基于Multisim调制解调仿真电路设计
春芽电子科技 春芽ing
摘 要
通信电路系统中实现调制解调方法很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来鉴频实现调制解调因为工作稳定、失真度小、信噪比高等优点被广泛应用。本课题分别设计2ASK、2PSK、2FSK的调制解调电路，功能是数字基带信号经过调制输出模拟信号，然后运用锁相环进行解调出数字信号，所以调制解调电路都运用Multisim软件进行仿真分析。对2ASK、2FSK、2PSK解调电路时低通滤波器输出的波形失真比较大，经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。整个硬件电路设计中，尽量做到电路简单实用，基本达到功能要求。 关键词：调制解调，Multisim仿真，锁相环
Abstract
Communication circuit system to achieve a lot of modulation and demodulation, and the phase-locked loop frequency demodulation is the use of modern technology to achieve phase locked loop demodulation because the work is stable, low distortion, high signal noise ratio is widely used. This topic design of 2ASK, 2PSK, 2FSK modulation and demodulation circuit function is digital base band signal after the modulation output analog signal, then use the PLL to demodulate the digital signal, so modulation and demodulation circuit use Multisim software simulation analysis. The waveform distortion of the low pass filter output of 2ASK, 2FSK and 2PSK demodulation circuits is relatively large, and the digital baseband pulse can be regenerated by the sampling decision circuit. Throughout the hardware circuit design, as far as possible to achieve a simple and practical circuit, the basic requirements to achieve functional.
Keywords: Modulation and Demodulation, Multisim Simulation, Phase Locked Loop
目 录
摘 要 ................................................................................................................................................ 1 Abstract ............................................................................................................................................. 1 1绪论 ............................................................................................................................................... 3
1.1课题研究背景 ..................................................................................................................... 3 1.2 国内外发展现状 ................................................................................................................ 3 1.3 课题主要研究内容 ............................................................................................................ 3 2 锁相环基本原理 ........................................................................................................................... 4
2.1基本组成 ............................................................................................................................. 4 2.2工作原理 ............................................................................................................................. 4 3 2FSK调制解调电路设计 ............................................................................................................. 6 3.1 2FSK调制电路设计原理 .................................................................................................. 6 3.2 2FSK调制单元电路的设计 .............................................................................................. 6 3.3 2FSK解调单元电路的设计 ............................................................................................ 10 3.4 2FSK解调电路的整体设计 ............................................................................................ 12 4 2PSK调制解调电路设计 ........................................................................................................... 13 4.1 2PSK调制解调电路设计原理 ........................................................................................ 13 4.2 2PSK调制与解调电路的设计与仿真............................................................................. 14 5 2ASK调制解调电路设计 ........................................................................... 错误！未定义书签。 5.1 2ASK调制解调电路设计原理 ........................................................ 错误！未定义书签。 5.2 2ASK调制与解调电路的设计与仿真 ............................................ 错误！未定义书签。 6 调制解调仿真分析 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 7 总结与展望 ................................................................................................................................. 20 参考文献......................................................................................................................................... 21 致 谢 .............................................................................................................................................. 22
1绪论
1.1课题研究背景
通信电路系统中实现调频波解调的方法有很多，然而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来鉴频实现调制解调方法，具有工作稳定、失真度小、信噪比高优点，目前已经广泛应用于工程实践中。锁相环电路的英文全称是Phase-Locked Loop，英文简称是PLL，主要作用是使电路相位同步。锁相环由于可以实现输出信号对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环电路经常应用于闭环跟踪电路。锁相环电路工作过程中，当输出信号与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，也就是输出电压与输入电压的相位被锁住，同时具有载波跟踪特性。锁相环电路作为窄带跟踪滤波器，可以提取噪声中的信号，用高稳定的参考振荡器锁定，可提供高稳定的频率源，可以进行高精度的相位与频率测量等。目前锁相环解调器在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用非常广泛，随着电子技术快速发展，因此对锁相环解调的研究和应用也越来越多关注。本课题主要通过分析与研究调制解调电路，加深对锁相环解调方式的理解和运用，并设计出2FSK、2PSK、2ASK的调制电路，通过锁相环解调出来原信号[1]。 1.2 国内外发展现状
如今锁相环解调技术的发展非常迅速，锁相环解调理论已经应用到很多领域，比如手机、SDH网络、汽车电子的无线发射器等应用。调频波信号特点是频率随调制信号幅度的变化而变化，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω0相等时，压控振荡器输出信号的频率将保持ω0不变。如果压控振荡器的输入信号除有锁相环低通滤波器输出的信号Uc外还有调制信号Ui，那么压控振荡器输出信号的频率就是以ω0为中心频率，随调制信号幅度的变化而变化的调频波信号。当然锁相环还有许多优越性使得锁相环解调技术在生活中常用的电子设备中发挥作用[2]。
目前锁相环电路理论研究日渐完善，应用范围涉及到所有电子技术领域。随着通信和电子系统的快速发展，使得集成锁相环和数字锁相环取得巨大进步。现在锁相环的应用品种繁多，提高系统的稳定性和可靠性是至关重要的问题，现在正向着集成化，数字化，多用化方面快速进军[3]。 1.3 课题主要研究内容
调制解调方面的电路设计是通信设备中重要组成部分，用准备传输的低频信号去控制高频载波参数信号的电路叫做调制电路设计，解调电路是调制电路的逆过程，从已调制的高频信号还原出原来调制信号叫做解调电路设计[4]。
本课题主要建立2ASK、2FSK、2PSK的调制和解调电路。解调电路设计选用锁相环解调电路。锁相环路的输出信号频率可以准确地跟踪输入参考信号频率的变化，环路锁定后输入参考信号和输出参考信号之间的稳态相位误差可以通过增加环路增益实现在所需数值范围内变化。输出信号频率随输入参考信号频率变化的这种特性叫做锁相环的跟踪特性，利用这种特性可以设计出载波跟踪型锁相环和调制跟踪型锁相环。要实现信息的远距离传输，接收端接收到信号后必须进行解调才能恢复原信号。所谓的解调就是用携带信息的输出信号Uo还原出载波信号Ui的参数，载波信号的参数主要是幅度、频率和相位。因此解调电路分为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种。调幅载波的特征是频率与载波信
号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频载波的特征是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相载波的特征是幅度与载波信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。本课题主要是调制出2FSK、2ASK、2PSK，调制电路采用的是锁相环解调出来，最后运用Multisim仿真软件进行仿真出效果。特别是对2ASK、2FSK、2PSK进行解调电路设计时，低通滤波器的输出波形失真度比较大，但是最终经过抽样判决电路整形以后便再生出数字基带脉冲波形[5]。
2 锁相环基本原理
2.1基本组成
如今的很多电子设备都需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步才能正常工作，运用锁相环路就便可以实现这样目的。锁相环路是种反馈型控制电路，简称锁相环PLL。锁相环的特征是利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率自动跟踪于输入信号的频率，因此锁相环电路通常用于闭环跟踪电路。锁相环工作过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这也是锁相环名称的由来[8]。
锁相环一般是由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三个部分组成，锁相环组成的原理框图如图2.1所示。
PD LFVCO
图2.1 锁相环基本组成
锁相环电路的鉴相器又叫做相位比较器，作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。 2.2工作原理
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2.2所示。
Ui（t）UoU
图2.2 乘法器
鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：
ui?t??Umsin???it??i?t??? （2-1） uo?t??Uomcos???ot??o?t??? （2-2）
式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频
率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压UD为：
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