【導(dǎo)讀】出電路板損壞的部位。明每個(gè)元器件的作用和功能），對測試結(jié)果作出詳細(xì)分析。第18周，安排設(shè)計(jì)任務(wù)；第20周，完成PCB電路繪制；撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，答辯。此次專業(yè)課程設(shè)計(jì)主要分為電路測試部分、電路仿真以及PCB的繪制。主要測試HDB3碼、DPLL數(shù)字鎖相環(huán)，PLL鎖相頻率合成器等實(shí)驗(yàn)。學(xué)的專業(yè)課進(jìn)行整合以及綜合應(yīng)用。多級偽隨機(jī)碼發(fā)生實(shí)驗(yàn)是供給HDB3、PSK等實(shí)驗(yàn)所需時(shí)鐘和基帶信號。清零）組成的三級分頻電路組成，可逐次分頻至1K方波。U3、U4、U5的第二引腳為。各級時(shí)鐘輸入端，輸入時(shí)鐘為、P128KHz、8KH。性；可重復(fù)實(shí)現(xiàn)。

　　

【正文】 圖 25 破壞點(diǎn)檢測電路 （ 4）去除取代節(jié)電路如圖 26所示： 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 37 圖 26 （ 5）定時(shí)恢復(fù)電路如圖 27所示： 圖 27 仿真結(jié)果及分析 （ 1） 雙 /單極性變換電路的仿真波形如圖 28 所示。在仿真結(jié)果中可以看到，從傳輸線來的 HDB3 碼加入電路經(jīng)過變壓器以及由二極管構(gòu)成的整流電路，將雙極性脈沖分成兩路單極性脈沖。由于沒有 HDB3 的編碼，所以用雙極性的正弦波進(jìn)行驗(yàn)證該部分電路的原理。 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 38 圖 28 （ 2） 判決電路的仿真波形 如圖 29所示。雖然做不了完全的仿真，但是從仿真結(jié)果中可以看到帶有干擾信號的波形經(jīng)過該電路后，波形有所改善，也就是說干擾信號被消除了。 圖 29 （ 3）定時(shí)恢復(fù)電路如圖 210 所示。此部分電路由晶體管電容延時(shí)，再由幾個(gè)反相器整形后作為后續(xù)電路的時(shí)鐘。 圖 210 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 39 3 AMDEM2 的 PCB 繪制 設(shè)計(jì) 原理 （一）二極管峰值包絡(luò)檢波 從實(shí)驗(yàn)三可知，調(diào)幅信號的解調(diào)就是從調(diào)幅信號中恢復(fù)出低頻信號的過程，又稱為檢波，它是調(diào)幅的逆過程。從頻譜上看，調(diào)幅是利用模擬相乘器或其它非線性器件，將調(diào)制信號頻譜線性搬移到頻譜附近，并通過帶通濾波器提取所需要的信號。檢波作為調(diào)幅的逆過程，必然是再次利用相乘器或非線性器件，將調(diào)制信號頻譜從載波頻率附近搬回到原來位置，并通過低通濾波器提取所需要的信號。幅度解調(diào)的原理電路模型可以用圖 151 表示。 圖 31 幅度解調(diào)的電路模型 圖 32 幅度解調(diào)中的頻譜搬移 圖 152 所示為頻譜搬移過程，其中（ a）圖為輸入調(diào)幅信號的頻譜（設(shè)為 AM 信號），（ b）圖為解調(diào)輸出信號的頻譜。由圖可見，輸出信號頻譜相對輸入信號頻譜在頻率軸上搬移了一個(gè)載頻頻量（頻譜線性搬移）。另外，應(yīng)注意用于解調(diào)的相干載波信號必須與所收到的調(diào)幅波載波嚴(yán)格同步，即保持同頻同相，否則會影響檢波性能。因此這種檢波方式稱為同步檢波（相干解調(diào)）。 雖然圖 151 所示的電路在原理上適用于 AM、 DSB、 SSB 信號的解調(diào)，但對 AM 信號而言，因?yàn)槠漭d波分量未被抑制， 不必另外加相干載波信號，而可以直接利用非線性器件的頻率變換作用解調(diào)（例如二極管檢波），這種解調(diào)稱為包絡(luò)檢波，也可稱為非同步檢波或非相干解調(diào)。對于 DSB、SSB 信號，其波形包絡(luò)不直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，所以不能采用包絡(luò)檢波器解調(diào)，只能采用同步檢波。 二極管峰值包絡(luò)檢波電路主要的形式為二極管串聯(lián)型，如圖 153 所示。串聯(lián)型是指二極管與信號源、負(fù)載三者串聯(lián)，圖中 RLC 為檢波負(fù)載，同時(shí)也起低通濾波作用。一般要求輸入信號的幅度為 ，所以二極管處于大信號（開關(guān)）工作狀態(tài)，故又稱為大信號檢波器。 圖 33 大信號檢波電路 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 40 當(dāng)檢波器輸入高頻信號 su 時(shí)，載波正半周二極管導(dǎo)通，并對負(fù)載電容 C 充電，充電時(shí)間常數(shù)為 drC? ( dr 為二極管導(dǎo)通內(nèi)阻 )， C 上電壓即 ou 近似按指數(shù)規(guī)律上升。這個(gè)電壓建立后通過信號源電路，又反向加到二極管兩端，這時(shí)二極管上的電壓為 o s uu ? ，當(dāng) su 由最大位下降到 ou 時(shí)，二極管截止，電容 C將通過 RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù) RLC 遠(yuǎn)大于高頻電壓的周期，故放電很慢。電容 C 上電荷尚未放完時(shí)，下一個(gè)正半周的電壓又超過 ou ，使二極管再次導(dǎo)通， C 再次被充電。如此反復(fù)，直到在一個(gè)高頻周期內(nèi)電容充電電荷等于放電電荷，即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)， ou 便在平均值 avU 上下按載波角頻率 c? 作鋸齒狀等幅波動(dòng)，只要 maxc ???? ，并且電容 C放電速度能跟得上包絡(luò)變化速度，那么檢波器輸出電壓就能跟隨調(diào)幅波的包絡(luò)線變化，如圖 154所示。 圖 34 調(diào)幅波的檢波波形 （二）大信號檢波電路的失真 檢波電路除了具有與放大器相同的線性與非線性失真外，還可能存在兩種特有的非線性失真。 1． 惰性失真（對角切割失真） 這種失真是由于檢波負(fù)載 RLC 取值過大而造成的。通常為了提高檢波效率和濾波效果，希望選取較大的 RLC值，但 RLC 取值過大時(shí)，二 極管截止期間電容 C 通過 RL放電速度過慢，當(dāng)它跟不上輸入調(diào)幅波包絡(luò)線下降速度時(shí)，檢波輸出電壓就不能跟隨包絡(luò)線變化，于是產(chǎn)生如圖 155 所示的惰性失真。 圖 35 惰性失真 由圖可見，在 t1~t2 時(shí)間內(nèi)，因 o s u u ? ，二極管總是處于截止?fàn)顟B(tài)。為了避免產(chǎn)生這種失真，必須保證在每一個(gè)高頻周期內(nèi)二極管導(dǎo)通一次，也就是使電容 C 的放電速度大于或等于調(diào)幅波包絡(luò)線的下降速度。 進(jìn)一步分析表明，避免產(chǎn)生惰性失真的條件為 RLC≤ （ 151） 應(yīng)當(dāng)注意的是在多頻調(diào)制的情況下，上式中Ω應(yīng)取調(diào)制信號的最高頻率分量值Ω max。 ??a amm21武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 41 2． 負(fù)峰切割失真 實(shí)際上，檢波電路總要和低頻放大電路相連接。作為檢波電路的負(fù)載，除了電阻 RL 外，還有下一級輸入電阻 ri2 通過耦合電容 Cc與電阻 RL并聯(lián)，如圖 156 所示。 當(dāng)檢波器輸入單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，如圖 157 所示， 檢波器輸出的低頻電壓全部加到 ri2 兩端，而直流電壓 全部加到 Cc兩端，其大小近似等于輸入信號的載波電 壓振幅 Ucm。由于 Cc容 量較大，在音頻的一個(gè)周期內(nèi) 認(rèn)為其兩端的直流電壓 Uc近似不變，可看成一直流電 源。在 RL上的壓降為 圖 36 檢波電路與低放連接 圖 37 負(fù)峰切割失真 此電壓對二極管而言是反偏置，因而在輸入調(diào)幅波正半周的包絡(luò)小于 URL的那一段時(shí)間內(nèi)，二極管被截止，使檢波電路輸出電壓不隨包絡(luò)線的規(guī)律而變化，電壓被維持在 URL電平上，輸出電壓波形被箝位，這種失真稱為負(fù)峰切割失真，如圖 7 所示。為避免負(fù)峰切割失真，應(yīng)滿足 （ 152） 即 （ 153） 上式中22~iLiLL rR rRR ?? 是檢波器的低頻交流負(fù)載， RL 為直流負(fù)載。上式表明，為防止產(chǎn)生負(fù)峰切割失真，檢波器的交、直流負(fù)載之比應(yīng)大于調(diào)幅波的調(diào)制指數(shù) ma。當(dāng)?shù)头泡斎胱杩馆^低，對調(diào)制指數(shù)較大的信號難以滿足（ 153）時(shí)，解決辦法有兩個(gè)：一是將 RL分成 RL1 和 RL2， ri2通過 Cc并接在 RL2 兩端，如圖 158 所示。 這樣，因 RL=RL1+RL2 一定， RL1 越大，交、直流負(fù)載電阻相差越小，越不容易產(chǎn)生負(fù)峰切割失真，但是音頻輸出電壓也隨 RL1增大而減小。通常取 RL1/RL2=~，圖 158 中 C2是為進(jìn)一步提高濾波能力而加的，常選 C2=C1。 二是在檢波器與低放之間采用直接耦合方式。 圖 38 檢波器改進(jìn)電路之一 cmiL LRL UrR RU 2??cmiL Lacm UrR RmU 2)1( ???LLiLia RRrR rm ~22 ???武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 42 圖 39 晶體二極管檢波電路電原理圖 原理圖的繪制 根據(jù)電路圖，新建一個(gè)原理圖工程并保存，然后搜索出要用的元件，并布置好，最好進(jìn)行連線，然后對元器件進(jìn)行編號以 及封裝，完成好的原理圖的繪制如圖 31 所示。 圖 310 AMDEM 總原理圖 圖 311 左半部分原理圖 圖 312 右半部分原理圖 T 1 1 0 4E210uE110uE3100uE4100uC20 . 1 uC30 . 0 1 uC41000pC15100pC50 . 0 1 uC60 . 0 2 2 uC80 .1 uC90 . 1 u1 2 3K21 2 3K11 2 3K31 2 3K4D2L E D ( O )B G 13 D G 6 CR W 11MR33KR 1 65 . 6 KR233KR112KR 1 51KR 1 1100KR 1 31MR922KR 1 46 . 2 KR5390R42K R63 . 3 KR 1 268KR8390R7100KR 1 0100KD12 A P 1 2J1T P 1二中頻入32184U 1 AL M 3 5 8D3L E D ( R )J2T P 4音頻輸出T P 2 T P 3C 1 21000pR 1 710K+ 1 2 V + 5 V武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 43 PCB 的繪制 PCB 的制做過程是先把原理圖導(dǎo)入的 PCB 制作框中，然后進(jìn)行手動(dòng)排列好元件，最后進(jìn)行自動(dòng)布線，完成后的 PCB 如圖 32 所示。 在 PCB 設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個(gè) PCB 中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作 量最大。 PCB 布線有單面布 線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前， 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生 耦合。自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、 導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通， 然后進(jìn)行迷 宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要 斷開已布的線。并試 著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。 圖 313 ERC 電氣規(guī)則檢查結(jié)果 圖 314 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表 圖 316 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)報(bào)錯(cuò) 圖 317 導(dǎo)入后的圖片 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 44 圖 318 生成的 PCB 板圖 數(shù)字頻率解調(diào)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理 FSK 集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器由于性能優(yōu)越、價(jià)格低廉，體積小。所以得到了越來廣泛的應(yīng)用。 FSK 集成電路模擬鎖相環(huán)解調(diào)器的工作原理簡單是十分簡單的，只要在設(shè)計(jì)鎖相環(huán)時(shí)，使它鎖定在 FSK 的一個(gè)載頻 f1上，對應(yīng) 輸出高電平，而對另一載頻 f2失鎖，對應(yīng)輸出低電平，那末在鎖相環(huán)路濾波器輸出端就可以得到解調(diào)的基帶信號序列。 解調(diào)器框圖如圖 401 所示。解調(diào)器電原理圖如圖 402 所示。 圖 41 FSK 解調(diào)電路原理框圖 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 45 圖 42 FSK 解調(diào)電路電原理圖 FSK鎖相環(huán)解調(diào)器中的集成鎖相環(huán)選用了 MC14046。 MC14046集成電路內(nèi)有兩個(gè)數(shù)字式鑒相器（ PDⅠ、 PDⅡ）、一個(gè)壓控振蕩器（ VCO），還有輸入放大電路等，環(huán)路低通濾波器接在集成電路的外部。 壓控振蕩器的 中心頻率設(shè)計(jì)在 32KHz。圖 402 中 R4～ R C2 主要用來確定壓控振蕩器的振蕩頻率。 R C3構(gòu)成外接低通濾波器，其參數(shù)選擇要滿足環(huán)路性能指標(biāo)的要求。從要求環(huán)路能快速捕捉、迅速鎖定來看，低通濾波器的通頻帶要寬一些；從提高環(huán)路的跟蹤特性來看，低通濾波器的通帶又要窄些。因此電路設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足捕捉時(shí)間前提下，盡量減小環(huán)路低通濾波器的帶寬。 由圖 402可知，當(dāng)鎖相環(huán)鎖定時(shí)，環(huán)路對輸入 FSK信號中的 32KHz載波處于跟蹤狀態(tài)， 32KHz載波（正弦波）經(jīng)輸入整形電路后變成矩形載波。此時(shí)鑒相器 PDⅡ輸出端（引腳 13） 為低電平，鎖定指示輸出（引腳 1）為高電平，鑒相器 PDⅠ輸出（引腳 2）為低電平， PDⅠ輸出和鎖定指示輸出經(jīng)或非門 U2： A（ 74LS32）和 U3： A（ 74LS04）后輸出為低電平，再經(jīng)積分電路和非門 U3：B（ 74LS04）輸出為高電平。再經(jīng)過 U3： C（ 74LS04）、 U3： D（ 74LS04）整形電路反相后后從輸出信號插座 J3 輸出。環(huán)路鎖定時(shí)的各點(diǎn)工作波形如圖 403 所示。 圖 43 FSK 解調(diào)原理波形圖 E147uC30 . 0 1 5 uC40