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1、20017年全国大学生电子设计竞赛调幅信号处理实验电路（F题）【本科组】摘 要 本电路相当于一个接收机系统，各模块之间通过变压器耦合，以便实现阻抗配比。低噪声放大器模块将AM信号从噪声中提取出来并进行适当放大后送往后继电路。 混频器将输入信号载频f0与本机振频fl进行频率变换，是输入信号的载频变成固定的中频信号10.7MHz，并保持其原有的规律不变。中频滤波器和中频放大器分别对混频器输出的信号进行过滤和放大，将中频信号所带的谐波成分去掉并使混频器输出信号的电压幅度满足后级包络检波器对信号幅度的要求。AM解调电路，即包络检波器。作为整个系统的核心模块，作用是从输入的调幅波中还原调制信号。基带放大
2、器由NE5532运算放大器构成，对包络检波器输出的信号进行幅度放大为Vorm=1V0.1V 。关键词：低噪声 AM解调 调制信号 混频2017年8月11日1系统方案本系统主要由低噪声放大模块、混频模块、中频滤波模块、中频放大模块、AM解调模块、基带放大模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1 低噪声放大器模块的论证与选择方案一：采用RFMD公司的SPF5189运算放大器。采用运放SPF5189Z。SPF-5189Z 是一款优秀的低噪声放大器，运放电路较为简单。方案二：采取晶体管构成的低噪声放大器。晶体管的反向传输系数，实际中微波场效应晶体管和双极性晶体管都存在内部反馈，反馈量达到一定强度
3、时，将会引起放大器稳定性变坏，甚至产生自激振荡。从电路实用性方面考虑，选择方案一。1.2 混频模块的论证与选择方案一：二极管混频电路。具有动态范围大、线性好以及使用频率高的优点，但没有变频增益。方案二：晶体三极管混频电路。具有大于1的变频增益，互调失真较高。方案三：模拟乘法器混频电路。其输出电流频谱较纯净，所允许的输入信号线性动态范围更大，利于减少交调、互调失真，对本振电压大小无严格要求。从设计要求方面考虑，选择方案三。1.3 中频滤波模块的论证与选择方案一：两级晶体滤波器级联。使用两个晶体滤波器形成一个带通滤波器，共有较好的稳定性，选择性好。方案二：两级陶瓷滤波器级联。使用两个晶体滤波器形成
4、一个带通滤波器，共有较差的稳定性，选择性较好从稳定性方面考虑，选择方案一。1.4 中频放大模块的论证与选择方案一：采用MC1350单片中频放大器。集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全。方案二：多级选频放大器。由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。但只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功放。从电路稳定性、成熟度方面考虑，选择方案一。1.5 AM解调模块的论证与选择方案一：二极管检波电路。电路
5、结构简单，若检波结果不理想时对RC电路进行调节即可很快得到结果。方案二：同步检波电路。同步检波电路很繁琐的，要载波提取，在用乘法器相乘后在低通滤波，才能实现解调。两者都能实现题目要求，从简原则，选择方案一。1.6 基带放大模块的论证与选择方案一：采用NE5532集成运放。集成运放电路较为成熟，性能与可靠性都较为稳定。方案二：采用多级低频放大器。电路复杂，实现难度较大。从电路稳定性、成熟度方面考虑，选择方案一。1.7 程控增益模块的论证及选择方案一：利用采数控衰减器与单片机结合进行控制。可以采数控衰减器与单片机结合控制，进过包络检波后变成直流信号，用单片机的AD去采样，然后控制数控衰减器调节中放
6、的增益。方案二：采用三极管自身的特性，随着Ic的增大，增益下降，这样也比较简单，但是得要对模拟电路很熟练，加上实际的动手能力。这个两种方案都可以，第一种是数模结合的，难度稍弱。第二种是纯模拟的，是很考验学生的功底的，难度很大。综合考虑采用方案一。2系统理论分析与计算2.1 低噪声放大器模块的分析 射频LNA设计要求：低噪声放大器（LNA）作为射频信号传输链路的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为高性能射频接收电路的第一级LNA的设计必须满足：（1）较高的线性度以抑制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪声;（3）与输入输出阻抗的匹配，
7、通常为50;（4）尽可能低的功耗，这是无线通信设备的发展趋势所要求的。ADS仿真2.2 混频模块的计算 本地振荡频率f=10.7Mhz+fc，255MHzfc300MHz。故：f=265.7MHz310.7MHz2.3中频滤波模块的计算 由题知：中频频率fo=10.7MHz。采用两个中频为10.7MHz的晶体滤波器。调制信号为300Hz5kHz。AM信号经过混频器以后，载波平率变为10.7MHz。中频滤波器采用一个中心频率为10.7MHz、以10.705MHz为截止频率的低通滤波器和一个个中心频率为10.7MHz、截止频率为10.695MHz的高通滤波器所组成的一个带宽为10KHz的带通滤波器
8、。2.4混频放大模块的计算题目要求经过中频滤波后得到10.7MHz的频率，因此如图图中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。ui(t)输出信号。分析：当Us(t)=Usmcosstuc(t)=Ucmcosct则Up(t)=Us(t)*Uc(t)=UsmcosstUcmcosct=Amcosst*cosct其中：Am=Usm*Ucm对上式进行三角函数的变换则有：Up(t)=Amcosst*cosUc(t)=l2Amcos(c+s)t+COS(c一s)t从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和频为(c+S)，差频为(C一S)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为：Ui(t)=12Amco
9、sc+st若选频网络是理想下边带滤波器则输出：Ui(t)=12Amcosc一st2.5 AM解调模块的计算包络检波器不出现惰性失真的条件：RC (1-ma2)/max*ma ; RC1/wc ;包络检波器不出现底部切割失真的条件maR1/(R +R1) ; 一般取Cd=10uf，由题知前级放大的输出阻抗为50，则R=100，由知R1=150。又：max=5k，ma=0.5.由知，C=4uf。2.6基带放大模块计算该基带放大模块采用NE5532运算放大器制作，其负载电阻R=600，输出阻抗Ro=600。2.7程控增益模块计算3电路与程序设计3.1电路的设计3.1.1系统总体框图3.1.2 低噪声
10、模块子系统框图与电路原理图3.1.3 混频电路子系统框图与电路原理图3.1.4 中频滤波电路子系统框图与电路原理图3.1.5 中频放大器电路子系统框图与电路原理图3.1.6 AM解调电路子系统框图与电路原理图3.1. 7 基带放大器电路子系统框图与电路原理图3.1.8 程控增益电路子系统框图与电路原理图程控电路由比较器、控制信号产生器、可控增益电路、电平检测、滤波器。框图为：3测试方案与测试结果3.1测试方案1.硬件测试：因在设计电路和查找资料花了大量时间，在网上购买元器件无法及时送达，且在附近实体店没有主要芯片、有关电感、贴片电容出售，导致没有设计出相关硬件，故无法测试。2.软件仿真测试：部分实现。3.硬件软件联调：未实现。3.2 测试仪器高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表等。3.3 测试结果及分析3.3.1测试结果(数据)4.3.2测试分析与结论由于时间，只做出了电路图，并实现了部分电路的仿真，在规定时间内无法做出硬件，因此本设计未能达到设计要求。附录1：电路总原理图8
