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2018-6-30 03:27 上傳
2017年電子設(shè)計(jì)大賽
一、命題目的
二、方案選擇和論證
三、理論分析與計(jì)算
四、電路與程序設(shè)計(jì)
五、測(cè)試結(jié)果
目錄
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提高通信電路(又稱高頻電子線路、非線性電路等)工作頻率,2015年200MHz,2017年提高到300MHz以上。盡可能避開通信概念,只要學(xué)過通信電子線路都能做。
調(diào)幅信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)電路(F題)
【本科組】
一、任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作一個(gè)調(diào)幅信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)電路。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。輸入信號(hào)為調(diào)幅度50% 的AM信號(hào)。其載波頻率為250MHz~300MHz,幅度有效值Virms為10µV~1mV,調(diào)制頻率為300Hz~ 5kHz。
一、命題目的
低噪聲放大器的輸入阻抗為50Ω,中頻放大器輸出阻抗為50Ω,中頻濾波器中心頻率為10.7MHz,基帶放大器輸出阻抗為600Ω、負(fù)載電阻為600Ω,本振信號(hào)自制。
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2018-6-30 03:23 上傳
二、要求
1.基本要求
(1)中頻濾波器可以采用晶體濾波器或陶瓷濾波器,其中頻頻率為10.7MHz;
(2)當(dāng)輸入AM信號(hào)的載波頻率為275MHz,調(diào)制頻率在300Hz ~ 5kHz 范圍內(nèi)任意設(shè)定一個(gè)頻率,Virms=1mV時(shí),要求解調(diào)輸出信號(hào)為Vorms=1V±0.1V的調(diào)制頻率的信號(hào),解調(diào)輸出信號(hào)無明顯失真;
(3)改變輸入信號(hào)載波頻率250MHz~300MHz,步進(jìn)1MHz,并在調(diào)整本振頻率后,可實(shí)現(xiàn)AM信號(hào)的解調(diào)功能。
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2.發(fā)揮部分
(1)當(dāng)輸入AM信號(hào)的載波頻率為275MHz,Virms在10µV~1mV之間變動(dòng)時(shí),通過自動(dòng)增益控制(AGC)電路(下同),要求輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V;
(2)當(dāng)輸入AM信號(hào)的載波頻率為250MHz~300MHz
(本振信號(hào)頻率可變),Virms在10µV~1mV之間變動(dòng),調(diào)幅度為50%時(shí),要求輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V;
(3)在輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V的前提下,盡可能降低輸入AM信號(hào)的載波信號(hào)電平;
(4)在輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V的前提下,盡可能擴(kuò)大輸入AM信號(hào)的載波信號(hào)頻率范圍;
(5)其他。
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系統(tǒng)由射頻低噪聲放大器、混頻、本振信號(hào)產(chǎn)生、中頻濾波放大、AM檢波和基帶濾波放大以及自動(dòng)增益控制等組成。
1.射頻低噪聲放大器
采用高穩(wěn)定的固定增益LNA芯片,其噪聲系數(shù)較低,容易級(jí)聯(lián)得到高增益放大器,提高系統(tǒng)靈敏度。選用噪聲系數(shù)NF=1.3的射頻小信號(hào)放大器TQP3M9008作為前級(jí)放大器,其3dB頻率范圍50MHz~4GHz。
2.混頻器
為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高靈敏度一方需要選擇噪聲系數(shù)小的前端放大器,同時(shí)也需要靈敏度高的混頻器電路。
選用靈敏度較低、噪聲系數(shù)較大的乘法器實(shí)現(xiàn)混頻。它具有輸入動(dòng)態(tài)范圍寬、電路調(diào)試簡(jiǎn)單,帶寬寬的特點(diǎn)。
3.中頻濾波器和中頻放大器
系統(tǒng)使用OPA847(單位增益帶寬為3.9GHz)電壓反饋運(yùn)放作為中頻放大器,兩級(jí)級(jí)聯(lián)使用,共實(shí)現(xiàn)40dB的中頻增益。滿足系統(tǒng)要求。中頻濾波器采用晶體濾波器。由于本題AM調(diào)制信號(hào)的基帶頻率最高為5kHz,需要帶寬大于10kHz的濾波器。在10.7MHz頻率上的晶體濾波器可以做到15kHz以上,且Q值非常高,能夠在滿足系統(tǒng)要求的前提下,大大提高系統(tǒng)靈敏度。
4.自動(dòng)增益控制
射頻前段AGC+基帶AGC。通過射頻AGC實(shí)現(xiàn)信號(hào)穩(wěn)定性的粗調(diào),在利用基帶AGC實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)幅度的精確控制,既能提高輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍,又能提高輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。
5.檢波解、基帶放大器、帶通濾波器的、自動(dòng)增益控制等。
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系統(tǒng)的框圖如圖1所示。射頻信號(hào)源的輸出信號(hào),依次經(jīng)過第一級(jí)LNA、衰減器、第二級(jí)LNA、衰減后,進(jìn)入混頻器,并與自制的本振信號(hào)源進(jìn)行混頻,混頻后的信號(hào)通過10.7MHz的晶體濾波器后,得到10.7MHz的中頻信號(hào)。本系統(tǒng)對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行2級(jí)中頻放大后,再進(jìn)行能量檢測(cè)和AM檢波。AM檢波后的信號(hào),通過300Hz~5kHz的帶通濾波器、基帶AGC電路后,在600歐姆負(fù)載得到1V±0.1V有效值的基帶信號(hào)。系統(tǒng)采用兩塊微處理器,MCU1完成該射頻AGC功能,它根據(jù)有效值檢測(cè)電路的輸出,控制射頻前段的程控衰減器,使中頻放大器輸出信號(hào)幅度能穩(wěn)定在200mV±1dB內(nèi)。MCU2完成本振信號(hào)產(chǎn)生功能,它根據(jù)輸入的指令,產(chǎn)生所需要的射頻信號(hào)頻率。
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2018-6-30 03:25 上傳
1.低噪聲放大器的設(shè)計(jì)
接收機(jī)靈敏度計(jì)算
放大器的噪聲系數(shù)NF越低,系統(tǒng)的靈敏度就越高。系統(tǒng)選用噪聲系數(shù)NF=1.3的射頻小信號(hào)放大器TQP3M9008作為前級(jí)放大器,其3dB頻率范圍50MHz~4GHz�?紤]到發(fā)揮部分的要求,設(shè)系統(tǒng)最小輸入信號(hào)為1μV(對(duì)應(yīng)-107dBm)。經(jīng)過測(cè)試,獲知乘法器的輸入信號(hào)需要 -65dBm,故前級(jí)需要42dB以上增益。為此,設(shè)計(jì)兩級(jí)LNA,每集增益為23dB,最大可以提供46dB增益。
2.中頻濾波器和中頻放大器的設(shè)計(jì)
中頻載波信號(hào)頻率為10.7MHz,,根據(jù)AM信號(hào)的最高基帶信號(hào)頻率為5kHz可得中頻帶寬需要大于10kHz�?紤]到中頻濾波的帶外衰減能力和Q值,對(duì)靈敏度的影響很大,我們選擇性能較好的帶寬為15kHz,中心頻率為10.7MHz的晶體濾波器完成中頻濾波功能。
考慮到晶體濾波器的輸入輸出阻抗為3000歐姆,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了阻抗匹配電路,完成其與后級(jí)50歐姆輸入阻抗的放大器的阻抗匹配。
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混頻器提供了8dB增益,加上LNA的46dB 增益,此處可獲得54dB增益�?紤]到AM檢波電路的最佳工作點(diǎn)大于-15dBm,在輸入為1μV(-107dBm)下,還需要中頻提供38dB增益。系統(tǒng)使用OPA847(單位增益帶寬為3.9GHz)電壓反饋運(yùn)放作為中頻放大器,兩級(jí)級(jí)聯(lián)使用,共實(shí)現(xiàn)40dB的中頻增益。滿足系統(tǒng)要求。
3.混頻器的設(shè)計(jì)
混頻器采用AD831實(shí)現(xiàn)。經(jīng)測(cè)試,其輸入信號(hào)范圍-65dBm~8dBm,最高混頻頻率可達(dá)1.5GHz。它在輸入信號(hào)小于0dBm時(shí),失真度較小。通過LNA及射頻前端的程控衰減器,保證了輸入給AD831的信號(hào)滿足要求,同時(shí)所設(shè)計(jì)的本振的輸出幅度設(shè)定為-10dBm,保證混頻器工作于最佳狀態(tài)。
4.ADF4351本振電路
本振采用ADF4351實(shí)現(xiàn)(自動(dòng)掃頻功能測(cè)試:設(shè)定載波頻率,開啟自動(dòng)掃頻功能)
5.基帶放大器電路設(shè)計(jì)按照題目要求基帶信號(hào)的頻率范圍為
300Hz~5kHz,為得到比較純凈的基帶信號(hào),將其經(jīng)過音頻運(yùn)放放大后通過四階帶通濾波器(通頻帶為250Hz~7kHz),帶內(nèi)信號(hào)得到放大的同時(shí),衰減了17帶外的雜散頻率干擾,可使得系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)一步提高。同時(shí)基帶信號(hào)通過由AD603構(gòu)成的自動(dòng)增益控制(AGC)電路最后輸出電壓穩(wěn)定在1Vrms±0.1V的幅度范圍內(nèi)。
6.程控增益設(shè)計(jì)
考慮到拓展部分,輸入信號(hào)變化范圍為1μV(-107dBm)~1mV( -47dBm),動(dòng)態(tài)范圍為60dB。通過兩級(jí)HMC470串聯(lián),可實(shí)現(xiàn)最大63dB的衰減,可滿足要求。
射頻信號(hào)部分的程控增益由單片機(jī),程控衰減器,功率檢測(cè)芯片三者組成閉環(huán)控制。程控衰減器插在兩級(jí)低噪聲放大器之間。功率檢測(cè)芯片檢測(cè)中頻輸出的信號(hào)功率值,將其與設(shè)定的信號(hào)功率閾值電壓進(jìn)行比較,若超出閾值,則單片機(jī)控制衰減器衰減信號(hào)功率。否則減小衰減器的衰減值,以此達(dá)到對(duì)前段高頻部分的程控增益的閉環(huán)控制。
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7.系統(tǒng)電源:
由于系統(tǒng)高頻信號(hào)鏈路和低頻信號(hào)鏈路同時(shí)存在,
所以對(duì)于電源的要求較高。系統(tǒng)采用高性能低紋波大
功率線性穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)整體供電。系統(tǒng)高放部分為
采用單電源5V供電,中頻及檢波電路采用±5V雙電
源供電。使用電荷泵電路產(chǎn)生-5V電壓源。各模塊電
路并通過LC濾波,接入電源。單片機(jī)數(shù)字地與前端模
擬地相互隔離。各模塊電路在電源接口處增加鉭電容
和鋁電解電容的去耦回路。
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