基于bh1415芯片的调频发射机修改版

基于bh1415芯片的调频发射机修改版内容摘要：

， M 为进制。 故采用多进制传输可以提高信息传输率。 ③ 系统频带利用率 ρ 比较两个系统时，单看传输速率是不行的，因为不同系统可能具有不同的带宽，即具有不同的有效性，故引入频带利用率这一指标。 频带利用率指单位时间、单位频带上传输信息量的多少，即单位频带内所能实现的最大数码率，单位 bit/(sHz)。 ρ = 𝑅𝑏𝐵 式 () B 为信道带宽。 (2) 通信系统的可靠性 由于通信系统在传输中具有噪声干扰，所以收到的数字码元会发生差错，使可靠性收到影响。 主要用误码率 𝑃𝑒和误比特率 𝑃𝑏来衡量。 ① 误码率 误码率指的是通信过程中传错码元与所传输总码元数目之比。 𝑃𝑒 = 传错码元个数传输码元总个数 式 () ② 误比特率 误比特率指的是传错信息的比特数与所传送信息的总比特数之比。 兰州交通大学毕业设计（论文） 6 𝑃𝑏 = 传错的比特数传输的总比特数 式 () 发射机概述 发射机和接收机是无线电通信系统核心的两个部件， 收发系统通常工作在时分双工（ TDD）或者频分双工 (FDD)方式下。 收发系统独立工作，又相互影响，例如：发射机噪声的升高会引起接收机灵敏度的下降。 在这里主要对无线发射机进行说明介绍。 发射机的工作流程如图 所示： 图 发射机的组成 其工作原理可以简述为：振荡器产生一定频率的最初高频振荡 信号 ，其功率一般很小；倍频器主要提高发射机的频率以及扩展发射机的波段范围，使其频率倍增到载波频率上；中间放大器的主要作用就是将 微弱 的等幅振荡信号功率加以放大 ，以提供给输出功率放大器所以的激励，通常由若干级放大器构成；输出放大器的主要作用就是在激励信号的频率上，产生足够的高频功率，送给天线或者传输设备。 无线发射机的基本功能是以足够的功率，适当的载波频率、合适的调制方式以及比较高的工作效率，把需要传送的基带信号通过天线发射出去。 发射机发射信号最重要的模块是调制电路模块，它把基带信号上变频到载波频率 𝜔𝑐时需要充 分的功率放大，而且不能产生邻近信道干扰和失真，这就要求我们在不同的方案之间进行选择。 调制的方案有两大类，恒定包络和可变包络。 恒定包络具有恒定的已调信号振幅需要非线性功率放大器进行放大；可变包络信号、振幅以及相位都在变化，需要线性功率放大器进行放大；常见的如高斯滤波频移键控 (GFSK)调制属于恒定包络调制，正交相移键控 (QPSK)调制属于可变包络调制。 振荡器 变频器 中间放大器 输出放大器 调制器 兰州交通大学毕业设计（论文） 7 发射机的技术指标 发射机的技术指标如下： (1).发射频率的准确性及稳定性 (2).发射频率捷变 (3).频谱纯度 (4).输出功率 (5).功率效率 (6).调制系统的保真度 兰州交通大学毕业设计（论文） 8 2. 调频发射机 概述 发射机的电路结构 因为各种参数的影响，使得调频发射机的设计需要在不同的方案中权衡选择，常见的调频发射机体系结构有 6 种，分别为： 间接调 制发射机 体系 、直接调制发射机 体系 、偏移压控振荡器的直接调制发射机 体系 、基于锁相环的直接 调制发射机体系、基于锁相环的输入基准调制发射机体系、基于 N 分频的上变频环路发射机体系。 间接 调制 发射机体系结构 间接调制发射机体系如图 所示，它可以完成相应频率的上变频处理。 图 间接调制发射机体系结构 工作原理：数字信号被转化为模拟信号之后，由一个变化的 𝐿𝑂1将频率变换为固定的单边带中频信号，然后信号经过低通滤波器先消除 𝐿𝑂1谐波，然后再用另外一个混频器把信号上变频到 𝐿𝑂1+ 𝐿𝑂2。 由于第二个变频器产生了 2 个边带，所以混频器后面的滤波器又可以消除掉产生的不需要的边带和其他毛刺，最终经过放大并且发射。 这种调制方案常用于恒定和可 包络调制方案。 由于在中频（几百赫兹）实现了正交调制，所以可以获得 I 和 Q 信号的完美匹配，同时消耗的电流又很少，为了满足频谱防护的要求，可以经过两次滤波对毛刺和发射噪声进行抑制。 间接调制避免了本振注入牵引和本振牵引。 （本振牵引是指输出和振荡器都在高频率时本振频率受强 PA 信号控制）尽管这种方法得到了广泛的应用，但是目前集成电路芯片上还不能集成外部带通滤波器，还有，使用这种方法需要两个低相位噪声锁相环，片内滤波并不能提供充分的毛刺抑制，并且提高了功率放大的线性要求。 此外，在中频和射频之间，实现高阶低通滤波器的困难， 导致寄生信号（中频的几倍）的不完全被抑制。 直接调制发射机体系结构 直接调制发射机体系结构如图 所示，基带信号在同一级中实现调制和上变频。 Dsp ⬚⬚Cosω0 Sinω0 Hilbert 90176。 转换 LPF 混频 sin𝜔02 滤波器 PA 兰州交通大学毕业设计（论文） 9 图 直接调制发射机体系结构 工作原理：在该体系中，基带信号在同一级中实现调制信号和上变频。 硬件电路主要由 2 个射频混频器和 1 个带有高频本振的锁相环构成。 由于可以实现主动镜像干扰抑制，所以该体系结构可以达到一个很高的集成度。 由于该体系不存在中频，故也不需要消除与中频相关的毛刺。 与间接调制比较，该体系结构使用 的硬件 更少 ，但是工作在射频频率上的两个混频器需要消耗很大的电流； 并且 在高频 时很难获得精确的正交相移。 当振荡 器和输出同一频率时，还可能会出现高频载波馈通和注入牵引这两个问题，虽然可以通过隔离 PA 和振荡器来减少注入牵引，但是系统建立之前，很难量化隔离电平。 偏移压控振荡器的直接调制发射机体系结构 对两个本振进行混频可以 减少 本振牵引 的影响。 偏移压控振荡器的直接调制发射机体系工作方式与直接调制发射机体系结构一样。 在这种结构中，本振频率是通过混频并且滤波两个较低频率得到的。 偏移压控振荡器的直接调制发射机体系结构如图 所示： Dsp cos𝜔01 ⬚⬚ sin𝜔01 Hilbert 90176。 转换 PA 兰州交通大学毕业设计（论文） 10 图 偏移压控振荡器的直接 调制 发射机体系 体系优缺点：除了没有本振注入牵引的影响外，该方法具有与直接调制相同的优点。 若不能选择合适的本振频率，就会在输出端产生谐波。 对于压控振荡器混频器后面的低通滤波器 的选择，应该避免发射影响发射信号的质量。 基于锁相环的直接调制压控振荡器发射机体系结构 锁相环（ PLL）可以作为一个频率乘法器，用于调频和上变频。 在锁定状态下，如果锁相环具有输入频率 F𝑟𝑒𝑓和反馈分频器，那么输出频率 Fout为 F𝑜𝑢𝑡 = 𝑁F𝑟𝑒𝑓 式 () 式中 N 为分频器的分频比，为了获得上变频调频信号，可以对 F𝑟𝑒𝑓进行调制，或者让分频比 N 随着发射数据变化。 发射一个恒定包络信号的最简单的方式是采用一个基于锁相环的直接调制压控振荡器发射机 ，如图 所示 图 基于锁相环的直接调制压控振荡器发射机体系结构 工作原理：压控振荡器 VCO 直接调制基带数据。 首先，压控振荡器由锁相环操作，发射数据 Ref PFD CP/LPF 247。 N PA cos𝜔01 cos𝜔02 BPF +45176。 45176。 PA I Q 兰州交通大学毕业设计（论文） 11 以准确地设置载波频率，然后断开回路，基带数据加到压控振荡器的控制电压上。 优缺点 ：该体系的优点是集成度高而且功耗低。 也由于该体系由压控振荡器直接控制，所以用的硬件更少。 该体系的最大缺点是开路的压控振荡器会产生偏移，导致输出频率发生偏差，同时该体系结构也存在注入牵引现象，这就要求压控振荡器和 PA 之间需要高度的隔离。 基于锁相环的输入基准调制发射机体系结构 基于锁相环的输入基准调制发射机体系结构如图 所示 图 基于锁相环的 输入基准调制 发射机体系结构 如同直接调制发射机一样，该发射机采用正交调制器，基带信号首先变换为中频。 锁相环用来把中频信号上变频到射频，同时通过固有的环路作用，降低了输出信号的滤波要求。 该体系结构简单，功率低且适于集成。 由锁相环提供的固有的窄带滤波器取代了外部带通滤波器，该体系只适用于恒定包络调制方案，由于需要两个本振，因此增加了额外的硬件。 本振注入牵引仍然是个问题，这需要本振和之间进行高度隔离。 BH1415 芯片 芯片简介 BH1415F 是一款由 ROHM 公司推出的无线 可调频 音频传输集成芯片，该芯片可以通过单片机向时序电路送入控制字符来控制它的工作频率。 BH1415 可以将 CD、 DVD、计算机声卡 、 MP调音台等 设备的 立体声音频信号进行调制 后进行 发射传输， 与常规的可调频收音机相搭配，便能够实现无线音频的传输。 该芯片 集成电路 按照模块和功能发射数据 Ref PFD CP/LPF 247。 N PA Dsp cos𝜔01 sin𝜔01 Hilbert 90176。 转换 兰州交通大学毕业设计（论文） 12 划分，分别 由 可 提高信噪比（ S/N）的预加重电路、防止信号过调的限幅电路、控制输入信号频率的低通滤波电路（ LPF）、产生立体声复合信号的立体声调制电路、 负责 调频发射的锁相环电路（ PLL）组成。 芯片特点 1）将预加 重电路、限幅电路、低通滤波电路（ LPF）一体化，使音频信号的质 量 相比 分立元件 组成 的电路 有很大提高。 2）导频方式的立体声调制电路。 3）采用了锁相环锁频并与调频发射电路一体化，合发射的频率非常稳定。 4） 采用了 MCU 数据直接频率设定，可设定 70120MHz 频率，使用上非常方便。 芯片引脚以及 参数说明 BH1415 芯片集成了多种电路结构，用途广泛。 这里先对 BH1415 芯片引脚作个说明，其次对内部电路进行简要分析。 兰州交通大学毕业设计（论文） 13 (1) 芯片引脚说明 BH1415F 芯片的引脚图如图 所示。 图 BH1415 引脚图 右声道输入 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 11 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 左声道输入 预加重时间调整端 低通滤波调整端 滤波器端 复合信号端 GND 锁相环输出端 VCC + 高频振荡器输入端 高频 GND 高频信号输出 预加重时间调整端 低通滤波调整端 导频信号调整端 音 频 静 音mute 传 送 内 容 CA 传 送 时 钟 CK 传 送 使 能CE 晶体振荡器输入端 晶体振荡器输入端 锁相环电源正极 BH1415F芯片 兰州交通大学毕业设计（论文） 14 (2) 芯片参数说明 BH1415F 芯片各个引脚参数如表 1 所示。 表 1 项目 符号 范围 单位 条件 电源电压 VCC +7V V Pin8/12 输入电压 VinD ~Vcc+ V Pin15/16/1718 相位比较电压 VoutD ~Vcc+ V Pin7 功率 Pd 450 mW 工作温度范围 Tstg 55~+125 𝐶176。 工作电源电压 Vcc ~ V Pin8/12 工作温度 Topr 40~85 𝐶176。 音频输入电平 VINA ~10 dBV Pin1/22 音频输入频率 fINA 20~15K Hz Pin1/22 预加重延时 τ PRE ~155 μ sec Pin2/21 发射频率 fTX ~ MHz Pin9/11 高电平电压标准 VIH ~Vcc V Pin15/16/1718 低电平电压标准 VIL Gnd~ V Pin15/16/17/18 兰州交通大学毕业设计（论文） 15 3. 调频发射机硬件电路设计 BH1415 芯片电路 BH1415 芯片集成电路按照模块和功能划分，分别由的预加重电路、限幅电路、低通滤波电路（ LPF）、立体声调制电路、锁相环电路（ PLL）组成。 芯片内部结构如图 所示。 图 BH1415内部电路结构 下面对各个分立模块单元电路进行介绍分析。 预加重电路 预加重电路是一个非线性音频放大器，内部工作点为 1/2 Vcc，因为它是非线性放大器，所以内部电阻 R。