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1、 兰州理工大学计算机与通信学院2011 年秋季学期高频电子线路课程设计题 目： 2FSK 调制解调电路设计 专业班级： 09 级通信（3） 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 摘要本文采用专用集成电路 4066BD，实现了 2FSK 调制电路和解调电路的设计。本设计首先对本次设计的思路进行的阐述，对数字调制解调的基本原理、集成电路4066BD 的内部结构及基本工作原理进行了详细的介绍，并基于 4066BD 设计了2FSK 调制解调电路，最后详细给出制作电路的步骤和方法以及在制作过程中的问题，得出结论。测试表明，该电路基本符合设计要求。关键词2FSK；调制；解调；4066BD 目录一、
2、摘要-2二、前言-4三、基本原理-44、课程设计内容，要求和指标-7五、硬件设计-8六、锁相环解调电路-12七、整体电路图设计与仿真-10八、设计总结-21九、参考文献-22 绪论“锁相环技术”是近几年来迅速发展起来的一门技术，由于它的环路结构简单，性能良好。在许多新型的电子设备中，特别是在通信系统中，得到广泛的应用。随着通信技术的发展，锁相环技术在调制解调中扮演着越来越重要的角色。锁相环技术所以能得到这么广泛的应用，是由于其独特的优良性能所决定的。本设计用到的锁相环的跟踪特性，可制成高性能的调制器和解调器，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。在数字通信系统中，由于数字信
3、号具有丰富的低频成分，不宜进行无线传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。与模拟调制相比，数字调制并无本质区别，都属于正弦波调制，但是数字调制系统也有自身的特点，其技术要求与模拟调制系统也有不同。一般来说，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，这种方法通常称为键控法。常用的数字调制方式有振幅键控（2ASK ）、移频键控（ 2FSK）、移相键控（2PSK ）等。随着科技的发展，电子产品市场运作节奏也进一步加快，涉及诸多领域的现
4、代电子技术已迈入一个全新的阶段，如何把锁相环的强大优势发挥出来，就是目前电路研究发展的方向了。把锁相环技术应用与高频 2FSK 信号的接收解调中，从而使电路性能得到进一步的改善，这对数字电路来说也算是个不小的突破。课程设计内容，指标和要求一、目的及意义通过课程设计，使我们加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强我们的实践能力。二、设计任务及主要技术指标和要求（1）
5、根据 2FSK 特点，信源输入以及对应的频率自己确定；（2）了解 2FSK 信号调制解调的原理；（3）解调器用 PLL；三、内容和要求要求掌握单元电路：正弦震荡器，调制、解调器，VCO。掌握调制、解调的基本原理。通过实际方案的分析比较，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。2FSK 调制解调原理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
6、是符号 “1”对应于载频 ，而符号“0”对应于载频（与 不同的另一载频）的已调波形，而且 与 之间的改变是瞬间完成的。 从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK 键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK 信号的产生方法及波形示例如图所示。图中 s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列， 即是2FSK 信号。 根据以上 2FSK 信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示
7、为其中，s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列为对 s(t)逐码元取反而形成的脉冲序列，即 是image:bkw-11.gif的反码，即若 =0，则 =1；若 =l，则 =0，于是2FSK 信号的功率谱为 其功率谱曲线如图所示，由离散谱和连续谱两部分组成。其中，连续谱由两个双边谱叠加而成，而离散谱出现在两个载频位置上，这表明 2FSK 信号中含有载波 、 的分量。 数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。相干解调 2FSK 系统的抗噪声性能优于非相干的包络检测，但需要插入两个相干载波电路较为复杂。包络检测无需相干载波，因而电路较为简单。当输入信号的信
8、噪比 r 很大时，两者的相对差别不很明显。一般而言，大信噪比时常用包络检测法，小信噪比时才用相干解调法。 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 信号便是符号“1”对应于载频 ，而符号“0”对应于载频（与 不同的另一载频）的已调波形，而且 与 之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK 键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独
9、立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK 信号的产生方法及波形示例如图 5-7 所示。图中 s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列， 即是 2FSK 信号。 根据以上 2FSK 信号的产生原理，已调信号的数字表达式可以表示为 （5-1） 其中，s(t)为单极性非归零矩形脉冲序列 （5-3） g(t)是持续时间为 、高度为 1 的门函数； 为对 s(t)逐码元取反而形成的脉冲序列，即 （5-4 ） 是 的反码，即若 =0，则 =1；若 =l，则 =0，于是 （5-5） 分别是第 n 个信号码元的初相位。一般说来，键控法得到的 与序号 n 无关，
10、反映在 上，仅表现出当 与 改变时其相位是不连续的；而用模拟调频法时，由于 与 改变时 的相位是连续的，故 不仅与第 n 个信号码元有关，而且 之间也应保持一定的关系。 由式（5-1 ）可以看出,一个 2FSK 信号可视为两路 2ASK 信号的合成，其中一路以 s(t)为基带信号、 为载频，另一路以 为基带信号、 为载频。下图给出的是用键控法实现 2FSK 信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。 2 FSK 信号的解调 数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。 1. 包络检波法
11、 包络检波法可视为由两路 2ASK 解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的 2ASK 信号带宽；中心频率不同,分别为（ 、 ）起分路作用，用以分开两路 2ASK 信号，上支路对应，下支路对应，经包络检测后分别取出它们的包络 s(t)及 ；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上、下支路 s(t)及 的抽，值分别用 表示，则抽样判决器的判决准则为图 2 2FSK 信号包络检波方框图 2. 相干检测法 相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图 5-10 所示。图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们
12、的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值 进行比较判决（判决规则同于包络检波法），即可还原出基带数字信号。 图 3 2FSK 同步检测方框图 3. 过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。过零检测法方框图及各点波形如图 4 所示。2FSK 输入信号经放大限幅后产生矩形脉冲序列，经微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列，这个序列就代表着调频波的过零点。尖脉
13、冲触发一宽脉冲发生器，变换成具有一定宽度的矩形波，该矩形波的直流分量便代表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越大，反映着输入信号的频率越高。经低通滤波器就可得到脉冲波的直流分量。这样就完成了频率幅度变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0” 。 图 4 过零检测法方框图及各点波形图 4. 差分检测法 差分检波法基于输入信号与其延迟 的信号相比较，信道上的失真将同时影响相邻信号，故不影响最终鉴频结果。实践表明，当延迟失真为 0 时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当信道有较严重延迟失真时，其检测性能优于鉴频法。方案设计方案比较2FSK 信号波形图如 2-1 图所示，它是由
14、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。图 2-12FSK 信号波形图根据设计要求及相关技术指标，可拟定键控法、模拟调制法等两种方案。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，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 2FSK 信号的解调。图 2-22FSK 信号键控法产生原理框图图 2-32FSK 相干解调法原理框图模拟调制法采用图 2-4、图 2-5 所示方案实现模拟调制解调，以高频锁相环 NE564
