基于multisim的锁相环解调系统仿真毕业设计

基于multisim的锁相环解调系统仿真毕业设计内容摘要：

图 变频电路输出波形 图 2FSK的仿真效果图 兰州理工大学毕业设计 13 2FSK 解调单元电路的设计 锁相环通常由鉴相器（ PD）、环路滤波器（ LF）和压控振荡器（ VCO）三部分组成， 该文 锁相环 解调 原理框图如图 所示。 压 控 振 荡 器抽 样 判 决模 拟 乘 法 器 低 通 滤 波 器调 制 信 号基 带 信 号定 时 脉 冲 图 2FSK 解调原理框图 1）锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图 ： U i（ t）U o U 图 乘法器 2）低通滤波器如图 ： 用低通滤波器 LF 将和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压 uC（ t）。 兰州理工大学毕业设计 14 图 环路滤波器 3）压控振荡器的压控特性如图 ，该特性说明压控振荡器的振荡频 率 ω u以 ω 0为中心，随输入信号电压 uc（ t） 的变化而变化。 该特性的表达式为 0( ) ( )u o ct K u t （ 31） 图 压控特性 上式说明当 uc（ t） 随时间而变时，压控振荡器的振荡频率 ω u也随时间而变，锁相环进入 “ 频率牵引 ” ，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态，并保持 ω 0=ω i的状态不变。 压控振荡器的电路图如图 所示： 图 兰州理工大学毕业设计 15 4）抽样判决电路（ LM311） 工作原理： LM311是当 2脚电压高于 3脚电压时输出高电平，反之则输出低电平。 引脚功能如下。 1脚 GROUND/GND 接地 2脚 INPUT+ 正向输入端 3脚 INPUT 反相输入端 7脚 OUTPUT 输出端 5脚 BALANCE 平衡 6脚 BALANCE/STROBE 平衡 /选通 8脚 V+ 电源 + 4脚 V 电源 图 LM311引脚图 图 抽样判决电路图 2FSK 解调电路的整体设计 2FSK 解调电路的设计是采用锁相环进行解调， 2FSK 信号通过锁相环最终解调出数字基带信号。 2FSK 基于 Multisim仿真的解调电路的整体电路设计图如图 ： 兰州理工大学毕业设计 16 图 2FSK的 Multisim的解调仿真电路 图 2FSK的 Multisim解调电路的仿真 兰州理工大学毕业设计 17 2PSK 调制解调电路设计 2PSK 调制解调电路设计原理 PSK 分为二进制相位键控（ 2PSK）和多进制相位键控（ MPSK）。 该文 主要介绍 2PSK的调制与解调。 在二进制数字调制中 ,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时 ,则产生二进制移相键控 (2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0176。 和 180176。 分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。 二进制移相键控信号的调制原理图如 下 所示。 其中图 是采用模拟 调频 的方法产生 2PSK信号 ,图 2PSK信号 .本设计调制 2PSK时采用的是键控法。 码 型 变换乘 法 器()st2 ()p s ketc o s c t双 极 性不 归 零 图 模拟调频法 2 ()p s ketc o sc t00180移 相 ()st开 关 电 路 图 键控法 2PSK 信号的解调通常都是采用相干解调 , 该文的 解调器原理图如图 与2FSK 解调原理相同。 兰州理工大学毕业设计 18 压 控 振 荡 器抽 样 判 决模 拟 乘 法 器 低 通 滤 波 器调 制 信 号基 带 信 号定 时 脉 冲 图 2PSK 解调原理框图 2PSK 调制与解调电路的设计与仿真 2PSK 调制电路采用键控法调制，而解调电路的设计是采用锁相环进行解调， 2PSK信号通过锁相环最终解调出数字基带信号。 2PSK 基于 multisim仿真 的调制解调电路的整体电路设计图如图 所示： 图 2PSK调制解调电路图 2PSK 调制仿真图与解调后的 仿真图如图。 兰州理工大学毕业设计 19 图 2PSK调制解调电路图仿真结果 2ASK 调制解调电路设计 2ASK 调制解调电路设计原理 在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的 方式 有两种：（ 1） 模拟 相乘法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为 模拟 相乘法，其电路如图 所示。 在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。 （ 2）数字键控法：用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图 所示。 乘 法 器()stc o s c t2 ()a s ketc o s c t()st开 关 电 路2()A S Ket 图 模拟相乘法 图 数字键控法 兰州理工大学毕业设计 20 2ASK/OOK 信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统如图 、图。 图 非相干解调方式 图 相干解调方式 该文 2ASK 的调制方法采用的是模拟相乘法，而调制则采用的是相干解调。 该文的2ASK 解调原理框图 ： 压 控 振 荡 器抽 样 判 决模 拟 乘 法 器 低 通 滤 波 器调 制 信 号基 带 信 号定 时 脉 冲 图 2ASK 解调原理框图 2ASK 调制与解调电路的设计与仿真 2ASK 调制 电路采用键控法调制，而解调电路的设计是采用锁相环进行解调， 2ASK信号通过锁相环最终解调出数字基带信号。 2ASK 基于 Multisim仿真的调制解调电路的整体电路设计图如图 所示： 兰州理工大学毕业设计 21 图 2ASK调制解调电路图 图 2ASK 调制解调仿真图 兰州理工大学毕业设计 22 解调结果分析 由于在解调 2ASK、 2FSK、 2PSK 时的数字基带信号都为 1KHZ,而在解调时压控震荡器的中心频率都为 1KHZ，所以该文中三个信号的解调电路都是一样的。 锁相环鉴频电路环路输入频率跟随输出频率变化，即跟踪，实现环路锁定 困难，会出现毛刺。 低通滤波器输出的波形失真比较大，不过最后经过抽样判决电路整形后可以很好的解调出数字基带脉冲。 在解调设计选取参数时，发现低通滤波器 中 C2 的值最影响波形的输出，以 2FSK解调为例，一开始我在 C2 设为 10nF，出来的波形如下图 ： 图 C2=10nF 时的波形 可见解调出来的基带信号出现严重失真。 后经过不断的尝试改变 C2 的值，最终把 C2 的值设为 100nF，终于解调出很好的数字基带信号如下图 ： 兰州理工大学毕业设计 23 图 C2=100nF时的波形 兰州理工大学毕业设计 24 总结 该文 分别设计了 2ASK、 2PSK、 2FSK 的调制解调电路， 其 功能 为数字基带信号 经过调制输出一个模拟信号，然后用锁相环进行解调， 最后采用 Multisim软件进行仿真。 在对 2ASK、 2FSK、 2PSK 解调时，低通滤波器输出的波形失真比较大，不过最后经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。 经过 一个学期 的时间，终于完成这次 基于 Multisim的锁相解调系统设计的毕业 设计任务。 我首先查阅了大量的书本资料，接着又上网搜集了许多有用信息，有时候为了找到一个合适的电路而苦恼，有时候又为取得一点成功而由衷的高兴。 当最终的电路方案设计出 来以后，我请教了我 的 指导老师 何老师 及学的比较好的同学，他们的一个小小指点就给我们很大启示和灵感，对我的 电路 图提出了很多有价值的建议，在此对热心帮助我的老师和同学表示衷心感谢。 在此次 毕业 设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件的重要性，不像 以前做的 课程设计，并没有多少工作在计算机里实现的，就仅仅画出了电路图之后用元器件在面包板上搭电路就行了。 本次 毕业设计 都高度依赖计算机，从仿真到绘制原理图，再到参数调节，可以说每一步都很艰难，每一步都是我一步一个脚印结结实实踩下去的。 通过 毕业 设计，我增强了对通信电子技术的理解 ，学会查寻资料﹑比较方案，学会通信电路的设计﹑计算；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﹑解决通信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仿真加深对基本原理的了解，增强了实践能力。 兰州理工大学毕业设计 25 参考文献 [1]． 熊伟 候传教 . Multisim7电路设计及仿真应用 [M]. 清华大学 出版社 ， 2020 [2]． 阳昌汉 . 高频电子线路 [M]. 高等教育 出版社 ， 2020 [3]． 吴运昌 . 模拟集成电路原理与应用 [M]. 华 南理工大学出版社， 2020 [4]． 沈伟慈 . 通信电路 [M]. 西安电子科技大学出版社， 2020 [5]． 李争 . 低噪声电荷泵锁相电路设计理论与技术，北京交通大学 .硕士学位论文 ， 2020 [6]． 郑继禹 , 张厥盛 , 万心平 . 锁相环原理与应用 [M]. 人民邮电出版社， 1984 [7]． Floyd ,Phase lock Techniques(Second Edition),Publication:New York,John Wiley,1979. [8]． Roland ,Phaselocked Loops Design,Simulation and Application,清华大学出版社， 2020 [9]． 张辉，曹丽娜 .. 现代通信原理与技术 [M]. 西安电子科技大学出版社， 2020 [10]． 郑继禹 , 张厥盛 , 万心平 . 锁相技术 [M]. 西安电子科技大学出版社， 1994 [11] 谢自美 .电子线路综合设计 .华中科技大学出版社 , [12] Best,Roland E.,Phase—Looked Loop Theory,Design and Applications McGRAW—Hill,1984 [13] 沈伟慈 .通信电路 .西安电子科技大学出版社， 2020 兰州理工大学毕业设计 26 附录： (外文翻译 ) Bridging the Gap between the Analog and Digital Worlds Most applications require the coexistence of analog and digital functionality, and the benefits of bining this functionality on a single chip are significant. Such mixedsignal integration, however, also presents significant challenges. Furthermore, digital and analog developments tend to evolve at differing rates, yet mixedsignal solutions for markets such as industrial, automotive and medical, must remain available over significant time periods. The latest mixedsignal semiconductor processes are helping to address some of these issues, and this article will look at some of the issues designers should consider when specifying integrated mixedsignal solutions. Mixedsignal solution for the real world System designers often partition the digital portion from the analog section of a given design。