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调幅信号处理实验电路电子大赛设计分析

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sixgett 发表于 2018-6-27 14:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
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2017年电子设计大赛
一、命题目的
二、方案选择和论证
三、理论分析与计算
四、电路与程序设计
五、测试结果
目录
3
提高通信电路(又称高频电子线路、非线性电路等)工作频率,2015年200MHz,2017年提高到300MHz以上。尽可能避开通信概念,只要学过通信电子线路都能做。
调幅信号处理实验电路(F题)
【本科组】
一、任务
设计并制作一个调幅信号处理实验电路。其结构框图如图1所示。输入信号为调幅度50% 的AM信号。其载波频率为250MHz~300MHz,幅度有效值Virms为10µV~1mV,调制频率为300Hz~ 5kHz。
一、命题目的
低噪声放大器的输入阻抗为50Ω,中频放大器输出阻抗为50Ω,中频滤波器中心频率为10.7MHz,基带放大器输出阻抗为600Ω、负载电阻为600Ω,本振信号自制。
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二、要求
1.基本要求
(1)中频滤波器可以采用晶体滤波器或陶瓷滤波器,其中频频率为10.7MHz;
(2)当输入AM信号的载波频率为275MHz,调制频率在300Hz ~ 5kHz 范围内任意设定一个频率,Virms=1mV时,要求解调输出信号为Vorms=1V±0.1V的调制频率的信号,解调输出信号无明显失真;
(3)改变输入信号载波频率250MHz~300MHz,步进1MHz,并在调整本振频率后,可实现AM信号的解调功能。
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2.发挥部分
(1)当输入AM信号的载波频率为275MHz,Virms在10µV~1mV之间变动时,通过自动增益控制(AGC)电路(下同),要求输出信号Vorms稳定在1V±0.1V;
(2)当输入AM信号的载波频率为250MHz~300MHz
(本振信号频率可变),Virms在10µV~1mV之间变动,调幅度为50%时,要求输出信号Vorms稳定在1V±0.1V;
(3)在输出信号Vorms稳定在1V±0.1V的前提下,尽可能降低输入AM信号的载波信号电平;
(4)在输出信号Vorms稳定在1V±0.1V的前提下,尽可能扩大输入AM信号的载波信号频率范围;
(5)其他。
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系统由射频低噪声放大器、混频、本振信号产生、中频滤波放大、AM检波和基带滤波放大以及自动增益控制等组成。
1.射频低噪声放大器
采用高稳定的固定增益LNA芯片,其噪声系数较低,容易级联得到高增益放大器,提高系统灵敏度。选用噪声系数NF=1.3的射频小信号放大器TQP3M9008作为前级放大器,其3dB频率范围50MHz~4GHz。
2.混频器
为实现系统高灵敏度一方需要选择噪声系数小的前端放大器,同时也需要灵敏度高的混频器电路。

选用灵敏度较低、噪声系数较大的乘法器实现混频。它具有输入动态范围宽、电路调试简单,带宽宽的特点。
3.中频滤波器和中频放大器
系统使用OPA847(单位增益带宽为3.9GHz)电压反馈运放作为中频放大器,两级级联使用,共实现40dB的中频增益。满足系统要求。中频滤波器采用晶体滤波器。由于本题AM调制信号的基带频率最高为5kHz,需要带宽大于10kHz的滤波器。在10.7MHz频率上的晶体滤波器可以做到15kHz以上,且Q值非常高,能够在满足系统要求的前提下,大大提高系统灵敏度。
4.自动增益控制
射频前段AGC+基带AGC。通过射频AGC实现信号稳定性的粗调,在利用基带AGC实现输出信号幅度的精确控制,既能提高输入信号的动态范围,又能提高输出信号的稳定性。
5.检波解、基带放大器、带通滤波器的、自动增益控制等。
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系统的框图如图1所示。射频信号源的输出信号,依次经过第一级LNA、衰减器、第二级LNA、衰减后,进入混频器,并与自制的本振信号源进行混频,混频后的信号通过10.7MHz的晶体滤波器后,得到10.7MHz的中频信号。本系统对中频信号进行2级中频放大后,再进行能量检测和AM检波。AM检波后的信号,通过300Hz~5kHz的带通滤波器、基带AGC电路后,在600欧姆负载得到1V±0.1V有效值的基带信号。系统采用两块微处理器,MCU1完成该射频AGC功能,它根据有效值检测电路的输出,控制射频前段的程控衰减器,使中频放大器输出信号幅度能稳定在200mV±1dB内。MCU2完成本振信号产生功能,它根据输入的指令,产生所需要的射频信号频率。
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1.低噪声放大器的设计
接收机灵敏度计算
放大器的噪声系数NF越低,系统的灵敏度就越高。系统选用噪声系数NF=1.3的射频小信号放大器TQP3M9008作为前级放大器,其3dB频率范围50MHz~4GHz。考虑到发挥部分的要求,设系统最小输入信号为1μV(对应-107dBm)。经过测试,获知乘法器的输入信号需要 -65dBm,故前级需要42dB以上增益。为此,设计两级LNA,每集增益为23dB,最大可以提供46dB增益。
2.中频滤波器和中频放大器的设计
中频载波信号频率为10.7MHz,,根据AM信号的最高基带信号频率为5kHz可得中频带宽需要大于10kHz。考虑到中频滤波的带外衰减能力和Q值,对灵敏度的影响很大,我们选择性能较好的带宽为15kHz,中心频率为10.7MHz的晶体滤波器完成中频滤波功能。
考虑到晶体滤波器的输入输出阻抗为3000欧姆,系统设计了阻抗匹配电路,完成其与后级50欧姆输入阻抗的放大器的阻抗匹配。
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混频器提供了8dB增益,加上LNA的46dB 增益,此处可获得54dB增益。考虑到AM检波电路的最佳工作点大于-15dBm,在输入为1μV(-107dBm)下,还需要中频提供38dB增益。系统使用OPA847(单位增益带宽为3.9GHz)电压反馈运放作为中频放大器,两级级联使用,共实现40dB的中频增益。满足系统要求。

3.混频器的设计
混频器采用AD831实现。经测试,其输入信号范围-65dBm~8dBm,最高混频频率可达1.5GHz。它在输入信号小于0dBm时,失真度较小。通过LNA及射频前端的程控衰减器,保证了输入给AD831的信号满足要求,同时所设计的本振的输出幅度设定为-10dBm,保证混频器工作于最佳状态。
4.ADF4351本振电路
本振采用ADF4351实现(自动扫频功能测试:设定载波频率,开启自动扫频功能)
5.基带放大器电路设计按照题目要求基带信号的频率范围为
300Hz~5kHz,为得到比较纯净的基带信号,将其经过音频运放放大后通过四阶带通滤波器(通频带为250Hz~7kHz),带内信号得到放大的同时,衰减了17带外的杂散频率干扰,可使得系统的灵敏度进一步提高。同时基带信号通过由AD603构成的自动增益控制(AGC)电路最后输出电压稳定在1Vrms±0.1V的幅度范围内。
6.程控增益设计
考虑到拓展部分,输入信号变化范围为1μV(-107dBm)~1mV( -47dBm),动态范围为60dB。通过两级HMC470串联,可实现最大63dB的衰减,可满足要求。
射频信号部分的程控增益由单片机,程控衰减器,功率检测芯片三者组成闭环控制。程控衰减器插在两级低噪声放大器之间。功率检测芯片检测中频输出的信号功率值,将其与设定的信号功率阈值电压进行比较,若超出阈值,则单片机控制衰减器衰减信号功率。否则减小衰减器的衰减值,以此达到对前段高频部分的程控增益的闭环控制。
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7.系统电源:
由于系统高频信号链路和低频信号链路同时存在,
所以对于电源的要求较高。系统采用高性能低纹波大
功率线性稳压电源为系统整体供电。系统高放部分为
采用单电源5V供电,中频及检波电路采用±5V双电
源供电。使用电荷泵电路产生-5V电压源。各模块电
路并通过LC滤波,接入电源。单片机数字地与前端模
拟地相互隔离。各模块电路在电源接口处增加钽电容
和铝电解电容的去耦回路。

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2017西电资料题分析.pdf (1.73 MB, 下载次数: 13)
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L'inconstance. 发表于 2019-1-5 15:42 | 显示全部楼层
楼主这个有没有仿真可以发我一份研究研究嘛?
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