

13、放大器电路2ASK输出缓冲放大器与上述载波缓冲放大器内似，也是采用共集放大电路，信号从基极输入，发射极输出，三极管可以通过控制基极的电流来控制集电极的电流，来达到放大的目的。放大电路就是利用三极管的这种特性来组成放大电路。极管2N3393必须工作在放大区。2参数计算与元件选择2ASK信号缓冲放大器的参数计算与载波缓冲放大器的参数计算相似。根据上图2-5将的基极电位与发射极电位的中点设定为=6V这是由于从输入侧来看，希望基极电位为，而从输出侧来看，发射极电位为，所以取其中间值。因此，如设为3V，则的基极电位与发射电位如下：V(2-11)V(2-12)的设定：射极跟随器上流过的电流通常选为100A 5mA如设为400AAk，实际取值为10k。(2-13)第3章系统测试2ASK调制电路仿真测试3.1LC振荡器的仿真1LC振荡器电路图（如图3-1所示）图3-1LC振荡器电路2LC振荡器的仿真波形（如图3-2所示）图3-2LC振荡器的仿真波形结果表明，该电路可以实现正弦波振荡，工作频率kHz，满足指标要求。3.2载波缓冲放大器的仿真1载波缓冲放大器的电路图（如图3-3所示）图3-3LC振荡器与载波缓冲放大器的电路2载波缓冲放大器的仿真波形（如图3-4所示）图3-4载波