AM信号同步检波器

华南理工大学广州学院

高频课程设计报告

题目：AM信号同步检波器姓名：黄日志

学号： 201230085232

序号： 1

学院：电子信息工程学院

班级： 12电信1班

指导老师：羊梅君

完成时间： 2014-6-29

目录

1. 概述 (3)

1.1幅度解调原理 (3)

1.2同步检波电路原理 (5)

2. 电路设计 (6)

2.1MC1596芯片介绍 (6)

2.2M ULTISIM仿真电路 (8)

3. 软件运行 (8)

3.1参数设置 (8)

3.2仿真结果 (7)

4. 设计结论 (11)

5. 总结体会 (12)

参考资料 (10)

同步检波电路的设计

1. 概述

调制信号的解调过程称为检波，常用的方法有包络检波和同步检波两种。由于有载波的振幅调制信号包络直接反应了调制信号的变化规律，可以用包络检波法进行解调。而抑制载波双边带或单边带信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，所以无法用包络检波器进行解调，必须采用同步检波器。

同步检波器分为相乘型和相加型同步检波器。可以利用模拟相乘器，实现该功能。

1.1 幅度解调原理

调幅的实质是利用模拟相乘器将调制信号频谱线性搬移到载频附近，并通过带通滤波器提取所需要的频带信号。解调作为调制的逆过程，必然是再次利用相乘电路将调制信号频谱从载波频率附近搬回原来你位置，并通过低通滤波器提取所需要的调制信号，即基带信号，滤除无用的高频分量。

K

M v i v a v

Ω

v r

图1.1-1 幅度解调器的组成框图

图中，K M 是相乘电路的标尺因子，v r 是参考信号，v i 是输入的已调幅信

号，无外乎以下的三种形式之一

t t g c AM v

ωcos )(= 0)(≥t g

t t g c D S B v ωc o s )(= 0)(=t g

(1.1.1) 低通滤波器

ωωc c SSB t g t t g v sin 2)(cos 2)(∧

±= 式中，)(t g 代表调制信息，∧)(t g 是)(t g 的希尔伯特变换。为了能从条幅波中恢复调制信号，需要输入一个与载波同频同相的高频电压信号v r ，即载波恢复

信号。

设t c rm V v ωcos r = ，利用三角恒等式

[])cos()cos(2

1cos cos βαβαβα-++= [])sin()sin(21cos sin βαβαβα-++=

可以求出相乘器的输出电压v a 的表示式为

对AM 和DSB 信号

??

????+=t t g t g c M V K v ω2c o s 2)(2)(rm a （1.1.2）

对SSB 信号

????????±+=∧t t g t t g t g v c M V K v ωω2s i n 4)(2c o s 4)(4)(rm a

（1.2.3）

假若低通滤波器能够滤除v a 中集中在角频率ωc 2附近的高频分量，又具有

足够的带宽就不会引起调制信号v Ω频率分量的失真，于是滤波器的输出信号电

压为

对A 和DSMB 信号

)()0(k 21rm

t g L M V K v =Ω

（1.1.4）

对SSB 信号

)()0(k 41rm t g L M V K v =Ω

（1.1.5） 式中，)0(k L 是低通滤波器的传输系数。

由于这种检波过程必须在接收端产生一个与载波信号同步的参考信号v r ，故称为同步检波器。同步检波器可以对AM 、DSB 、SSB 任何一种条幅波进行解调。

1.2 同步检波电路原理

相乘型同步检波电路组成与解调原理，在 2.1中说明并得出结论，参看式（1.1.1）~（1.1.5），用模拟相乘器MC1596构成同步检波实用电路，有单电源供电与双电源供电，虽然供电方式不同，但原理相同。此处采用单电源供电。

图1.2-1 单电源供电的同步检波实用电路

模拟相乘器作同步检波时，不需要载波调零电路。因为在其输出电流中，除了解调所需要的低频分量外，其余所有分量都属于高频范围，因而很容易在输出端给予滤除。

由载波恢复电路产生的载波信号通常加到MC1596的x 输入端。其电平大小只要能保证查分对管很好地处于工作状态即可。通常在100~500mV 之间。根据待解调的单边带或双边带已调信号送到MC1596的y 输入端，其电平应保持在线

性工作的限度内。该电路输入已调波电平高达100mV是，仍可获得很好的线性和无失真的输出。

载波恢复电路的任务是提供与载波同频同相的参考信号v r，它是实现各种同步检波的关键所在。

载波恢复电路可根据待解调的调幅信号中是否含有载波分量而采用不同的实现方法：对普通调幅信号，或者发送导频的双边带信号或单边带信号，可以采用窄带滤波器将载波信号提取出来；对于不含载波分量的双边带信号，采用非线性变换的方法恢复载波分量；对于不含导频分量的单边带信号，可采用发、收两端的载波都有频率稳定度很高的晶体振荡器产生。

2. 电路设计

2.1 MC1596芯片介绍

MC1596是美国Motorola公司生产的单片集成模拟相乘器，即吉尔伯特相乘器。MC1596的最高工作频率为300MHz，被转换的信号频率可达80MHz，它具有良好的载波抑制能力，应用广泛。

图2.1-1 MC1596内部电路图

图中晶体管Q 1～Q 4组成双差分放大器，Q 5、Q 6组成单差分放大器，用以激励Q 1～Q 4；Q 7、Q 8、D2及相应的电阻等组成多路电流源电路、Q 7、Q 8分别给Q 5、Q 6提供恒流电流，R 为外接电阻，可用以调节电流的大小。另外，由Q 5、Q 6两管的发射级引出接线端2和3，外接电阻R y ，利用R y 的负反馈作用可以扩大输入电压Uy 的动态范围。

MC1596的主要技术参数如下：

载波馈通 140V μ（mV MHz V f cm c 300,10== 方波输入）

载波抑制 65dB （mV MHz f 60,500= 输入）

50dB （mV MHz f 60,10= 输入）

互导带宽 300MHz （mV R L 60,50Ω= 输入）

信道通道输入阻抗 200Ωk ，2pF

信号通道共模输入范围 5V

输入偏流 12A μ

输入失调电流 0.7A μ

输出阻抗40

k、2pF

正电源电流2mA

负电源电流3mA

2.2 Multisim仿真电路

在熟悉了电路的原理后，应用Multisim软件进行仿真实现。首先按照图2.2-1完成电路图的搭建，得到下图。

图2.2-1 单电源供电同步检波电路仿真图

图中，载波输入端接入函数信号发生器XFG1，用以产生与调制信号载波同频同相的参考信号；已调信号输入端可以输入调制好的DSB信号、SSB信号和AM信号，此处接入安捷伦函数发生器XFG2，用来产生AM信号；在解调信号输出端接入双踪示波器，A通道接解调信号，B通道接安捷伦函数发生器，可以对比AM信号的包络波形与同步检波后得到的解调波形。

3. 软件运行

3.1 参数设置

1. 函数信号发生器的参数设置

设置参考信号 频率KHz f c 465=

振幅mVp V p

p 100=- 在示波器上可得到参考信号的波形，如下图所示。

图3.1-1 参考信号参数设置

图3.1-2 参考信号波形

2.安捷伦函数发生器的参数设置

安捷伦函数发生器能直接产生AM 波，

设置载波 频率KHz f c 465=

振幅mVp V p

p 100=- 设置调制信号 频率Hz f m K 1=

振幅Vp V p mp 2=-

在示波器上可得到AM 信号的波形，如下图所示。

图3.1-4 AM信号的波形

3.2 仿真结果

在设置好所应用仪器的参数后，点击运行，可以在双踪示波器上清晰地观察到输出波形。由于这里采用了AM信号，可以猜测，观测到的输出波形应该是输入已调信号中调制信号的波形，即AM信号的包络波形，与包络检波器的输

出波形是一样的。若采用DSB或SSB信号，也会得到与其对应的相应波形。

图3.2-1 同步检波电路输出波形

如上如所示波形，上边的波形为同步检波输出信号，下变的波形为输入的已调信号。根据图形对比，在不计失真的情况下，同步检波器的输出波形与输入的已调信号中调制信号波形相同。而单参考信号的参数设置与已调波载波的参数不一致时，会得到严重失真的波形。

4. 设计结论

同步检波器可以对AM、DSB、SSB任何一种调幅波进行解调，在这里采用AM作为调制波，与DSB、SSB的实验过程基本相同，不再赘述。

从对于双边带或单边带调幅信号来说，无法直接从双边带或单边带调幅信号中提取参考信号。为了产生同频同相的本地同步载频信号，往往在发射机发射双边带或单边带调幅信号的同时，附带发射一个载频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率，通常称为导频信号。接收机在接收双边带或单边带调幅信号的同时也接收导频信号，由晶体滤波器从输人信号中取出该导频信号，经放大后作为本地载频信号。如果发射机不发射导频信号，那么在接收端可采用与发射机相同的高稳定度的石英晶体振荡器或频率合成器来产生本地载频信号。

若本地载频信号与输入信号的载频不能保持同步，对检波性能会产生影响。

假如本地载频信号与输入信号的频率和相位都不同步，若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则经低通滤波器取出的低频信号将产生频率失真和相位失真。若用模拟乘法器构成的乘积滤波电路解调单边带调幅信号．同理，检出的低频信号也将产生频率失真和相位失真。在进行语言通信时，人耳对相位失真不敏感，但频率失真听上去会感到严重声音失真。实验证明，当频率偏移值为20 Hz时，开始觉察声音不自然，而当频率偏移值为200 Hz时，语言可懂度就会下降。在进行图像通信时，频率和相位偏移都会影响图像的质量。所以参考信号v r的与载波的一致性是各种同步检波的关键。

同步检波器的抗干扰性能比包络检波器优越，在实际电路中，信道中都会存在随机噪声，若噪声超过某一个阈值，则包络检波器所解调的波形失真严重，得不到想要的信息，而同步检波器就不会有这种问题。虽然同步检波器的电路比较复杂，但是随着电子技术的发展，这种解调方式会应用的越来越广泛。

5. 总结体会

课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，其目的在于加深理解检波的原理，进一步对课本知识加以掌握，基本掌握数字系统设计和调试方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力和分析、解决问题的能力。同时也可以使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。

这次设计的题目是同步检波器。沉醉于查资料的生活，想想两周的时间很快的过去了，学到了很多，通能够过本次设计,让我们更进一步的了解了高频电子线路中同步检波器的工作原理以及它的内部结构和工作状态，同时也让我们认识

到在此次设计电路中所存在的问题。比如布线不合理、焊接不牢固等等以前从未体验过的问题。因此我们查阅了大量相关资料和书籍，这也是获取知识最重要的途径之一，吸取前人的经验也是解决问题的很好途径，但是绝不能照抄别人的成品，先继承后发展才能算是我们的收获的。基于这样的良好态度，我解决了一个有一个的小问题，从而让我对高频的课程设计有了一个更深层次的认识，同样的，我也对同步检波器有了一个更深刻的认识。

这次的课程设计的过程中，我总结出了一个经验，那就是一个成功的电路必须要有耐心和坚定的毅力，在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。因此，我在电路的连接以及电路的细节上花费的时间也是最多的。

参考资料

[1]高频电路原理与分析（第五版）西安电子科技大学出版社，2013

[2] 张义方编.高频电子线路.哈尔滨工业大学出版社，2012

[3] 聂典、丁伟编.Multisim 10计算机仿真.电子工业出版社，2012.