【導讀】于實踐，通過本課程設計的實踐使學生具有一定的實踐操作能力；熟練使用示波器、信號源、萬用表、頻譜分析儀等儀器設備；b、掌握在Multisim平臺上完成電路原理圖的仿真；c、熟悉ProtelDXP的運行環(huán)境；e、根據(jù)所選題目的需要，會正確設計電路，最終優(yōu)化電路。a、根據(jù)所選題目，設計相應的電路；c、根據(jù)設計電路完成PCB制版，最終完成電路的研制。掌握壓控振蕩器原理、PLL原理和時鐘調(diào)節(jié)的方法，掌握外圍電路和接口了解可。增益帶寬積、環(huán)路增益、穩(wěn)定性原理、相頻特性、幅頻特性、阻抗匹配等含義，了解分布參數(shù)、地線布局電路性能的影響方式，掌握原理圖和PCB的設計技巧。了解單片機特性，掌握單片機選擇和系統(tǒng)外圍電路及其接口電路設計。掌握定位精度與AD之間的關系；子題目1：設計一個前置放大電路，前置放大倍數(shù)20dB。子題目2：設計一個AGC電路，要求增益控制范圍40dB，輸出最大增益60dB。子題目3：設計一個有源低通濾波電路，要求倍頻程衰減24dB，截止頻率30kHz。

　　

【正文】 差分和共模輸入阻抗為電阻為 500 歐姆，電容為 2 皮法； LO 到 RF的隔離度為 45dB。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。 AD831 芯片管腳 考慮到價格及芯片的各項參數(shù)，我們選擇 AD831 低功耗的四象限模擬乘法器芯片。其芯片管腳如下： 30 AD831 芯片內(nèi)部原理圖 31 上圖所示是 AD831 的內(nèi)部電路框圖。圖中，頻頻輸入信號加到晶體管 Q Q2 的基極，由于電阻 R R2 的負反饋潮作用，因而差分電流射頻信 號的幅度成線性關系。 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。當將IFP、 IFN 連接到有中心抽頭的變壓器上時， AD831 不可提供從射頻到中頻的單路輸出。若使用輸出放大器，則可降 IFP 和 IFN 腳直接與 AP 和 AN 腳相連，這時，片內(nèi)的負載電阻可將輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓來驅(qū)動輸出放大器。 1 控制偏置電流 AD831 的射頻輸出的最大值與偏置電流成比例，在 BIAS 引腳與電源之間接一個電阻可使偏置電流減小。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?；祛l器工作電流的調(diào)節(jié)范圍可從正常工作的 100mA調(diào)整至最小功耗時的 45mA。 2 低通濾波 在混頻和輸出放大器之間可加入一個簡單的低通濾波器，方法是在芯片的內(nèi)部電阻性負載上并聯(lián)一個外接電容（芯片的內(nèi)部電阻性負載為 14Ω，允許有 20%的偏差），這樣在下混頻應用中將顯著衰減本振信號和射頻信號的和頻成分。該一階 32 低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率，應選擇在比下混頻的 IF輸出高一個倍頻程的位置。例如，對 70MHz 中頻輸出而言， 3dB 點可選在 140MHz 附近，此時 CF 應為 82pF。 3 輸出放大器的應用 AD831 的輸出放大器可將混頻的差分電流轉(zhuǎn)換為單端電壓輸出形式，并可在 50Ω的負載上提供高達 1V 的峰 峰值電壓。把 AN 和 AP 直接連接到混頻級的集電極輸出上，并將輸出端（ OUT）接至 VFB，這樣可提供單增益。改變增益時，可在放大器的輸出端外接一個電阻網(wǎng)絡 R R4 并連接至 VFB。 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。 四、 Altium Designer 繪制 PCB 板 二極管環(huán)形混頻器的原理圖設計 ： 33 二極管環(huán)形混頻器的 PCB 設計 ： 本次 PCB 的布線采用雙層板布線，因為二極管環(huán)形和兩個變壓器之間的第 3管腳需要接本振輸入信號，所以線路勢必有交叉，并且高頻板引線對高頻信號影響極壞，所以我們首先考慮雙層板。由于電感取值特別小，因此考慮電感使用貼片封裝的形式。 AD831 模擬乘法器芯片實現(xiàn)混頻電路 ： 34 繪制原理圖的過程中，發(fā)現(xiàn)缺少 PLCC20 管腳的 AD831 芯片的原理圖及封裝，我們首先想到的是在網(wǎng)上檢索 AD831的原理圖及封裝，雖然找到了，但是網(wǎng)路上的AD831 芯片的原理圖庫與我們連線使用的電路管腳分布很不一樣，強行使用其原理，必將造成繪制原理圖的時候線路出現(xiàn)交叉，影響視覺效果。所以我們還是決定自己繪制器件原理圖和封裝。封裝的繪制采用元器件繪制向?qū)缦?: 35 其參數(shù)設置參照芯片手冊元器件的外型設置： 36 AD831 混頻器原理圖繪制及說明 AD831 整體效果圖如下，選頻網(wǎng)絡才有雙切換模式，兩個帶通濾波器一個濾取上變頻，一個濾取下變頻。 前置 CLC 阻抗匹配電路：射頻信號端的阻抗匹配電路使 傳輸線 獲得最大功率 。 37 下變頻選頻網(wǎng)絡：此處的帶通濾波器中心頻率為 42MHZ，帶寬 38MHZ 的 Filter Solution 設計的帶通濾波器修改而來。 上變頻選頻網(wǎng)絡：中心頻率為 ，帶寬為 32MHZ，電感電容的參數(shù)值略有修改。 AD831 混頻器 PCB 繪制及說明 38 電路板繪制過程中，由于是高頻板，走線盡可能短，布線線寬盡可能寬。并且在輸入端和混頻輸出端各留有測試孔。封裝問題，電阻、電感、電容均采用直插式，購買電感時去檢索了一下本來是有 NH 級的直插電感，可是后來沒有買到直插的 電感，只能使用貼片的電感。 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。在其中選擇打印效果最好的制作 線路板 。 二、 裁剪覆銅板 用感光板制作 電路板 全程圖解 。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的 線路板 ，將覆 銅板裁成電路板的大小，不要過大，以節(jié)約材料。 三、 預處理覆銅板 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。 四、 轉(zhuǎn)印電路板 將打印好的 電路板 裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，對齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機，放入時一定要保證轉(zhuǎn)印紙沒有錯位。一般來說經(jīng)過 23次轉(zhuǎn)印，電路板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在 覆銅板 上。熱轉(zhuǎn)印機事先就已經(jīng)預熱， 39 溫度設定在 160200 攝氏度，由于溫度很高，操作時注意安全 五、 腐蝕 線路板 先檢查一下 電路板 是否轉(zhuǎn)印完整，若有少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好的地方可以用黑色油性筆修補。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。腐蝕液的成分為濃鹽酸、濃雙氧水、水，比例為 1： 2： 3，在配制腐蝕液時，先放水，再加濃鹽酸、濃雙氧水，若操作時濃鹽酸、濃雙氧水或腐蝕液不小心濺到皮膚或衣物上要及時用清水清洗，由于要使用強腐蝕性溶液，操作時一定注意安全！ 六、 線路板鉆孔 線路板 上是要插入 電子元件 的，所以就要對線路板鉆孔了。依據(jù)電子元件管腳的粗細選擇不同的鉆針，在使用鉆機鉆孔時，線路板一定要按穩(wěn)，鉆機速度不能開的過慢，請仔細看操作人員操作 七、 線路板預處理 鉆孔完后，用細砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉，用清水把線路板清洗干凈。水干后，用松香水涂在有線路的一面，為加快松香凝固，我們用熱風機加熱線路板 ，只需 23分鐘松香就能凝固。 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 設置為 ～ ；線條寬度設置為 ～ ，電源和地線寬度設置為 1～；繪圖時無法走線可用跳線代替； 打印時要設置為黑白格式，打印優(yōu)先層設置為焊盤優(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。 C的熱水配制，不要放太多（深度 1～ 左右），并蓋上蓋子不斷搖晃塑料盒，可大大加快腐蝕速度（ 15～ 20 分鐘）；腐蝕完后蓋上蓋子，以便下次使用； 腐蝕完后，銅箔板上的黑色保護層可用濕布蘸取去污粉用力擦 除，或用化學溶劑例如松香水擦除；并用棉簽沾取松香酒精溶液，或其他助焊 劑涂抹在銅箔板表面，起到抗氧化作用； 打孔時，下面要墊木板或舊書之類的，以免桌子損壞；一般電 阻、電容和集成電路等用Φ 鉆頭，其他較大管腳元件可用Φ 1mm 鉆頭。 五、焊接工藝及電路板成型 41 + 焊接的過程中發(fā)現(xiàn)沒有直插的電感，故采用貼片的電感。焊接過程中不要出現(xiàn)虛焊等不好的現(xiàn)象。 六、實驗測試結(jié)果 七、心得總結(jié) 理論是基礎，運用是難點。通過這次小組自己設計使用電路，對上課老師所講的知識有了全新的認識。再設計中接觸了很多芯片手冊，意識到做事電子設型電路加以照搬或稍微修改。對于最終的全 圖仿真并沒有做出結(jié)果來，并且將原理圖實際轉(zhuǎn)換為電路板還會出現(xiàn)很多意想不到的錯誤。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。器件選型上，盡可能選擇通用型器件，主要參數(shù)物理功能可能能夠?qū)崿F(xiàn)，不過比較細微的參數(shù) 42 還是沒有考慮到。這次設計我們發(fā)現(xiàn)了很多不足，也找到了前進的方向，對光電子設計產(chǎn)生了濃烈的興趣。 43 參考文獻 [1]《 Mlutisim 電路設計及仿真入門與應用》 鄭步生，吳渭主編 [2]《 EDA 技術礎》 郭勇，許戈，劉豫東 主編 [3]《高頻電子技術》張義芳主編 [4]《高頻電路實驗與仿真》 李新春 陳俊霏 主編