高频地课程设计报告材料格式

1、课程设计报告课程名称：高频课程设计专 业：通信工程班 级：学 号：姓 名：指导教师：设计时间：2014年5月22日评定成绩：设计课题题目：2FSK无线收发机的设计一、设计任务与要求1. 设计制作一个2FSK无线收发机，实现数字基带信号的无线传输。2. 载频：fi=13555kHz、f2=13565kHz。3. 设计一个4位序列信号发生器，作为数字基带信号，传输速率为fs=1kbit/s4. 通信距离：5m。二、课题分析与方案选择2FSK信号波形图如2-1图所示，它是由调制信号去控制载波信号，用载波的频率来 传递数字信息，即用所传递的数字消息控制载波的频率。根据设计要求与相关技术指标，可拟定键控

2、法、模拟调制法等两种方案。方案一：键控法调制器选用图2-2所示方案，采用石英晶体振荡器构成两个不同频率的载波发生器，2FSK 信用模拟双向开关 CD4066实现开关1和开关2,最后用集成运放构成加法电路，最终 实现2FSK调制。解调器选用图2-3所示方案，以LC谐振回路实现带通滤波，然后 用两个模拟乘法器实现相干解调，最后用集成运放构成抽样判决器，实现号的解调图2-3 2FSK相干解调法原理框图方案二：模拟调制法采用图2-4、图2-5所示方案实现模拟调制解调，以高频锁相环NE564为主体，辅以适当外围元件即可实现。假如要构成适用的发射器与接收器，只需增加适宜的发射 功放与接收滤波、解调放大电路

3、即可。荃带信号一N凋频器 一洁寻图2-4 2FSK信号模拟调制法产生原理框图麗基带馆是图2-5 2FSK模拟解调法原理框图比照之下，模拟调制法会更经济实用、可靠，它具有低门限特性，可大大改善模拟 信号和数字信号的解调质量。而高频模拟锁相环NE564的最高工作频率可达到50MHz，采用+5V单电源供电，很适用于高速数字通信中2FSK、FM调频信号的调 制、解调，不需再外接复杂的滤波器。三、单元电路分析与设计1原理分析1.1.2FSK 介绍：数字频率调制又称频移键控FSK，二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是 用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符

4、号“T对应于载频fl，而符号“0对应于载频f2与fl不同的另一载频 的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。其表达式为：A COS( 1tn )A COS( 2t n )典型波形如如下图所示。由图可见,2FSK信号可以看作两个不同载频的 ASK信号的叠加。因此2FSK信号的时域表达式又可以写成:n) ang(t nTs)cos(nn)S2FSK(t) ang(t nTs)cos( itn1 0 110 0 1aks1(t)s2(t)C0S (w1 t+ 行 八、'''J、'> tcos (w2 t+ $ n)& ts1(t) cos(w1

5、t+ 0n)"XAzUts2 (t) cos (w2 t+ $ n)2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“ T来对应于载频f1，而“0用来对应于另一相载频 w2的已调波形， 而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进展选择通过。本次课程设计采用的是前面一种方法。如下原理图:2.1. NE564介绍高频模拟锁相环NE564是Philips Semiconductors公司（荷兰菲利浦公司的产品，同 类国产产品的型号有 XD564、L564等。NE564最高工作频率可达到50MHz，采用+5V 单电源供电，特

6、别适用于高速数字中FM调频信号与2FSK移频键控信号的调制、解调，而无需外接复杂的滤波器。NE564采用双极性工艺，其外部引脚图和内部组成框图分别如图3-1和图3-2所示。其中，A1为限幅器，可抑制FM调频信号的寄生调幅；相位比拟器鉴相器PD的内部含有限幅放大器，以提高对 AM调幅信号的抗干扰能力；外接电容 C3、C4组成低通滤波器，用来滤出比拟器输出的直流误差电压的纹波；改变引脚的输2入电流可改变环路增益；压控振荡器 VCO的内部接有固定电阻RR=100Q，只需 外接一个定时电容Ct就可产生振荡，振荡频率fv与Ct的关系曲线如图3-4所示。VCO有两个电压输出端，其中 VCO01输出TTL电

7、平，VCO02输出ECL电平。后置鉴相器由单位增益跨导放大器 A3和施密特触发器ST组成，其中，A3提供解调FSK信号时的补偿直流电平与用作线性解调 FM信号时的后置鉴相滤波器；ST的回差电压可通过引脚16外接直流电压进展调整，以消除输出信号TTL0的相位抖动V+1LGCPC1LPLPRF1BFGND116215314413NE564512611710TTL0HYSAN0FCLFCLVCO02V+2VCO01图3-1NE564的外部图3-2 NE564的内部组成框图由图3-1可知，NE564为双列直插16脚封装，各引脚的功能如表3-1所示表3-1 NE564引脚的功能引脚 编号英文缩写引脚功能

8、引脚 编号英文缩写引脚功能1V+1VCC，接 +5V9VCO01VCO 输出 1，TTL电平2LGC环路增益控制端，电流约为200uA10V+2VCC，接+5V3PC1鉴相器输入端，来自 分频器，占空比50%11VCO02VCO 输出 2，ECL电平4LF环路滤波引出端12FC1振荡频率设置电 容引出端5LF环路滤波引出端13FC1振荡频率设置电 容引出端6Rf1信号输入端，占空比50%14AN0模拟输出端用于调解输出7BF偏置滤波输入端15HYS延迟设置端设置门限值8GND地端16TTL0TTL电平输出端 调解输出CD4016为4个独立的双向模拟开关，控制输入端在输入高电平时模拟开关导通，低

9、 电平时截止。输入输出为双向，即可以由 IN/OUT到OUT/IN，也可以反过来，此 芯片广泛用于信号开关，削波，调制解调电路中。其引脚排列如3-3图所示。1 I/O1O/I2O/I2 I/O 2CTL 3CTLGND1142133124 CD 4016115106978VCC 1CTL 4 CTL4 I/O4 O/I3 O/I3 I/O图3-3 CD4016外部引脚图锁相环路的系统框图如图3-4所示，由鉴相器PD(Phase Detector)、环路滤波器LF(Loop Filter)和压控振荡器VCO组成的，其中LF为低通滤波器。/A玛(f)PDLFTO%图3-4锁相环的根本组成框图各局部

10、功能如下：1鉴相器PD：鉴相器是一个相位比拟器，完成对输入信号相位与VCO输出信号相位进展比拟，得误差相位© e(t)= © i(t)- © o(t)。2环路滤波器LF :环路滤波器(LF)是一个低通滤波器(LPF)，其作用是把鉴相器输 出电压ud(t)中的高频分量与干扰杂波抑制掉，得到纯正的控制信号电压uC(t)。3压控振荡器VCO :压控振荡器是一种电压-频率变换器，它的瞬时振荡频率3 o(t) 是用控制电压uC(t)控制振荡器得到，即用uC(t)控制VCO的振荡频率，使3 i与3 o 的相位不断减小，最后保持在某一预期值。当锁相环路处于“失锁状态时，ui(t

11、)和uo(t)进展相位比拟，由PD输出一个与相 位差成正比的误差电压ud(t)。ud(t)经LF滤波，取出其中缓慢变化的直流或低频电 压分量uC(t)作为控制电压。显然，uC(t)也将随着相位差的变动作相应变化。uC(t) 加到VCO上，从而控制VCO的振荡频率，使3 o不断改变，ui(t)和uo(t)的相位差 不断减小，直至锁相环路进入“锁定状态。利用锁相环VCO输出信号频率随输入信号大小而变化的特点，可将待传输调制信 码直接送入NE564的VCO输入端，从而可以实现2FSK调制。图3-5是NE564构成 的2FSK调制器电路。调制信码从双态信号控制 CD4016模拟开关13脚输入，NE56

12、4 的6脚电压在5V与1.42V之间转换即5V X R6/(R5+R6)=1.42V，经缓冲放大器 A1与相位比拟器PD中的放大器放大后，直接控制 VCO的输出频率。因此，9脚输 出的是2FSK信号。PD输出端不再接滤波电容，而是接电位器RP1，用于调整环路增益并可细调压控振荡器的固有频率fv，fv与Ct的关系如如下图所示。图3-6 fv与Ct的关系曲线C1是输入耦合电容，R1、C2组成差分放大器A1的输入偏置电路滤波器，可滤除调 制信码中的杂波。R2包含电位器RP2对引脚2提供输入电流12，可控制环路增 益和VCO锁定X围，R2与电流12的关系可表示为：Vcc 1.3VI 23-112般为2

13、00uA。调整时，可先设置12的初值位100uA，待环路锁定后再调节电位器RP2使环路增益和压控振荡器的锁定 X围达到最优值。R3是压控振荡器输出端必须接的上拉电阻，一般为几千欧姆，这里取2KQo R4是VCO输出ECL电平和鉴相器输入端之间的限流电阻，可取值 3KQo压控振荡器的固有振荡频率可表示为：fv2200Ct3-2假如已调2FSK信号中心频率fv=5MHz，如此Ct=90pF可取标称值82pF与8.2pF可调电容并联构成。假如调制信码的波特率为500kBaud,如此9脚输出2FSK信号频率X围为fo=5± 1MHz oNE564构成的2FSK解调器电路如图3-6所示。输入信

14、号vi的频率fi=5 ± 1MHz，调 制信码由“0、“T组成的方波的频率fo=500kHzo已调制信号直接送入NE564 的VCO输入端，与压控振荡器输出的5MHz9脚输出进展相位比拟，输出信号 经环路滤波后由A2放大，从16脚输出解调后的方波TTL电平。电阻R6和电位 器RP2用于调整施密特触发器的回差电压，可改善输出方波的波形。R7为上拉电阻， 增加R7的值亦可改善输出波形。45VM|:5M工汕曲#* *I I1H-TT1.i吃 i y 匚mgg nHYSOjOIuFT* "FLOOuF9Urikn】曲门鵝图3-7 NE564构成的2FSK解调电路由于输入信号的频率f

15、i=5 ± 1MHz，解调时必须使压控振荡器工作在46MHz并保证 NE564锁定，此时16脚输出才为高电平“ T;超出此X围失锁，如此16脚输出为 低电平“0。因此，压控振荡器的固有振荡频率 fv和捕捉带厶fv必须十分准确。由条件可得：压控振荡器的固有振荡频率 fv=5MHz， fv=fimax-fimin=2.0MHz 。由 式3-2得Ct=90pF，可取标称值82pF与8.2pF可调电容并联，以便准确调整固有振荡频率，使fv=5MHz。Q分别组成一阶低通滤波器，其截止角频率可用下式描述:RC3 3-3四、总原理图与元器件清单1 总原理图(1)、根据上述的原理，利用画图软件画出的

16、 2FSK调制的原理图如下:PCB图如下:B1吾ooooocnRll¥" w广齢ooooooooIln42 I§T 。gSfw根据上述的原理，利用画图软件画出的 2FSK解调的原理图如下:PCB图如下:2 元件清单：如下表格所示型号数量CD40161个0.47uF1个82PF2个NE5642个可变电容8.2PF2个O.luF1个O.OluF3个300PF2个1OOuF1个10uF1个Q1个Q1个10k Q可变电阻1个2k Q5个10k Q5个47k Q1个3k Q1个510 Q2个1k Q10个Q1个五、安装与调试1. 调试过程描述一般分静态调试与动态调试两大内容2. 实物照片六、性能测试与分析要围绕设计要求中的各项指标进展七、结论与心得在本次试验中，我认识到自己有很多的不足之处，首先是没有与时看教师的要 求更新，导致最后做板的时间紧迫，再者是自己的知识在这方面比拟匮乏，导致自 己在设计的时候，困难重重，相关芯片的功能不是很了解，需要自己通过查找芯片 手册才知道芯片的管脚与功能的实现。由于无线模块接触的不多，在设计时也没有 找到很有用的相关材料，导致在方面的设计不成功，此外，我的画图能力也不很好, 在画元器封装时困难多多。由此看来我还需要努力加强这些知识才行，