基于pll芯片的fsk調(diào)制解調(diào)模塊電路設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-24 19:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 干解調(diào)或非相干解調(diào)，原理與二進(jìn)制序列幅移鍵控信號(hào)的解調(diào)相同，如圖27及圖28所示。 圖27 2FSK信號(hào)相干解調(diào)原理框圖輸入輸出帶通濾波器包絡(luò)檢波器帶通濾波器包絡(luò)檢波器抽樣判決器抽樣脈沖圖28 2FSK信號(hào)非相干解調(diào)原理框圖圖29為非相干解調(diào)原理框圖的各點(diǎn)波形。圖27中的抽樣判決電路是一個(gè)比較器，對(duì)上下兩支路低通濾波器送出的信號(hào)電平進(jìn)行比較，如果上支路輸出的信號(hào)大于下支路，則判為1碼。圖29 非相干解調(diào)原理框圖對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)波形解調(diào)2FSK信號(hào)還可以用鑒頻法、過零檢測(cè)法及差分檢波法等。其中過零檢測(cè)法的基本思想是，利用不同頻率的正弦波在一個(gè)碼元間隔內(nèi)過零點(diǎn)數(shù)目的不同，來檢測(cè)已調(diào)波中頻率的變化。其原理框圖幾個(gè)點(diǎn)波形如圖210所示。 圖210 2FSK信號(hào)過零檢測(cè)原理框圖及波形圖210中限幅器將接收序列整形為矩形脈沖，送入微分和整流，得到尖脈沖（尖脈沖的個(gè)數(shù)代表了過零點(diǎn)數(shù)），在一個(gè)碼元間隔內(nèi)尖脈沖數(shù)目的多少直接反映載波頻率的高低，所以只要將其展寬為具有相同寬度的矩形脈沖，經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波之后，兩種不同的頻率就轉(zhuǎn)換成了兩種不同幅度的信號(hào)，送入抽樣判決器即可恢復(fù)原序列信息。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第三章 基于PLL芯片的FSK調(diào)制與解調(diào)模塊的設(shè)計(jì)原理將在本章中主要討論有關(guān)FSK調(diào)制解調(diào)的一些設(shè)計(jì)思路，工作原理，常用實(shí)現(xiàn)辦法以及它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)。 基于PLL芯片的FSK調(diào)制模塊設(shè)計(jì) 基于PLL芯片的FSK調(diào)制模塊原理鎖相環(huán)應(yīng)用于FSK調(diào)制的電路大致分為兩類，一種是頻率合成法，一種是直接移頻法。頻率合成法的主要思路是，當(dāng)FSK調(diào)制信號(hào)所需的兩個(gè)頻率和均已產(chǎn)生，就可以利用鎖相環(huán)得到相位連續(xù)的FSK信號(hào)。調(diào)制其框圖如圖31所示。數(shù)字信號(hào)控制能夠產(chǎn)生頻率分別為和的兩個(gè)振蕩器。當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)則輸出頻率為的波形，當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，輸出頻率為的波形。鎖相環(huán)的壓控振蕩器的輸出頻率適中跟蹤并鎖定在輸入信號(hào)的頻率上。通過這種方式就可以產(chǎn)生FSK的調(diào)制信號(hào)。直接移頻法的主要思路是用數(shù)字調(diào)制信號(hào)直接改變壓控振蕩器的振蕩頻率來實(shí)現(xiàn)FSK信號(hào)調(diào)制。其原理框圖如圖32所示。當(dāng)VCO的控制電壓在一定的范圍內(nèi)時(shí)，VCO的振蕩頻率如式（21）。由于和為常量，所以當(dāng)VCO處于線性工作范圍時(shí)，只要改變VCO的控制電壓為一個(gè)合適值，就能得到所要的FSK調(diào)制頻率。這種FSK調(diào)制器的頻率穩(wěn)定度主要由VCO的外部元件確定。相比于頻率合成法，直接頻移法的FSK調(diào)制器的振蕩源只有一個(gè)壓控振蕩器，所以其電路參數(shù)非常容易調(diào)整，也有較高的工作穩(wěn)定性。同時(shí)，由于調(diào)制器的外圍電路很少，所以工作可靠性也很高。這種調(diào)制器性能好，成本低。振蕩器1與門非門振蕩器2與門或門鎖相環(huán)數(shù)字調(diào)制信號(hào)FSK輸出圖31 頻率合成法FSK信號(hào)調(diào)制原理框圖FSK輸出參考鑒相電平鑒相器PD環(huán)路濾波器LF壓控振蕩器VCO定時(shí)元件（容阻或晶振）數(shù)字調(diào)制信號(hào)圖32 直接頻移法FSK信號(hào)調(diào)制原理框圖 基于PLL芯片的FSK解調(diào)模塊設(shè)計(jì) 基于PLL芯片的FSK解調(diào)模塊原理當(dāng)我們把一個(gè)已經(jīng)經(jīng)過頻率調(diào)制的輸入信號(hào)加到PLL時(shí)，為了保持環(huán)路鎖定，VCO頻率就會(huì)對(duì)輸入頻率進(jìn)行密切跟蹤。在兩個(gè)頻率之間來回跟蹤并且鎖定。由于VCO的頻率正比于控制電壓，所以信號(hào)調(diào)制波形和控制電壓幾乎相同。這樣，調(diào)制信號(hào)就可以從VCO控制電壓中恢復(fù)出來。其原理框圖如圖33所示。調(diào)制信號(hào)輸入至PLL的參考信號(hào)引腳中，由VCO產(chǎn)生的信號(hào)輸入至相位比較器輸入信號(hào)引腳中，兩個(gè)信號(hào)通過相位比較器之后由于相互之間的相位差產(chǎn)生一個(gè)輸出方波，該方波通過濾波器之后成為直流電壓，作為VCO控制電壓送回VCO輸入引腳，控制VCO產(chǎn)生的信號(hào)的頻率，經(jīng)過一定時(shí)間之后完成對(duì)該輸入信號(hào)的鎖定。由于輸入信號(hào)的頻率在兩個(gè)頻率之間不斷變化，所以PLL也在兩個(gè)不同的頻率之間不斷的跟蹤鎖定，從而完成解調(diào)。FSK解調(diào)輸出FSK輸入信號(hào)鑒相器PD環(huán)路濾波器LF壓控振蕩器VCO輸出濾波器圖33 FSK解調(diào)原理框圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第四章 器件選用及電路原理在本章中主要介紹在本次設(shè)計(jì)中用到的器件以及模塊電路，工作原理及具體實(shí)現(xiàn)辦法。在本次設(shè)計(jì)中選用了兩片由TI公司生產(chǎn)的型號(hào)為CD4046的 PLL芯片，其中一片作為調(diào)制主控芯片，一片作為解調(diào)主控芯片。在有源濾波器的設(shè)計(jì)中選用的運(yùn)放的芯片為最常見的LM324芯片，在電壓比較器當(dāng)中所使用的運(yùn)放芯片也是LM324。 CD4046在本次設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在本次設(shè)計(jì)中，選用的PLL芯片為由TI公司生產(chǎn)的CD4046。在該芯片中包含一個(gè)壓控振蕩器和兩個(gè)相位比較器。其中兩個(gè)相位比較器分別為由異或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的相位比較器和由邊沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器構(gòu)成的相位比較器。芯片引腳圖如圖41所示。過去的鎖相環(huán)多采用分立元件和模擬電路構(gòu)成，現(xiàn)在常使用集成電路的鎖相環(huán)，CD4046是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，其特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高(約100)，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率為10kHz下功耗僅為600，屬微功耗器件。采用 16 腳雙列直插式，各引腳功能如表11所示。圖41 CD4046管腳圖CD4046內(nèi)部還有線性放大器和整形電路，可將14腳輸入的100mV左右的微弱輸入信號(hào)變成方波或脈沖信號(hào)送至兩相位比較器。源跟隨器是增益為1的放大器，VCO的輸出電壓經(jīng)源跟隨器至10腳作FM解調(diào)用。齊納二極管可單獨(dú)使用，其穩(wěn)壓值為5V，若與TTL電路匹配時(shí)，可用作輔助電源。表11 CD4046引腳功能表符號(hào)引腳名稱功能1輸出端（相位脈沖輸出） 相位比較器2輸出的相位差信號(hào)，為上升沿控制邏輯。環(huán)路入鎖時(shí)為高電平，環(huán)路失鎖時(shí)為低電平。14相位比較器輸入端（基準(zhǔn)信號(hào)輸入），相位比較器輸入信號(hào)，輸出至相位比較器。3相位比較器輸入端（比較信號(hào)輸入）通常PD來自VCO的參考信號(hào)。2PDⅠ輸出端 相位比較器1輸出的相位差信號(hào)，它采用異或門結(jié)構(gòu)，即鑒相特性為 。13PDⅡ輸出端 相位比較器Ⅱ的輸出端，它采用，上升沿控制邏輯。9壓控振蕩器的控制端。4壓控振蕩器輸出端。5VCO禁止端，1有效 控制信號(hào)輸入，高電平時(shí)禁止，低電平時(shí)允許壓控振蕩器工作。11VCO外接電阻R1。12VCO外接電阻R2。并接振蕩電容C1，以控制VCO的振蕩頻率。10解調(diào)信號(hào)輸出端。15內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓二極管負(fù)極。CD4046工作原理如下：輸入信號(hào)從14腳輸入后，經(jīng)放大器A1進(jìn)行放大、整形后加到相位比較器Ⅰ、Ⅱ的輸入端，圖41開關(guān)K撥至2腳，則比較器Ⅰ將從3腳輸入的比較信號(hào)與輸入信號(hào)作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓則反映出兩者的相位差。經(jīng)RR4及C2濾波后得到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，調(diào)整VCO的振蕩頻率，使迅速逼近信號(hào)頻率。VCO的輸出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比較器Ⅰ，繼續(xù)與進(jìn)行相位比較，最后使得＝，兩者的相位差為一定值，實(shí)現(xiàn)了相位鎖定。 VCO模塊VCO模塊需要一個(gè)接在C1A和C1B之間的電容C1和一個(gè)接在R1和地之間的電阻R1。或者需要一個(gè)接在C1A和C1B之間的電容，一個(gè)接在R1和地之間的電阻和一個(gè)接在R2和地之間的電阻R2。其中，R1和C1決定VCO的振蕩頻率。R2決定了提供給VCO的偏置頻率。VCO的高輸入阻抗使得在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)可以有很寬的電阻電容選擇范圍。VCO輸入的檢波器輸出在第10腳。如果這個(gè)引腳被用到的話，需要一個(gè)電阻Rs連接在第10腳和地之間。如果不用該引腳的話，就把該引腳開路。VCO的輸出端可以直接連接在相位比較器的輸入端，或者可以再中間接一個(gè)分頻器。VCO輸出信號(hào)的占空比50%。當(dāng)INH腳為低電平時(shí)，VCO及其檢波器被使能。典型的和R1，C1相關(guān)的VCO的中心頻率如圖42所示。 圖42 CD4046典型中心頻率 鑒相器模塊相位比較器I是由異或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。參考信號(hào)和比較器輸入信號(hào)的占空比必須都為50%。只有這樣才能獲得最大的鎖定范圍。通過低通濾波器被回送到VCO輸入端的PC1的平均輸出電壓是由于參考信號(hào)和比較器輸入信號(hào)的相位差產(chǎn)生的，如圖43所示。當(dāng)VCO工作在中心頻率時(shí)，如果在參考信號(hào)輸入端沒有信號(hào)或者噪聲輸入，那么等于VCC的一半。PC1鎖定在中心頻率時(shí)的典型波形圖如圖43所示。通過P
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