通信电子线路邱健8调角信号解调电路.ppt

8.1 概述概述8.2 鉴相器鉴相器8.3 鉴频器鉴频器8.4 限幅器限幅器 第第 8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路8.1 概述概述 调频波的解调又称频率检波，简称调频波的解调又称频率检波，简称鉴频鉴频；调相波的解；调相波的解调又称相位检波，简称调又称相位检波，简称鉴相鉴相。本节讨论的重点在鉴频。本节讨论的重点在鉴频。对调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬时频率的对调频波而言，调制信息包含在已调信号瞬时频率的变化中，所以解调的任务就是把已调信号瞬时频率的变化变化中，所以解调的任务就是把已调信号瞬时频率的变化不失真地转变成电压变化，即实现不失真地转变成电压变化，即实现“频率频率电压电压”转换，转换，完成这一功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。完成这一功能的电路，称为频率解调器，简称鉴频器。一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标1.1.实现鉴频的方法实现鉴频的方法 (1)(1)利用波形变换进行鉴频利用波形变换进行鉴频 将调频信号先通过一个将调频信号先通过一个线性变换网络线性变换网络，使调频波变换成，使调频波变换成调频调幅波调频调幅波，其幅度正比于瞬时频率的变化，经变换网络输，其幅度正比于瞬时频率的变化，经变换网络输出的调频调幅信号再作振幅检波即可恢复出原调制信号，斜出的调频调幅信号再作振幅检波即可恢复出原调制信号，斜率鉴频率鉴频(即失谐回路鉴频即失谐回路鉴频)、相位鉴频等均属于此类。、相位鉴频等均属于此类。实现鉴频的方法很多，但常用的方法有以下几种：实现鉴频的方法很多，但常用的方法有以下几种：利用波形变换鉴频的方框图与波形图利用波形变换鉴频的方框图与波形图 一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标(2)相移乘法鉴频相移乘法鉴频 这种鉴频的原理是：将调频波经过移相电路变成这种鉴频的原理是：将调频波经过移相电路变成调频调调频调相波相波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系；然后将此系；然后将此调频调相波调频调相波与与未相移的调频波未相移的调频波(为参考信号为参考信号)进进行行相位比较相位比较，即可得到鉴频电路的解调输出。由于，即可得到鉴频电路的解调输出。由于相位比较相位比较器一般都选用乘法电路器一般都选用乘法电路，所以此类鉴频电路就称为相移乘法，所以此类鉴频电路就称为相移乘法电路。电路。一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标 移相器 相位比较器(鉴相器)(乘法器)vB 限幅器 vA FM 波 vA FM 波 滤波器 解调输出 vL(FMPM 波)相移乘法鉴频框图相移乘法鉴频框图 这种鉴频电路在集成电路中被广泛应用，其主要特点这种鉴频电路在集成电路中被广泛应用，其主要特点是性能良好，片外电路十分简单，通常只有一个可调电感，是性能良好，片外电路十分简单，通常只有一个可调电感，调整非常方便。调整非常方便。一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标 这是利用调频波单位时间内过零信息的不同来实现解这是利用调频波单位时间内过零信息的不同来实现解调的一种鉴频器。因为调频波的频率是随调制信号变化的调的一种鉴频器。因为调频波的频率是随调制信号变化的，当瞬时频率高时，过零的数目就多；瞬时频率低时，过，当瞬时频率高时，过零的数目就多；瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特点，就可以实现解零点的数目就少。利用调频波的这个特点，就可以实现解调，其最大优点是线性良好。下图是这种鉴频的一种框图调，其最大优点是线性良好。下图是这种鉴频的一种框图，其主要点的波形变化情况也在图中标出。，其主要点的波形变化情况也在图中标出。(3)脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标 限幅器 v1 v2 v3 脉冲 形成电路 微分 电路 低道 滤波器 vS 0 v1 0 v2 0 v3 0 t t t t vo vAV 0 t(f)(e)(d)(c)(b)(a)vS 脉冲计数式鉴频器实现方框图和波形图脉冲计数式鉴频器实现方框图和波形图 一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标 首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微分变为尖脉冲序列，用其中正脉冲去触发脉冲形成电路，分变为尖脉冲序列，用其中正脉冲去触发脉冲形成电路，这样调频波就变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它这样调频波就变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它的周期变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低的周期变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低通滤波，取出其平均分量，就可得到原调制信号。通滤波，取出其平均分量，就可得到原调制信号。这种电路的突出优点：线性好、频带宽、便于集成，同时这种电路的突出优点：线性好、频带宽、便于集成，同时它能工作于一个相当宽的中心频率范围它能工作于一个相当宽的中心频率范围(1Hz-10MHz(1Hz-10MHz，如配，如配合使用混频器，中心频率可扩展到合使用混频器，中心频率可扩展到100MHz)100MHz)。(4)利用锁相环路实现鉴频。利用锁相环路实现鉴频。一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标 2.鉴频器的主要技术指标鉴频器的主要技术指标 鉴频器的主要特性是鉴频特性，鉴频器的主要特性是鉴频特性，也就是鉴频器输出电压也就是鉴频器输出电压u uo与输入调与输入调频波频率频波频率f之间的关系，典型的鉴之间的关系，典型的鉴频特性曲线如图所示。频特性曲线如图所示。以下列几个参量衡量鉴频器性以下列几个参量衡量鉴频器性能的技术指标。能的技术指标。vo f fo vo f BWD 2fmax 一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标(1)(1)鉴频跨导鉴频跨导S S 在中心频率附近，单位频偏所引起的输出电压的变化量，在中心频率附近，单位频偏所引起的输出电压的变化量，即即ooffSfv 显然，鉴频跨导的绝对值越高越高，意味着鉴频特性曲线显然，鉴频跨导的绝对值越高越高，意味着鉴频特性曲线越陡峭，鉴频能力越强。越陡峭，鉴频能力越强。vo f fo vo f BWD 2fmax 一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标(2)(2)线性范围线性范围 指鉴频特性曲线近似于直线段的频率范指鉴频特性曲线近似于直线段的频率范围，用围，用2 2 fmax表示，如图所示，它表明鉴频表示，如图所示，它表明鉴频器不失真解调时所允许的频率变化范围。因器不失真解调时所允许的频率变化范围。因此，要求此，要求2 2 fmax应大于调频波最大频偏的两应大于调频波最大频偏的两倍。倍。2 2 fmax又称为鉴频器的带宽。又称为鉴频器的带宽。(3)(3)鉴频灵敏度鉴频灵敏度 主要是指为使鉴频器正常工作所需的输主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度，其值越小，鉴频器灵敏度入调频波的幅度，其值越小，鉴频器灵敏度越高。越高。vo f fo vo f BWD 2fmax 一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指一、鉴频方法概述和鉴频器的主要技术指标标 鉴相电路鉴相电路又称相位解调电路又称相位解调电路;鉴相电路输入端的两个信号，一个为鉴相电路输入端的两个信号，一个为输入信号输入信号，另一个为，另一个为参考相位信号参考相位信号。输出信号可以是模拟电压，也可以是数字量。输出信号可以是模拟电压，也可以是数字量。前者称为前者称为模拟鉴相电路模拟鉴相电路，后者称为，后者称为数字鉴相电数字鉴相电路路。8.2 8.2 鉴相器鉴相器 常用的鉴相器电路有两种，即常用的鉴相器电路有两种，即乘积型鉴相器乘积型鉴相器和和门电路鉴门电路鉴相器相器。本节主要讨论乘积型鉴相器。本节主要讨论乘积型鉴相器。鉴相电路的鉴相电路的作用：作用：将输入端的两个信号之间的将输入端的两个信号之间的相位差相位差转换成转换成某种输入信号某种输入信号，实现调相波的解调。，实现调相波的解调。乘积型鉴相器乘积型鉴相器利用模拟乘法器进行利用模拟乘法器进行相位偏移相位偏移电压的变电压的变换换，然后用，然后用低通滤波器低通滤波器恢复调制信号。恢复调制信号。二、鉴相器二、鉴相器8.2 8.2 鉴相器鉴相器8.2.1 8.2.1 乘积型鉴相器乘积型鉴相器1组成框图组成框图相乘器相乘器(例如双差分对平衡调制器例如双差分对平衡调制器)+低通滤波器。低通滤波器。2工作原理工作原理设两个输入信号分别为设两个输入信号分别为 11m1()coscu tUtt 22m2()sincu tUtt下面的分三种情况分析下面的分三种情况分析（1）u1(t)和和u2(t)都是小信号；（都是小信号；（2）u1(t)和和u2(t)都是大信号；（都是大信号；（3）u1(t)小、小、u2(t)是大信号。是大信号。8.2.1 8.2.1 乘积型鉴相器乘积型鉴相器低通滤波器相乘器相乘器(例如双差分对平衡调制器例如双差分对平衡调制器)+低通滤波器。低通滤波器。2工作原理工作原理为了简化分析，设为了简化分析，设 2(t)=0。设。设u2(t)为参考信号。为参考信号。(1)V2m 26 mV，V1m 26 mV，上式简化为，上式简化为8.2.1 8.2.1 乘积型鉴相器乘积型鉴相器 112121121cossin11sin 2sin22MmcmcMmmcMmmi tK UttUtK U UttK U Ut该信号经过低通滤波器后的输出为：该信号经过低通滤波器后的输出为：1211sin2oMmmLutKUURt 根据调相波原理，1(t)与调制信号关系为：1(t)=Kpu(t)。一般情况下，在|1(t)|/6时，1212oMmmLputK U UR K ut 8.2.1 8.2.1 乘积型鉴相器乘积型鉴相器 1212oMmmLputK U UR K ut 根据上式可以看到，输出信号与原调制信号成线性关系实现了调相波的解调。技术指标：技术指标：（1）鉴相跨导S：112100.5oMmmLtdutSK U URdt（2）鉴相线性范围max：根据线性范围的近似要求，可以得到：max263rad8.2.1 8.2.1 乘积型鉴相器乘积型鉴相器(2)V1m 100 mV，上式简化为，上式简化为 122Mqi tKut thutkT 1111111111444cossinsin 3sin 53522sinsin 222sin 2sin 433MmccccMmMmcMmcMmci tK UtttttK UtK UttK UttK Utt 此时，双曲正切函数双曲正切函数可近似周期为2/c的开关函数，将双曲正切函数傅里叶展开式代入上式，电流表达式改写为：经过低通滤波器输出为：经过低通滤波器输出为：112sinoMmLutK URt 8.2.1 8.2.1 乘积型鉴相器乘积型鉴相器同理，同理，当当 1(t)=Kpu(t)，且，且|1(t)|/6时，输出电压关系式为：时，输出电压关系式为：12oMmLputK UR K ut 技术指标：技术指标：（1）鉴相跨导S：112oMmLdutSK URdt（2）鉴相线性范围max：根据线性范围的近似要求，可以得到：max263rad(3)V2m 100 mV，V1m 100 mV，上式简化为，上式简化为 12()()22Mqqi tKthutthutkTkT8.2.1 8.2.1 乘积型鉴相器乘积型鉴相器此时，两个双曲正切函数的展开式相乘，可以得到：1111112221122444coscos 33cos 5535444sinsin 3sin 535888sinsin3sin532588sin 2sin 233MccccccMMMMcMci tKtttttttttKtKtKtKttKtt 1122112288sin 43sin 453