同步解调器的设计与实现

唐山学院高频电子线路课程设计题目同步解调器的设计与实现系(部)信息工程系班级11通信2班姓名学号指导教师2013年7月8日至7月12日共1周高频电子线路课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：同步解调器的设计与实现内容及要求：1．原理分析及电路图设计2．用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试(1)叠加型同步检波器对DSB、SSB信号进行检波的分析；(2)输入调幅波m不同时叠加型同步检波器检波分析；(3)乘积型同步检波器对DSB、SSB信号进行检波的分析；(4)输入调幅波m不同时乘积型同步检波器检波分析；(5)检波器电压传输系数计算。二、设计原始资料模拟电子线路、高频电子线路；软件Multisim10；计算机一台三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）设计说明书1份，不少于2000字，应包含大信号包络检波器原理、设计电路、相关软件Multisim10介绍、仿真电路、仿真波形分析。四、进程安排7月8号课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使用软件7月9号电路图理论设计7月10号仿真分析7月11号整理、撰写说明书7月12号进行测试或答辩五、主要参考资料[1]曾兴文、刘乃安、陈健．高频电子线路．北京：高等教育出版社，2007[2]张肃文等．高频电子线路（第四版）．北京：高等教育出版社，2004[3]聂典等．Multisim10计算机仿真．北京：电子工业出版社，2010指导教师（签名）：教研室主任（签名）：课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定指导教师签名：年月日高频电子线路课程设计PAGE17高频电子线路课程设计目录TOC\o"1-3"\h\u24429前言 197381同步解调器设计原理 2127761.1乘积型同步检波器设计原理 2208931.2叠加型同步检波器设计原理 3167062同步解调电路设计 6317322.1DSB信号乘积型同步检波电路图 633712.2SSB信号乘积型同步检波电路图 6151262.3DSB信号叠加型同步检波电路图 7236352.4SSB信号叠加型同步检波电路图 7185733同步解调器电路的仿真 8248923.1软件技术简介 8224133.2电路的仿真 959984同步解调器电路实现与分析 12277034.1乘积型解调器电路实现与分析 12270854.1.1DSB电路的实现与分析 1229864.1.2SSB电路的实现与分析 13273694.2叠加型解调器电路实现与分析 141484.2.1DSB电路的实现与分析 14244574.2.2SSB电路的实现与分析 15297545总结 1611563参考文献 17

前言调制和解调技术是信息传递技术的关键。解调也称作检波，就是从接收端最大程度不失真的恢复出有用的信息。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。从调幅波中恢复调制信号的电路，也可称为幅度解调器。与调制器一样，检波器必须使用非线性元件，因而通常含有二极管或非线性放大器。通常，振幅解调的方法有包络检波和同步检波两种。同步检波器是解调技术的一个重要分支。同步检波，又称相干检波，它利用与已调幅波的载波（同频，同向)与已调幅波相乘（相加），再利用低通滤波器滤除高频分量，从而得到调制信号。本文详细介绍了乘积型相干解调和叠加型相干解调两种方法。给出了基于Multisim软件的调制和解调仿真结果。

1同步解调器设计原理同步检波器主要用于DSB和SSB信号进行解调。它的特点是必须外加一个与载波同频同相的恢复载波信号。其原理方框图如图1-1所示。外加载波信号电压加入同步检波器有两种方法：叠加型和乘积型。调制信号低通滤波器检波器已调振幅信号 调制信号低通滤波器检波器 插入载波信号图1-1同步检波器原理方框图1.1乘积型同步检波器设计原理乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与接收信号相乘，用低通滤波器将低频信号提取出来（原理框图如图1-2所示）。在这种检波器中，要求恢复载波与发端的载波同频同相。如果其频率或相位有一定的偏差．将会使恢复出来的调制信号产生失真。低通滤波器调制信号器乘法器已调信号 低通滤波器调制信号器乘法器插入载波信号图1-2乘积型同步检波器原理方框图设输入普通调幅信号为(1-1)乘法器另一输入同步信号为(1-2)则乘法器输出为:其中是乘法器增益。可见,输出信号中含有直流,,,几个频率分量。用低通滤波器取出直流和分量,再去掉直流分量,就可恢复原调制信号。如果同步信号与发射端载波同频不同相,有一相位差,即,则乘法器输出中的分量为。若是一常数,即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定,则解调出来的分量仍与原调制信号成正比,只不过振幅有所减小。当然，否则,分量也就为零了。若是随时间变化的,即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定,则解调出来的分量就不能正确反映调制信号了。设载波为，单频调制信号为，则双边带调幅信号为：(1-3)其中为比例系数。可见双边带调幅信号中仅包含两个边频,无载频分量,其频带宽度仍为调制信号带宽的两倍。由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号,所以包络检波法不适用,而同步检波是进行双边带调幅信号解调的主要方法。与普通调幅信号同步检波不同之处在于,乘法器输出频率分量有所减少。用低通滤波器取出低频分量,即可实现解调。1.2叠加型同步检波器设计原理将输入信号与同步信号叠加后，合成包络反映调制信号变化的普通调幅信号，再利用包络检波器实现解调，原理电路如图2-3所示。调制信号器包络检波器加法器已调信号调制信号器包络检波器加法器插入载波信号图1-3叠加型同步检波器原理方框图若，当为双边带信号时，合成电压为：(1-4）只要满足，，合成信号即为不失真的AM调幅信号，利用包络检波器可以解调出所需要的音频信号。当为单边带信号时，合成电压为：（1-5)式中：合成信号的包络和相角均受到调制信号的控制，不能不失真地反映原调制信号的变化规律。所以，一般情况下，由包络检波器构成的叠加型同步检波器不能对单边带信号实现线性解调。将改写为(1-6）假若满足一定的条件，失真可以减小到允许值若满足，上式可以简化为 （1-7）进一步忽略上式中的三次方及其以上的各项，经三角变换后可得 （1-8）将角频率为和分量的振幅之比定义为二次谐波失真系数，用表示，其值为若要求则要求所以当采用包络检波器构成同步检波电路用以解调单边带信号时，为将限制在允许的范围内，必须要求同步信号有足够大的振幅。

2同步解调电路设计2.1DSB信号乘积型同步检波电路图输入信号为DSB信号，将DSB信号与其载波信号同时输入到乘法器中，输出的信号经过低通滤波器输出应为原始载波信号。图2-1DSB信号乘积型同步检波器电路图2.2SSB信号乘积型同步检波电路图SSB信号由DSB信号滤波得到，滤波部分电路采用带有反馈的有缘带通滤波器。得到的SSB信号与恢复信号输入乘法器，在经过低通滤波得到原始载波信号。图2-2SSB信号乘积型同步检波器电路图2.3DSB信号叠加型同步检波电路图叠加型同步检波是将DSB插入恢复载波,使之成为或近似为AM信号,再利用包络检波器将调制信号恢复出来。在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，只需要将直流分量去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB）。DSB调制由两个同步的正弦波经乘法器得到。图2-3DSB信号叠加型同步检波器电路图2.4SSB信号叠加型同步检波电路图SSB信号是将双边带信号滤除或抵消一个边带形成的。由DSB信号得到SSB信号的方法主要有两种：滤波法和移相法。鉴于电路及信号的稳定性，我采用滤波法。包络检波部分由电阻和电容正确组合，调试数据得到正确波形即可。图2-4SSB信号叠加型同步检波器电路图

3同步解调器电路的仿真3.1软件技术简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。目前在各高校教学中普遍使用Multisim10.0，网上最为普遍的是Multisim10.0，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NIMultisimv10作为其中一个组成部分包含于其中。Multisim仿真软件有着自己鲜明的特点：1.可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；2.所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上;3.所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。而Multisim10.0的特点：1.直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；2.丰富的元器件：提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。3.强大的仿真能力：以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronicworkbench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。4.丰富的测试仪器：提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量5.完备的分析手段：Multisim提供了许多分析功能：它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。集成LabVIEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能；6.完善的后处理：对分析结果进行的数学运算操作类型包括算术运算、三角运算、指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等；7.详细的报告：能够呈现材料清单、元件详细报告、网络报表、原理图统计报告、多余门电路报告、模型数据报告、交叉报表7种报告；8.兼容性好的信息转换：提供了转换原理图和仿真数据到其他程序的方法，可以输出原理图到PCB布线（如Ultiboard、OrCAD、PADSLayout2005、P-CAD和Protel）；输出仿真结果到MathCAD、Excel或LabVIEW；输出网络表文件；向前和返回注；提供InternetDesignSharing（互联网共享文件）3.2电路的仿真1.乘积型电路的设计(1)DSB电路图3-5乘积型DSB仿真电路图(2)SSB电路图3-6乘积型SSB仿真电路图2.叠加型电路的设计（1）DSB电路图3-6叠加型DSB仿真电路图（2）SSB电路图3-5叠加型SSB仿真电路图4同步解调器电路实现与分析4.1乘积型解调器电路实现与分析4.1.1DSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号如图4-1所示：图4-1DSB信号波形DSB信号与本地载波信号经乘法器后再经过低通滤波器实现检波：图4-2DSB信号解调后输出信号波形4.1.2SSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号经过滤波后产生的SSB信号：图4-3SSB信号波形SSB信号与本地载波经乘法器后再经过低通滤波器实现检波产生的信号：图4-4SSB信号解调后输出信号波形4.2叠加型解调器电路实现与分析4.2.1DSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号如图4-5所示图4-5DSB信号经叠加型电路检波后的信号如图4-6所示：图4-6DSB信号解调后输出信号波形4.2.2SSB电路的实现与分析由调制信号和载波信号经过乘法器实现的DSB信号经过滤波后产生的SSB信号：图4-7SSB信号SSB信号与本地载波经加法器后再经过包络检波器实现检波产生的信号：图4-8SSB信号解调输出信号波形5总结此次课程设计，加深与巩固了我们所学的专业基础课程，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力，还给了我们将理论运用于实践的机会；另一方面，培养了我们对专业知识