射频电路大作业

1、射频电路基础大作业目录第一部分 基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析1、单端输出的差分对放大器及其基本参数-12、线性时变电路调幅-43、差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性-64、双端输出的差分对放大器-135、总结-166、参考资料-16第二部分 数字调制与解调的集成器件1、概述-172、振幅键控调制（ASK）-173、频移键控调制（FSK）-184、针对窄带系统的单片射频发射器CC1070简介及应用-20 1）概述-202）特性-203）封装引脚-214）典型应用-225、总结-226、参考资料-22第一部分基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析摘 要本

2、文主要介绍了利用PSpice电路仿真软件，实现振幅调制的过程，以及对电路性能的分析。主要完成了四个部分：测算单端输出的差分对放大器的基本参数；实现线性时变电路调幅；测量差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性；实现双端输出的差分对放大器。关键词：振幅调制 差动放大器 PSpice 仿真基于PSpice仿真的振幅调制电路设计与性能分析仿真任务1、选择合适的调制信号和载波的振幅、频率，通过理论计算分析，正确选择晶体管、电阻、电容和电感，搭建单端输出的差分对放大器，实现差模输入和恒定电流源下的工作，根据输入电压电流和输出电压波形计算放大器的基本参数，包括电压放大倍数和差模输入电阻。2、用载波

3、作为差模输入电压，调制信号作为电流源控制电压，调整二者振幅，实现基本无失真的线性时变电路调幅，观察记录电路参数、调整过程，以及调制信号、载波和已调波的波形和频谱。3、改变载波振幅，分别使差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区，观察记录电路参数、已调波的波形和频谱。4、参考课本例，修改电路为双端输出，对比研究平衡对消技术在该电路中的应用和效果。一、单端输出的差分对放大器及其基本参数差分对放大器的基本结构参考课本140页图。选取参数：UDD=8V, UEE=-8VL=1.3H, C=800pF, Re=2k输入信号：Ucm=0.1V, f=5MHz恒流源: I=20mA单端输入的差分对放大器如

4、下图所示：仿真结果：输入电压的波形和频谱：测量结果：输入电压为99.194mV输入电流的波形和频谱：测量结果：输入电流为206.278uA输出电压的波形和频谱：测量结果：输出电压为7.6382V综合上面三次测量结果Uim=99.194mVIim=206.278AUom=7.6382V可以计算电压放大倍数和差模输入电阻分别为Ad=UomUim=77.0Ri=UimIim=480.9二、线性时变电路调幅单端输出的差分对放大器调幅(a) 原理电路； (b) 转移特性用载波作为差模输入电压，调制信号作为电流源控制电压，线路图如下：参数选择：UDD=8V, UEE=-8VL=1H, C=1000pF,

5、Re=RE=2k 载波：Ucm=0.1V, f=5MHz调制信号：Um=2V, f=100kHz, Uoffset=-3V仿真结果：载波波形调制信号波形已调波波形已调波的频谱三、差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性改变载波振幅，分别使差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区，观察记录电路参数、已调波的波形和频谱。如图所示，和的集电极电流和与和之间的关系符合双曲正切函数。根据差分对放大器的电流方程，有：其中，为热电压。对电流源进行分析可得到：代入得：其中：以下分三种情况讨论中的双曲正切函数：（1）当时，差动放大器工作在线性区，双曲正切函数近似为其自变量：（2）当时，差动放大器工作在

6、开关状态，双曲正切函数的取值为1或-1，即：其中称为双向开关函数。（3）当的取值介于情况（1）和情况（2）之间时，差动放大器工作在非线性区，双曲正切函数可以展开成傅里叶级数：情况（1）下，中包含频率为的载频分量和上下边频分量，情况（2）和情况（3）下，中包含频率为（其中）的载频分量和上下边频分量。无论哪种情况都可以滤波输出普通调幅信号。根据以上理论，构建线路图如下：调整载波振幅，分别使差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区。1.线性区令Ucm=10mV<UT=26mV，仿真结果如下：输出电流Ic输出电压Uo输出电压Uo频谱2.非线性区令Ucm=50mV, UT<Ucm<4

7、UT，仿真结果如下：输出电流Ic输出电压Uo输出电压Uo频谱3.开关区令Ucm=150mV>4UT=104mV，仿真结果如下：输出电流Ic输出电压Uo输出电压Uo频谱静态时变电流和时变电导I0t=UEE-Ubeon2RE(1+thuc2UT)gt=12RE(1+thuc2UT)1. 线性区：Ucm=10mV<UT=26mV静态时变电流时变电导2. 非线性区：Ucm=50mV, UT<Ucm<4UT静态时变电流时变电导3. 开关区：Ucm=150mV>4UT=104mV 静态时变电流时变电导四、双端输出的差分对放大器双端输出的差分对放大器原理图如右图所示。调整参数：

8、UDD=8V, UEE=-8VL=1H, C=986pF, Re=RE=2k载波：Ucm=10mV, f=5MHz调制信号：Um=2V, f=100kHz,Uoffset=-3V仿真线路为：根据差分对放大器的电流方程，晶体管和的集电极电流分别为其中晶体管提供电流源电流：由各个电流成分在电路中的分布得输出电流:将在LC并联谐振回路上产生输出电压，而和各自的在LC回路中流向相反，产生的电压反向抵消，实现平衡对消，在中去除了载频分量。当时，有：其中包括频率为的上、下边频分量，对其滤波输出双边带调幅信号；当条件不满足时，包含的谐波分量，和相乘后频谱分布在附近，如果滤波输出，则将使双边带调幅信号发生非线

9、性失真。仿真结果：输出波形输出信号频谱从频谱上可看出，该输出信号是一双边带调幅信号。频谱中去除了载频分量，只保留了上、下边频分量，且上下边频分量大小相等。五、总结本次仿真实验借助OrCAD10.5软件（PSpice），对用差分对放大器实现振幅调制进行了仿真，并测算单端输出的差分对放大器的基本参数，测量了差动放大器工作在线性区、开关状态和非线性区的特性，最后实现了双端输出的差分对放大器。这次仿真实验使我对振幅调制和计算机电路仿真有了更深刻的理解。六、参考资料【1】赵建勋，陆曼如，邓军，射频电路基础，西安电子科技大学出版，2010年9月【2】孙肖子，张企民，赵建勋等，模拟电子电路及技术基础（第二版

10、），西安电子科技大学出版社，2008年1月【3】楼顺天，姚若玉，沈俊霞，MATLAB 7.x程序设计语言（第二版），西安电子科技大学出版社，2007年8月第二部分 数字调制与解调的集成器件一、概述数字频带传输中， 载波可以由正弦波振荡器产生， 包括振幅、 频率和相位三个基本参数。数字调制可以对这三个参数进行， 分别实现振幅键控（ASK）调制、 频移键控（FSK）调制和相移键控（PSK）调制。 数字基带信号的码元一般是二进制码元， 对应的调制称为二进制调制， 生成的已调波有两种离散状态。在二进制码元的基础上，为了获得多进制码元， 发射机在调制前增加了2-M电平转换电路， 将二进制数字代码序列转换

11、成多进制数字基带信号，接收机解调后，再通过M-2电平转换电路将多进制数字基带信号转换回二进制数字代码序列。如果将每N位二进制码元编为一组进行电平转换，则每个多进制码元有M=2N种取值，当N=2，3，4， 时分别实现四进制调制、八进制调制、十六进制调制等。本文主要介绍振幅键控（ASK）调制、频移键控（FSK）调制和采用这两种调制方式工作的射频芯片CC1070。二、振幅键控调制（ASK）振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息 “0”和“1”的振幅键控成为二进制振幅键控（BASK）。最为常用的是一种称为 通-断键控(OO

12、K)的方式，其表达式为其波形为：uBASK的波形BASK的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法，如下图所示。(a)模拟调制法（乘法器） (b)键控法BASK信号的解调通常有两种：包络检波法和相干解调法，原理如下图。包络检波法相干解调法三、频移键控调制（FSK）二进制数字基带信号作为调制信号， 对载波实现频率调制， 已调波用两种不同的频率体现调制信号信息， 称为二进制频移键控（BFSK）调制， 其逆过程称为BFSK解调。BFSK信号的表达式为其中， 为相对于载频c的频偏。 uBFSK的波形如图所示， 分为相位连续和相位不连续两种情况。uBFSK的波形(a)相位连续； (b)相位不连续BFSK信

13、号uBFSK可以通过直接调频电路如压控振荡器（VCO）实现， 如图8.2.3(a)所示。不加控制电压时， VCO的振荡频率为载频c， 前级电路将基带信号uB转换成双极性控制电压u， u的振幅Um与VCO的调频比例常数kf决定了频偏， 即=kfUm。 当Ak=1时，u=Um， VCO的振荡频率为c+； 当Ak=0时，u=Um，VCO的振荡频率为c。这种实现方法产生相位连续的uBFSK， 但是频率稳定度较差， 存在过渡频率， 频率转换速率不能太高。 uBFSK也可以用频率键控实现， 即用uB控制的电子开关实现， 当Ak=1时接通输出电压为Usm cos(c+）t的振荡器， 当Ak=0时接通输出电压

14、为Usmcos(c）t 的振荡器， 如图8.2.3(b)所示。 这种方法的优点是频率稳定度较好， 没有过渡频率， 频率转换速率可以做得很高， 但是频率转换时， 两个振荡器的输出电压不一定相等， 所以产生的uBFSK的相位一般不连续。BFSK信号的解调可由两种方法实现：相干接收法和包络检波法。原理图如下。相干接收法包络检波法四、针对窄带系统的单片射频发射器CC1070简介及应用1. 概述CC1070是一款针对低压和低功耗应用的单片超高频发射器，主要应用于工业、科学、医学领域。它也可应用于频带在402、424、426、429、433、447、449、469、868和915MHz的短距设备，尽管如此

15、，它可以在多通道操作中在其他频段（402-470MHz和804-940MHz）工作。CC1070是专门为窄带系统（频宽为12.5或25MHz）设计的，遵守ARIB STD T-67和EN 300 220标准。CC1070的主控参数通过串行总线的通信，这是CC1070成为一款用途广泛且易于使用的射频发射器。在其典型应用中，CC1070通常与微处理器和少量无源元件一同工作。2. 特性l 单片超高频发射器；l 频带：402-470MHz和804-940MHzl 可变的输出信号；l 超低的供电（2.3-3.6V）l 仅需要很少的外部元件；l 体积小（GFN20封装）；l 无铅封装；l 数据速率可达15

16、3.6kBaud；l OOK，FSK和GFSK数据调制；l 片内含VCO；l 可编程的频率，实现无需TCXO的晶体温漂补偿；l 适用于跳频系统；l 适用于遵守EN 300 220, FCC CFR47 part 15 and ARIB STD T-67标准的系统l 开发套装l 易用的CC1070配置信息产生软件l 多种应用：u 窄带低功耗超高频无线数据发射器；u 402、424、426、429、433、447、449、469、868或915MHz ISM/SRD带宽系统；u 胎压监视系统；u 自动读表系统。3.封装引脚引脚图引脚信息表序号号管脚名类型具体内容-AGND地（模拟）必须被焊接到地1

17、PCLK数字输入针对SPI设置界面的编程时钟2DI数字输入发射模式下的数据输入3PDI数字输入SPI设置界面的变成数据输入4PDO数字输出SPI设置界面的变成数据输出5DVDD电源（数字）数字模式和数字I/O的电源（典型为3V）6DCLK数字输出发射数据的时钟7LOCK数字输出PLL锁定指示，低电平有效。输出当PLL锁定时有效。此脚也可作数据输出。8XOSC_Q1模拟输入晶振或外部时钟信号9XOSC_Q2模拟输出晶振10AVDD电源（模拟）晶振和偏压的电源（典型为3V）11R_BIAS模拟输出连接外部校准偏置电阻（82 k，±1%）12RF_OUT射频输出送至天线的射频输出信号13A

18、VDD电源（模拟）LO缓冲器、预定标器和一级功放的电源14PA_EN数字输出数字输出，可用于控制外部功放15AVDD电源（模拟）压控振荡器的电源（典型为3V）16VC模拟输入来自外部环路滤波器的VCO控制电压输入17AVDD电源（模拟）电荷泵和鉴相器的电源（典型为3V）18CHP_OUT模拟输出至环路滤波器的PLL电荷泵输出19DVDD电源（数字）数字调制的电源接点（典型为3V）20PSEL数字输入设置界面的编程片选择，低电平有效。内置上拉电阻4.典型应用注：L2，C2和C3用于将发射器匹配至50。校准电阻R1用于精确设置偏置电流。环路滤波器由电阻R2、R3与电容C6、C7和C8组成。C7、C8在环路带宽较高时可忽略。带有两个负载电容（C4、C5）的外部晶体用作晶体振荡器。外部部件可在某些应用场合提高性能。电源去耦和滤波是必需的（未在图中显示），去耦电容和电源滤波器的排列和大小，对获得在窄带应用中最优的表现至关重要。五、总结本文主要介绍了振幅键控（ASK）调制、频移键控（FSK）调制以及射频芯片CC1070的基本情况和典型应用。CC