调幅信号处理实验电路

调幅信号处理实验电路

杜润泽

关键词：载波，AM解调，本振信号，中频信号

一：设计要求：

（一）基本要求

设计并制作一个调幅信号处理实验电路。输入信号为调幅度50%的AM信号。其载波频率为250MHz～300MHz，幅度有效值Virms为10uV～1mV,调制频率为300Hz～5Khz。

低噪声放大器的输入阻抗为50欧，中频放大器输出阻抗为50欧，中频滤波器中心频率为10.7MHz，基带放大器输出阻抗为600欧，负载电阻为600欧，本振信号自制。

二：方案论证与比较

（一）方案比较与选择

1.本振信号方案选择

方案一：采用LMX2531锁相环。LMX2531是芯片级的锁相环，因采用小数分频模式，鉴相频率较高，相对整数分频的器件带内相噪较好，弥补了内部集成VCO性能一般的劣势，同时因环路滤波器环路带宽相对较宽，对参考信号的信号质量更敏感。

方案二：采用ADF4351锁相环。ADF4351采用的是三态鉴频鉴相器，鉴相线性范围-2π-2π，捕获范围大，电路结构简单，锁定时间短，但对噪声敏感不适合用于从数据中恢复时钟的高噪声应用场合。

方案三：采用DDS芯片AD9959合成数字频率。AD9959的最大采样频率可达500MSPS，有良好的通道间隔离(>65dB)，每个通道具有32bit的频率分辨率、15bit的相位分辨率以及10bit的幅度分辨率。

考虑本题需要本振信号自动追踪，ADF4351的锁定时间相比较短，故选用方

案二。

2.混频器方案选择

方案一：采用AD831集成混频器。AD831采用双差分模拟乘法器混频电路,本振和射频输入频率可达到500MHz，中频输出方式有两种差分电流输出和单端电压输出，本题采用单端电压输出时,输出频率大于200MHz。

方案二：采用BF998双栅mos管混频器。BF998价格便宜，容易获得，且不易损坏，但适合用在中波段，在低频噪声较大，硬件电路略显繁琐。

考虑到AD831有集成模块，性能和制作难易度都比BF998好，故选用方案一。

3.检波电路方案选择

方案一：大信号峰值包络检波器。选用大信号峰值包络检波器，输入信号电压幅值一般在500mV以上，电路简单、效率高，但无法对小信号检波。它只能用于普通调幅的检波，对于单边带调幅这类就无法检波。

方案二：小信号平方律检波器。输入信号电压幅值在几十毫伏或更小，输入阻抗低，非线性失真严重，对要求检波质量高的设备，应避免工作在小信号检波状态。

考录到信号幅值在500mV以上，选用方案一。

4.系统总体流图

三：程序设计

系统采用单片机控制频率合成器ADF4351输出250M到300M的本振信号，通过ADF435x辅助工具，实现步进1Mhz，增益-4dBm到+5dBm可调。具有按键输入参数，OLED显示参数功能，人机交互界面友好，功耗低。软件流程图见图6。

ADF4351采用的是三态鉴频鉴相器，鉴相器接受参考信号Fpfd与输出信号经过N分频后的输入，产生与二者的相位和频率差成比例的输出，再输入到电荷泵（为LPF提供充放电电荷），然后电荷泵的输出经环路滤波器LPF（低通），滤除高频成分和噪声，再输入到压控振荡器VCO，控制输出所要求的频率。

以下为参数设置：

鉴相器的一端输入为Fpfd，其中D、R、T由单片机设置，如下式（1）所示：

Fpfd=REFIN*[(1+D)/(R*(1+T))]（1）

REFin接晶体振荡器作为输入，使用晶体振荡器可以较好的解决输入噪声问题。（选用100M晶振）；

D是倍频器(0或1)；，可以改善相位噪声性能

R是RF参考分频系数(1至1023)；

T是参考2分频位(0或1)。

利用INT、FRAC和MOD的值以及R分频器，可以产生间隔为PFD频率的分数的输出频率。如式（2）所示。

RFOUT=fPFD×(INT+(FRAC/MOD))（2）

RFOUT是电压控制振荡器(VCO)的输出频率。

INT是二进制16位计数器的预设分频比(4/5预分频器为23至65535，8/9预分频器为75至65,535)。

FRAC是小数分频的分子(0至MOD−1)。

MOD是预设的小数模数(2至4095)。

此时可以输出的频率范围是2200M到4400M，可以通过对R分频器的设置，使输出低至35Mhz。如下式（3）所示。

RFout=RFOUT/RFpider（3）

RFpider是细分VCO频率的输出分频器。

五：总结

本系统通过ADF4351生成本振信号，配合混频器输出中频信号，放大中频信号后使用包络检波解调信号，再通过基带放大器放大信号。本系统性能优良，实现了载波频率为250MHz-300MHz，幅度有效值为10uV-1mV，调制频率为300Hz-5KHz。本系统经过测试，基本数值均达标。