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)(已改無錯(cuò)字)
2022-07-25 19:07:33 本頁面
【正文】 C1，基于濾波器特性的捕捉范圍可以和鎖定范圍一樣大。這種結(jié)構(gòu)使得即使輸入信號的噪聲很大，PLL也可以保持鎖定狀態(tài)。這種類型的相位比較器可以鎖定在接近于VCO中心頻率的諧波頻率附近。相位比較器II是一個(gè)上升沿觸發(fā)的鑒頻鑒相器。當(dāng)PLL用這個(gè)比較器時(shí)，環(huán)路被信號的上升沿所控制，并且對于參考信號和相位比較器輸入信號的占空比沒有特殊要求。它由四個(gè)觸發(fā)器，門控和一個(gè)由P型和N型驅(qū)動器組成的三態(tài)輸出組成。當(dāng)和頻率相等但是相位超前于時(shí)，P型輸出驅(qū)動器在PC2out引腳保持ON狀態(tài)，保持的時(shí)間與相位差相對應(yīng)。當(dāng)相位滯后于時(shí)N型驅(qū)動器保持ON狀態(tài)。當(dāng)?shù)念l率比頻率高時(shí)，P型輸出驅(qū)動器在輸入信號一個(gè)周期的大部分時(shí)間內(nèi)保持ON狀態(tài)，在剩余的時(shí)間內(nèi)，N型和P型驅(qū)動器都是OFF狀態(tài)。如果的頻率比頻率低，那么這個(gè)周期里的大部分時(shí)間N型驅(qū)動器都保持ON狀態(tài)。之后，低通濾波器中連接到PC2out的電容的電壓開始變化，直到參考信號和相位比較器輸入信號的相位和頻率都相等時(shí)。此時(shí)這個(gè)點(diǎn)的電壓保持穩(wěn)定，并且此時(shí)9腳的VCOin為高阻態(tài)。PCPout引腳的輸出為高電平，所以可以被用于表示鎖定狀態(tài)。因此，對于PC2來說，在VCO的全頻率范圍內(nèi)和之間不存在相位差。之所以功率損耗由于低通濾波器而減少是因?yàn)镻型和N型驅(qū)動器在信號輸入周期的大部分時(shí)間內(nèi)都處于OFF狀態(tài)。當(dāng)使用這種相位比較器時(shí)，PLL的鎖定范圍獨(dú)立于低通濾波器并且等于捕捉范圍。在端沒有信號輸入時(shí)通過PC2調(diào)節(jié)VCO可以使之達(dá)到最低頻率。鎖定于中心頻率時(shí)使用鑒相器II時(shí)的典型波形如圖44所示。 圖43 鎖定于中心頻率時(shí)使用鑒相器I時(shí)的典型波形圖44 鎖定于中心頻率時(shí)使用鑒相器II時(shí)的典型波形 電壓比較器模塊電壓比較器有三種常見的類型：單限比較器，滯回比較器，窗口比較器。在本次設(shè)計(jì)中用到的是單限比較器。單限比較器分為過零比較器和一般比較器。圖44所示為一般單限比較器，為外加參考電壓。根據(jù)疊加原理可知，運(yùn)放反相輸入端的電位 （41）令，則求出閾值電壓 （42）當(dāng)時(shí)，所以，；當(dāng)時(shí)，所以。若，則圖44所示電路的電壓傳輸特性如圖45所示。根據(jù)式（42）可知，只要改變參考電壓的大小和極性，以及電阻R1和R2的阻值，就可以改變閾值電壓的大小和極性。若要改變過時(shí)的躍變方向，則應(yīng)將運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端所接外電路互換。圖44 單限比較器電路電路圖圖45 單限比較器電壓傳輸特性 低通濾波器模塊若濾波器僅由無源原件如，電阻、電容、電感組成，則稱為無源濾波電路。若濾波電路由無源元件和有源元件如雙極性管、單極性管、集成運(yùn)放共同組成，則稱為有源濾波電路。本次設(shè)計(jì)采用有二階有源低通濾波器。由于一階電路的過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減斜率僅為20dB/十倍頻。所以增加RC環(huán)節(jié)，可加大衰減斜率。如圖46所示為簡單二階低通濾波電路。其帶通放大倍數(shù)為 （43）傳遞函數(shù) （44）當(dāng)C1=C2=C時(shí)， （45） （46）代入式，整理可得 （47）用取代s，且令，得出電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為 （48）令式分母的模等于，可解出通帶截止頻率 （49）幅頻特性如圖47所示。雖然衰減斜率達(dá)40dB/十倍頻，但是遠(yuǎn)離。若使附近的電壓放大倍數(shù)數(shù)值增大，則可使接近，濾波特性趨于理想。圖46 二階低通濾波電路電路圖圖47 二階低通濾波電路幅頻特性 LM324在本次設(shè)計(jì)中的應(yīng)用LM324系列器件帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3V或者高到32V的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖48所示的符號來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。其中1，2，3腳是一組，5，6，7腳是一組，8，9，10腳是一組，12，13，14腳是一組，剩下的兩個(gè)腳是電源。1，7，8，14是各組放大器的輸出腳，其他的就是輸入腳。LM324的引腳排列如圖48。LM324系列有四個(gè)獨(dú)立，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松的將提供所需的接口電路，而無需額外的177。15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓，其運(yùn)放類型為低功率，工作溫度范圍在0176。C到+70176。C之間，。輸入偏移電壓最大是7mV。具有短路保護(hù)輸出，內(nèi)部補(bǔ)償，輸入端靜電保護(hù)，共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源等功能。圖48 LM324引腳圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第五章 基于PLL芯片的FSK信號調(diào)制解調(diào)模塊的實(shí)現(xiàn)本章主要介紹本次設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)過程以及結(jié)果。 電路設(shè)計(jì) 調(diào)制模塊調(diào)制模塊電路如圖51所示。C1和R1為VCO外接電容電阻，使VCO振蕩?；鶐盘柦尤胫烈_，通過高低電平改變VCO振蕩頻率，從而完成調(diào)制,調(diào)制信號從引腳輸出。圖51 FSK調(diào)制電路 解調(diào)模塊解調(diào)模塊電路如圖52所示。C2和R2為VCO外接電容電阻，使VCO振蕩。且振蕩頻率同調(diào)制端相同。調(diào)制信號接入至端，作為參考信號。端同端相接，將VCO輸出作為相位比較器輸入。參考信號同相位比較器輸入信號的相位差信號通過輸出，該信號通過二階有源低通濾波器濾除高頻分量后成為直流信號且該信號被回送至端。 電壓比較器模塊電壓比較器模塊如圖52所示。通過低通濾波器輸出的信號被送入電壓比較器，當(dāng)直流電壓較高時(shí)輸出高電平，直流電壓較低時(shí)輸出低電平。電壓比較器的輸出信號即為解調(diào)信號。圖52 解調(diào)電路及電壓比較器電路 具體數(shù)據(jù)及實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)中基帶傳輸信號為頻率為100Hz的方波，其高電平電壓3V，低電平電壓為1V，如圖53所示。經(jīng)過PLL調(diào)制之后。，如圖55及圖59所示。該調(diào)制信號輸入至解調(diào)端，,。，如圖56及圖510所示。此后經(jīng)過相位比較器輸出的信號如圖57所示，通過低通濾波器濾除高頻信號后成為直流電壓。該濾波器電壓放大倍數(shù)為3。，低電平時(shí)電壓為1V，其波形如圖58所示。該波形通過電壓比較器，。該波形即為FSK解調(diào)后的波形，如圖54所示。調(diào)制和解調(diào)端的PLL的外接電阻值均為100,電容均為150nF。進(jìn)行調(diào)試時(shí)使用的實(shí)際電路如圖511所示。圖53 基帶信號頻率圖54 基帶信號與解調(diào)后輸出信號波形圖55 基帶信號及調(diào)制信號波形圖56 基帶信號及解調(diào)端VCO輸出波形圖57 基帶信號及解調(diào)端相位比較器輸出信號波形圖58 基帶信號及濾波器輸出信號圖59 調(diào)制信號中高頻率信號頻率圖510 解調(diào)端VCO輸出信號高頻部分頻率圖511 實(shí)際調(diào)試電路 實(shí)際調(diào)試過程首先搭建調(diào)制電路，按照設(shè)計(jì)好的電路在面包板上進(jìn)行搭建，在搭建好解調(diào)電路之后，首先測量解調(diào)端PLL芯片中的VCO的中心頻率，并調(diào)整外接電容和外接電阻，使得解調(diào)端的PLL芯片中VCO的中心頻率適中。由于調(diào)試時(shí)所用試驗(yàn)箱的電壓只有5V，所以在面包板上串聯(lián)10個(gè)完全相等的電阻，并記下VCO輸出的相應(yīng)的頻率并選擇合適的電壓范圍。之后，按照設(shè)計(jì)好的解調(diào)端電路搭好解調(diào)端PLL和低通濾波電路將調(diào)制信號送至解調(diào)端。在低通濾波器輸出端測量輸出波形，發(fā)現(xiàn)波形不正確。測量比較器輸出發(fā)現(xiàn)波形正確。由此可知低通濾波電路設(shè)計(jì)不合理。由于設(shè)計(jì)的一階濾波電路濾波效果不理想。故決定將一階有源低通濾波器改為二階有源低通濾波器。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最終確定二階有源低通濾波器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)。在確定好濾波器的參數(shù)之后，用示波器測量出低
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