试验一 CPLD可编程数字信号发生器试验

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试验三抽样定理和PAM调制解调试验

一、试验目的

1、通过脉冲幅度调制试验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。

2、通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。

二、试验内容

1、观测模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观测它们之

间的相互关系及特点。

2、改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，屡屡观测波形。

三、试验器材

1、信号源模块一块2、①号模块一块3、20M双踪示波器一台4、连接线若干

四、试验原理

（一）基本原理1、抽样定理

抽样定理说明：一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m(t)，假使以T≤的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。

假定将信号m(t)和周期为T的冲激函数?T(t）相乘，如图3-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上m(t)的值，它表示对函数m(t)的抽样。若用ms(t)表示此抽样函数，则有：

1秒2fHms(t)?m(t)?T(t)

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图3-1抽样与恢复

假设m(t)、?T(t)和ms(t)的频谱分别为M(?)、?T(?)和Ms(?)。依照频率卷积定理，m(t)?T(t)的傅立叶变换是M(?)和?T(?)的卷积：

Ms(?)?1?M(?)??T(?)?2?2??由于?T??T(??n?s)?Tn????s?2?T?1??所以Ms(?)??M(?)???T(??n?s)?

T?n????由卷积关系，上式可写成

1?Ms(?)??M(??n?s)

Tn???该式说明，已抽样信号ms(t)的频谱Ms(?)是无穷多个间隔为ωs的M(?)相迭加而成。这就意味着Ms(?)中包含M(?)的全部信息。

需要注意，若抽样间隔T变得大于

1，则M(?)和?(?)的卷积在相邻的周期内存

T2fH?1是抽样的最大间隔，2fH在重叠（亦称混叠），因此不能由Ms(?)恢复M(?)。可见，T它被称为奈奎斯特间隔。

上面探讨了低通型连续信号的抽样。假使连续信号的频带不是限于0与限制在

fH之间，而是

fL（信号的最低频率）与fH（信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么，

其抽样频率两倍。

fs并不要求达到2fH，而是达到2B即可，即要求抽样频率为带通信号带宽的

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图3-2画出抽样频率号的频谱。

fs≥2B（无混叠）和fs＜2B（有混叠）时两种状况下冲激抽样信

f(t)F(?)0t(a)连续信号的频谱

??m0?m?fs(t)Fs(?)1TS10Tst??s

??m0?m?s?

（b）高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）

fs(t)Fs(?)1TS10Tst

??s??m0?m?s?（c）低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）

图3-2采用不同抽样频率时抽样信号的频谱

2、脉冲振幅调制（PAM）

所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。假使脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。

但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而寻常只能采用窄脉冲串来实现。因而，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式，将具有实际意义。

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自然抽样m(t)平顶抽样?T(t)

图3-3自然抽样及平顶抽样波形

PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶〞抽样，已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部〞是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律（如图3-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都一致。在实际中，平顶抽样的PAM信号往往采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。（二)电路组成

脉冲幅度调制试验系统如图3-4所示，主要由抽样保持芯片LF398和解调滤波电路两部分组成，电路原理图如图3-5所示。

话音输入N1模拟开关S自然抽样/平顶抽样选择N2PAM解调抽样脉冲LF398

图3-4脉冲振幅调制电路原理框图

E2+12VTP21PAM-SIN104-12VC2023410uF/16VC1-12VR7104C29104R9150VEED44.3VTH1THYout31U2LF3981234567141312111098U3INPUTVosNCNCV-V+NCLOGICNCLOGICREFNCNCOUTPUTCh1524OUTPUT12141511C31222E1OUTPUT10uF/16VCLK-INK1R41KU1A274LS0411PAMCLK109Y0Y1Y2Y3X0X1X2X3ABCD4052CLK-IN平顶抽样输出XoutVDDINHVEEVSS1316678VCCGNDVEEGNDPAMTH3TH1PAMC2104C4104自然抽样输出图3-5脉冲幅度调制电路原理图

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（三）试验电路工作原理

1、PAM调制电路

如图3-5所示，LF398是一个专用的采样保持芯片，它具有很高的直流精度和较高的采样速率，器件的动态性能和保持性能可以通过适合的外接保持电容达到最正确。

LF398的内部结构如图3-6所示；

OFAD30K。ViMCTR。-+N1C1S-+N2150OUT。。。MREF。HOCLF398

图3-6LF398的内部电路结构

N1是输入缓冲放大器，N2是高输入阻抗射极输出器。S为规律控制采样/保持开关，当S接通时，开始采样；当S断开时，开始保持。LF398的引脚功能为：

3、12脚：正负电源输入端。1脚：Vi，模拟电压输入端。

11脚：MCTR，规律控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。10脚：MREF，规律控制电平参考端，一般接地。8脚：HOC，采样/保持电容接入端。7脚：OUT，采样/保持输出端。

如图3-5所示，被抽样信号从PAM-SIN输入，进入LF398的1脚Vi端，经内部输入缓冲放大器N1放大后送到模拟开关S，此时，将抽样脉冲作为S的控制信号，当LF398的11脚MCTR端为高电平日开关接通，为低电平日开关断开。然后经过射极输出器N2输出比较理想的脉冲幅度调