【正文】 險柜和取款機，由于人們對安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識別、 IC 卡辨認）已在國內(nèi)外相繼面世。 （ 3人合作完成） 子題目 3： 設(shè)計一個有源低通濾波電路，要求倍頻程衰減 24dB，截止頻率 30kHz。 子題目 3： 構(gòu)建一個混頻電路，工作帶寬分別 30M（ 2 人） 。 （ 2）實踐設(shè)計要求： a、根據(jù)所選題目，設(shè)計相應(yīng)的電路； b、根據(jù)設(shè)計的電路，完成電路仿真，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化電路； c、根據(jù)設(shè)計電路完成 PCB 制版，最終完成電路的研制。 2．設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）： （ 1）熟悉 Multisim、 Protel DXP 軟件的使用 a、熟悉 Multisim 的運行環(huán)境； b、掌握在 Multisim 平臺上完成電路原理圖的仿真； c、熟悉 Protel DXP 的運行環(huán)境； d、掌握在 Protel DXP 平臺上完成電路原理圖的繪制、 pcb 制版； e、根據(jù)所選題目的需要，會正確設(shè)計電路，最終優(yōu)化電路。（ 2 人 +2 人） 。 子題目 2： 設(shè)計一個 AGC 電路，要求增益控制范圍 40dB， 輸出最大增益 60dB。機械鎖的這些弊端為一種新型的鎖 —— 電子密碼鎖，提供了很大的發(fā)展空間。鑒于目前的技術(shù)水平與市場的接受程度，鍵盤式電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品。第一組：研制寬帶雙路放大器，帶寬 30M，增益 40dB，輸入阻抗和輸出阻抗為 75歐 。 各個小組協(xié)同工作，共同完成射頻電子密碼鎖的設(shè)計。其中α為信號頻率量，β為本振頻率量，產(chǎn)生和差頻。當本振振蕩器的頻率隨著時間進行掃描時，屏幕上就顯示出了被測信號在不同頻率上的幅度，將不同頻率上信號的幅度記錄下來，就得到了被測信號的頻譜。由于變頻獲得的中頻頻率較高，所以對接收機中中頻放大、濾波、解調(diào)都提出了更高要求，使整個接收機成本較高。由于下變頻方式的電路簡單，成本較低，所以被廣泛應(yīng)用于民用設(shè)備和對性能要求不高的軍用設(shè)備中。二戰(zhàn)期間，伴隨著雷達的發(fā)展，微波混頻器有了進一步的發(fā)展，直到上世紀 50 年代末，系統(tǒng)噪聲系數(shù)才可以達到 7dB。 國外研究動態(tài) 1994 年， JcanM arc Mourant 等人，設(shè)計了 6I8GHz 超寬帶鏡像抑制混頻器 . 其中的無源器件是根據(jù)當時最新的研究資料 .采用平面小型化結(jié)構(gòu) .LO 和 RF 工 作頻段為 9dB. 12 1995 年 HwannKaco 等人采用缺陷地非對稱共面波導(dǎo)到共面帶線過渡結(jié)構(gòu) . 設(shè)計了超寬帶巴倫，工作頻率可到 16dB:采用硅肖特基 二極管，設(shè)計了工作頻率可以達到 40GHz 的雙平衡混頻器 .本振 LO 到中頻 IF 端 口的隔離度大于 LO到射頻 RF 端口的隔離度大于 于 11dB。 國內(nèi)研究動態(tài) 國 內(nèi)相關(guān)技術(shù)發(fā)展比國外晚 .由于受到加工工藝及集成技術(shù)水平的限制 .國 內(nèi)這方而的報道大部分采用混合集成電路 .井且很多都是單獨做的雙平衡混頻器 . 或者鏡像抑制混頻器 .將二者結(jié)合起來的比較少。 . 20xx 年電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院電磁場與微波技術(shù)專業(yè)宣揚采用鰭線結(jié) 構(gòu)，研究設(shè)計了“ w 波段寬帶混頻器” .工作頻率在 75105GHZ 范困內(nèi) .變頻損耗 小于 9dB，本振 LO到射頻 RF 端口的隔離度大于 25dB。Pno 主要包括信號源熱噪聲，內(nèi)部損耗電阻熱噪聲，混頻器件電流散彈噪聲及本振相位噪聲。 （ 3） 1dB 壓縮點：在正常工作情況下，射頻輸入電平遠低于本振電平，此時中頻輸出將隨射頻輸入線性變化，當射頻電平增加到一定程度時，中頻輸出隨射頻輸入增加的速度減慢，混頻器出現(xiàn)飽和。其下限因混頻器的應(yīng)用環(huán)境不同而異，其上限受射頻輸入功率飽和所限，通常對應(yīng)混頻器的 1dB 壓縮點。隔離度定義為本振或射頻信號泄漏到其它端口的功率與輸入功率之比，單位 dB。 （ 9）中頻剩余直流偏差電壓：當混頻器作鑒相器時，只有一個輸入時，輸出應(yīng)為零。 Altium Designer 繪制 PCB 板 利用 Altium Designer 將原理圖繪制成 PCB 板，并檢測其電器特性，生成網(wǎng)格報表。 二、混頻器理論基礎(chǔ) 混頻器理論基礎(chǔ) 對于混頻電路的分析，重點應(yīng)掌握，一是混頻電路的基 本組成模型及主要技術(shù)特點，二是混頻電路的基本原理及混頻跨導(dǎo)的計算方法，三是應(yīng)用電路分析。 代入上式并利用三角公式進行變換，則得到 ： 可見，當兩個不同頻率的高頻電壓作用于非線性器件時，將產(chǎn)生 直流、二次諧波、和頻與差頻等。在 通信設(shè)備中廣泛采用二極管環(huán)形相乘器構(gòu)成混頻器，稱為環(huán)形混頻 器。該電路的主要優(yōu)點是工作 頻帶寬，可達幾千兆赫茲，噪聲系數(shù)小，動態(tài)范圍大。 分析：當 stsms co sU(t)U ?? 則 (t)(t)UU(t)U csp ? 17 = ctcmstsm co s Uco s U ?? = ctst co sco s Am ?? 其中： cmsm UUAm ? 對上式進行三角函數(shù)的變換則有 ? ? tcst1p c o sc o s AmtU ??? ： ) t ](cs ) tc[ c o s ( Am21 sc ???? os?? 從上式可推出， Up(t)含有兩個頻率分量和為 (ψ c+ψ S)，差為 (ψ Cψ S)。 有源帶通濾波器原理 18 2. 教材例 電路圖 無源帶通濾波器的設(shè)計 RLC 串聯(lián)電路 電路圖為： 19 則有電壓轉(zhuǎn)移比為： jLCLCLRLRLjCjRRUUjHi )1()/(1)( 20????????????? ?? ])/1( )/(ar ct an [90)( 2???? ??? ? LC CRj 且222 )]/([])/1[()/()(LRLCLRjH??????? 于是根據(jù)中心頻率的定義（電路轉(zhuǎn)移函數(shù)的分母為純實數(shù)時的頻率）， 則有 LCfLCLC ?????212101 00020 ??????? 下面計算截止頻率 1c? 和 2c? 。 于是帶寬β滿足： LRcc ??? 21 ??? 。 22 此時輸出的上變頻混頻波 形為： 23 波形良好，無失真現(xiàn)象。 有源帶通濾波器 26 二階有源帶通濾波器結(jié)構(gòu)固然不是很復(fù)雜，不過其中心頻率很難達到高頻階段，滿足本次課設(shè)的要求。但是二極管環(huán)形混頻器由于使用了耦合線圈，暫時沒有辦法將其隔出，并模擬乘法器設(shè)計的混頻電路結(jié)構(gòu)簡單，不過考慮到線圈對高頻信號的影響，故不得不對此方案施以取舍。雙電源電壓范圍為 ~ 伏，單電源電壓范圍 9~11 伏，電流消耗 100~125 毫安。 10dBm 的本振輸入信號經(jīng)過一個高增益、低噪聲的限幅放大器轉(zhuǎn)換成方波，而后交叉地加到 Q3～ Q6 的基極，最后混頻信號從 IFP 和 IFN 腳輸出。正常工作時可將 BIAS 腳懸空，而在低功耗工作時，可將 BIAS腳直接連接到正電源。例如，對 70MHz 中頻輸出而言， 3dB 點可選在 140MHz 附近，此時 CF 應(yīng)為 82pF。 AD831 雙電源低功耗供電模式 采用 5V 電源供電，電路不僅功耗低而且實驗室 5V 的電源比較常見，方便后期的實驗檢測。所以我們還是決定自己繪制器件原理圖和封裝。 上變頻選頻網(wǎng)絡(luò)：中心頻率為 ，帶寬為 32MHZ，電感電容的參數(shù)值略有修改。 4 腐蝕電路板 電路板制作流程： 一、 打印電路板 :將繪制好的 電路板 用轉(zhuǎn)印紙打印出來，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。 三、 預(yù)處理覆銅板 用細砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印電路板時，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在 覆銅板 上，打磨好的標準是板面光亮，沒有明顯污漬。然后就可以腐蝕了，等 線路板 上暴露的銅膜完全被腐蝕掉時，將線路板從腐蝕 液中取出清洗干凈，這樣一塊線路板就腐蝕好了。 電路板腐蝕效果圖及注意事項 40 電路板制作注意事項 用 PROTEL 繪圖時為了保證最后的制作質(zhì)量，焊盤直徑一般 設(shè)置為 ～ ；線條寬度設(shè)置為 ～ ，電源和地線寬度設(shè)置為 1～；繪圖時無法走線可用跳線代替； 打印時要設(shè)置為黑白格式，打印優(yōu)先層設(shè)置為焊盤優(yōu)先，否則 焊孔無法顯示，不利于最后打孔； 打印時打印在轉(zhuǎn) 印紙光滑面，裁剪時留取 1cm 左右的余量，用 膠帶單邊粘貼在合適大小的銅箔板上，銅箔板需做清潔處理，可用濕布蘸取去污粉，用力擦銅箔板直到表面光亮為止； 腐蝕時用塑料盒，腐蝕液配制比例為，環(huán)保腐蝕粉：水 =1： 4， 用 50～ 60176。 六、實驗測試結(jié)果 七、心得總結(jié) 理論是基礎(chǔ)，運用是難點。局部仿真也就只能勉強看個現(xiàn)象，深層次的理論分析還是達不到要求，也就不敢妄下結(jié)論