【正文】 上式說明當(dāng) uc（ t） 隨時(shí)間而變時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率 ω u也隨時(shí)間而變，鎖相環(huán)進(jìn)入 “ 頻率牽引 ” ，自動(dòng)跟蹤捕捉輸入信號(hào)的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持 ω 0=ω i的狀態(tài)不變。 圖 四雙向模擬開關(guān) CD4066 輸入的基帶信號(hào)由轉(zhuǎn)換開關(guān)分成兩路，一路控制 f1=32KHz 的載頻，另一路經(jīng)倒相去控制 f2=16KHz 的載頻。設(shè)計(jì)原理圖如圖 所 示 : 9 開 關(guān)4 0 6 6 B D基 帶信 號(hào)脈 沖 信 號(hào) f1雙 D 觸 發(fā) 器 2 f1變 頻 電 路（ 產(chǎn) 生 正弦 波 ）變 頻 電 路（ 產(chǎn) 生 正弦 波 ）2 F S K 圖 2FSK調(diào)制原理圖 2FSK 調(diào)制單元電路的設(shè)計(jì) 要將 時(shí)鐘脈沖信號(hào) 經(jīng)過 2FSK 調(diào)制成為 2FSK 信號(hào)，我們采用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)獨(dú)立的頻率源作為輸出。 8 第 3 章 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) 2FSK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) 2FSK 調(diào)制電路設(shè)計(jì)原理 2FSK 即叫做二進(jìn)制移頻鍵控或二進(jìn)制頻移鍵控。 L F V C OP D 圖 鎖相環(huán)基本組成 鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓，對振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制 。 Multisim10 可以設(shè)計(jì)、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微機(jī)接口電路等；可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障 ， 如開路、短路和不同程度的漏電等 ， 從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。 它有豐富的元件庫 ， 為用戶提供元器件模型的擴(kuò)充和技術(shù) ； 虛擬測試儀器儀表種類齊全 ， 其操作方法與實(shí)際儀器十分相似 ； 具有較為詳細(xì)的電路分析功能 ， 可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等 18 種電路分析方法 ， 提供了多種輸入輸出接口 ， Multisim10 可以與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件 Protel 及電路仿真軟件 Pspice 之間的文件接口 ， 也能通過 Windows 電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版 ， 同時(shí)還支持 VHDL 和 Verilog HDL 語言的電路仿真與設(shè)計(jì)。所謂的解 調(diào)就是用攜帶信息的輸出信號(hào) uo來還原載波信號(hào) ui的參數(shù)，載波信號(hào)的參數(shù)有幅度、頻率和位相，所以，解調(diào)有調(diào)幅（ AM）、調(diào)頻（ FM）和調(diào)相（ PM）三種。隨著通信及電子系統(tǒng)的飛速發(fā)展，促使集成鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)突飛猛進(jìn)。 現(xiàn)在通過分析與研究，加深對鎖相環(huán)解調(diào)方式的理解，并根據(jù) 它的原理 ，設(shè)計(jì) 出2FSK、 2PSK、 2ASK 的 調(diào)制電路 ， 并通過鎖相環(huán)解調(diào)出來 。 在整個(gè)電路設(shè)計(jì)中，力求要做到電路簡單，并完成任務(wù)書提到的要求。 該 文首先介紹了鎖相環(huán)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、方向以及背景，并對 PLL 的原理進(jìn)行了闡述。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住 ，它還具有載波跟蹤特性。若壓控振蕩器的輸入信號(hào)除了有鎖相環(huán)低通濾波器輸出的信號(hào) uc 外，還有調(diào)制信號(hào) ui，則壓控振蕩器輸出 信號(hào)的頻率就是以 ω0為中心，隨調(diào)制信號(hào)幅度的變化而變化的調(diào)頻波信號(hào)。 解調(diào)電路中使用了鎖相環(huán)解調(diào)。 Multisim 10 是加拿大 Interactive Image Technologies 公司 2021 年推出的 Multisim 最新版本。 (2)Multisim 10 的虛擬測試儀器儀表種類齊全 ， 有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器 ， 如萬用表 、 信號(hào)發(fā)生器 、 雙通道示波器、直流電源 ； 還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器 ， 如波特圖示儀 、 字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網(wǎng) 4 絡(luò)分析儀等 。它具有界面形象、直觀易懂、采用圖形方式創(chuàng)建電路的特點(diǎn)；它豐富的元件庫中提供了超過 16000 個(gè)組件，全部采用世紀(jì)模型，確 保了仿真結(jié)果的真實(shí)性和實(shí)用性；它采用開放式的庫管理模式，能自動(dòng)地生成模擬和數(shù)字組件模型，這對新器件的補(bǔ)充十分有利 。因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。當(dāng)上式不等于零時(shí)，說明鎖相環(huán)的相位還未鎖定，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻率不等， ()cUt隨時(shí)間而變 化 。 （ 2）鍵控法：即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。模擬開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電阻為幾十歐姆；模擬開關(guān)截止時(shí)，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。其中 LC 選頻電路函數(shù)： ， 選頻 網(wǎng)絡(luò)如圖 ： 圖 變頻電路圖 3） 2FSK 調(diào)制的整體電路圖的設(shè)計(jì) 12f LC?? 11 圖 2FSK的 Multisim調(diào)制仿真電路圖 4） 2FSK 調(diào)制電路的仿真 圖 脈沖信號(hào) 輸出波形 12 圖 變頻電路輸出波形 圖 2FSK的仿真效果圖 13 2FSK 解調(diào)單元電路的設(shè)計(jì) 鎖相環(huán)通常由鑒相器（ PD）、環(huán)路濾波器（ LF）和壓控振蕩器（ VCO）三部分組成， 該文 鎖相環(huán) 解調(diào) 原理框圖如圖 所示。 該文 主要介紹 2PSK的調(diào)制與解調(diào)。 18 壓 控 振 蕩 器抽 樣 判 決模 擬 乘 法 器 低 通 濾 波 器調(diào) 制 信 號(hào)基 帶 信 號(hào)定 時(shí) 脈 沖 圖 2PSK 解調(diào)原理框圖 2PSK 調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真 2PSK 調(diào)制電路采用鍵控法調(diào)制，而解調(diào)電路的設(shè)計(jì)是采用鎖相環(huán)進(jìn)行解調(diào)， 2PSK信號(hào)通過鎖相環(huán)最終解調(diào)出數(shù)字基帶信號(hào)。 2ASK 基于 Multisim仿真的調(diào)制解調(diào)電路的整體電路設(shè)計(jì)圖如圖 所示： 21 圖 2ASK調(diào)制解調(diào)電路圖 圖 2ASK 調(diào)制解調(diào)仿真圖 22 解調(diào)結(jié)果分析 由于在解調(diào) 2ASK、 2FSK、 2PSK 時(shí)的數(shù)字基帶信號(hào)都為 1KHZ,而在解調(diào)時(shí)壓控震蕩器的中心頻率都為 1KHZ，所以該文中三個(gè)信號(hào)的解調(diào)電路都是一樣的。當(dāng)最終的電路方案設(shè)計(jì)出 來以后，我請教了我 的 指導(dǎo)老師 何老師 及學(xué)的比較好的同學(xué)，他們的一個(gè)小小指點(diǎn)就給我們很大啟示和靈感，對我的 電路 圖提出了很多有價(jià)值的建議，在此對熱心幫助我的老師和同學(xué)表示衷心感謝。然而，這樣的混合信號(hào)集成也向人們提出了重大挑戰(zhàn)。本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 都高度依賴計(jì)算機(jī)，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調(diào)節(jié)，可以說每一步都很艱難，每一步都是我一步一個(gè)腳印結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)踩下去的。低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以很好的解調(diào)出數(shù)字基帶脈沖。 19 圖 2PSK調(diào)制解調(diào)電路圖仿真結(jié)果 2ASK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì) 2ASK 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)原理 在二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化，實(shí)現(xiàn)這種調(diào)制的 方式 有兩種：（ 1） 模擬 相乘法：通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號(hào)相乘得到輸出信號(hào)，這種直接利用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為 模擬 相乘法，其電路如圖 所示。 通常用已調(diào)信號(hào)載波的 0176。 14 圖 環(huán)路濾波器 3）壓控振蕩器的壓控特性如圖 ，該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率 ω u以 ω 0為中心，隨輸入信號(hào)電壓 uc（ t） 的變化而變化。各開關(guān)間的串?dāng)_很小，典型值為－ 50dB。 該文采用鍵控法產(chǎn)生 2FSK 信號(hào)，即用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)獨(dú)立頻率源的振蕩作為輸出。該特性的表達(dá)式為 0( ) ( )u o ct K u t???? （ 213） 圖 壓控特性 上式說明當(dāng) ()cUt隨時(shí)間而變時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率 ω u也隨時(shí)間而變，鎖相環(huán)進(jìn)入 “ 頻率牽 引 ” ，自動(dòng)跟蹤捕捉輸入信號(hào)的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持ω 0=ω i的狀態(tài)不變。 鎖相環(huán)通常由鑒相器（ PD）、環(huán)路濾波器（ LF）和壓控振蕩 器（ VCO）三部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖 所示。 Multisim10 具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里 葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。 (4) Multisim10 可以設(shè)計(jì)、測試和演示各種電子電路 ， 包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機(jī)接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障 ， 如開路、短路和不同程度的漏電等 ， 從而觀察不同故障情況 下的電路。為了實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸，收信端接收到信號(hào)后必須進(jìn)行解調(diào)才能恢復(fù)原信號(hào)。 如今，鎖相環(huán)路理論與研究日臻完善，應(yīng)用范圍遍及整個(gè)電子技術(shù)領(lǐng)域。如今 鎖相環(huán)解調(diào)器在通信、雷達(dá)、測量和自動(dòng)化控制等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對鎖相環(huán)解調(diào)的研究和應(yīng)用得到了越來越多的關(guān)注。在對 2ASK、 2FSK、 2PSK 解調(diào)時(shí)，低通濾波器輸出的波形失真比較大，不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。在以上的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了 2ASK、 2PSK、 2FSK 的調(diào)制解調(diào)電路，其 功能 為數(shù)字基帶信號(hào) 經(jīng)過調(diào)制輸出一個(gè)模擬信號(hào)，然后用鎖相環(huán)進(jìn)行解調(diào)， 最后采用 Multisim軟件進(jìn)行仿真。作為一個(gè)窄帶跟蹤濾波器，可提取淹沒在噪聲中的信號(hào)；用高穩(wěn)定的參考振蕩器鎖定，可提供高穩(wěn)定的頻率源；可進(jìn)行高精度的香味與頻率測量等等。當(dāng)然，鎖相環(huán)的許多優(yōu)越性使得鎖相環(huán)解調(diào)技術(shù)在很多我們周圍都可以見到的物品中發(fā)揮著其巨大的功效。 鎖相環(huán)路的輸出信號(hào)頻率可以精確地跟蹤輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率的變化 ,環(huán)路鎖定后輸入?yún)⒖夹盘?hào)和輸出參考信號(hào)之間的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益被控制在所需數(shù)值范圍內(nèi) .這種輸出信號(hào)頻率隨輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率變化的特性稱為鎖相環(huán)的跟蹤特性 .利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)?？梢栽O(shè)計(jì) 、 測試和演示各種電子電路 ， 包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分 微機(jī)接口電路等。 (3) Multisim 10 具有較詳細(xì)的電路分析功能 ， 可以完成電路 的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等 ， 以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。 Multisim10 的虛擬測試儀器種類齊全 ， 有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源；還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測試儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。鎖相環(huán)在工作的過程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。 因壓控振蕩器的壓控特性如圖 所示，該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率 ω u以ω 0為中心，隨輸入信號(hào)電壓 ()cUt的變化而變化。如圖 ： f1 振 蕩 器反 相 器f 2 振 蕩 器選 通 開 關(guān)選 通 開 關(guān)相 加 器e （ t） 圖 鍵控法 2FSK 鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛，但設(shè)備要復(fù)雜些，得出的是 2FSK 信號(hào)，相位不連續(xù)。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為 40MHz。 壓 控 振 蕩 器抽 樣 判 決模 擬 乘 法 器 低 通 濾 波 器調(diào) 制 信 號(hào)基 帶 信 號(hào)定 時(shí) 脈 沖 圖 2FSK 解調(diào)原理框圖 1）鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖 ： U i（ t）U o U 圖 乘法器 2）低通濾波器如圖 ： 用低通濾波器 LF 將和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓 uC（ t）。 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中 ,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí) ,則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK)信號(hào) 。 2PSK 基于 multisim仿真的調(diào)制解調(diào)電路的整體電路設(shè)計(jì)圖如圖 所示： 圖 2PSK調(diào)制解調(diào)電路圖 2PSK 調(diào)制仿真圖與解調(diào)后的 仿真圖如圖 。鎖相環(huán)鑒頻電路環(huán)路輸入頻率跟隨輸出頻率變化，即跟蹤，實(shí)現(xiàn)環(huán)路鎖定 困難，會(huì)出現(xiàn)毛刺。 在此次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)中，我充分體會(huì)到了熟練運(yùn)用相關(guān)軟件的重要性，不像 以前做的 課程設(shè)計(jì)，并沒有多少工作在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。此外，數(shù)字和模擬功 32 能往往以不同的速度進(jìn)行發(fā)展，但混合信