调幅信号处理实验电路 - 嘉立创EDA开源硬件平台

一、题目内容及要求：

设计并制作一个调幅信号处理实验电路。

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

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。

 

二、设计思路    

 

总系统框图：

 

 

以下是程控衰减器流程图

 

 

以下是本振源程序流程图

 

 

三、原理图分析

 

1.可控小信号放大器

 

通过两个TQP3M9008和PE4302实现对小信号的可控放大，两片TQP3M9008提供100倍的固定增益，在通过PE4302可控衰减器，调节增益。

 

2.混频器

 

通过AD831混频器对信号进行变频处理，将信号的中心频率及各分量频谱搬移至新的频段，再采用陶瓷滤波来滤掉混频后的高频噪声。

 

3. 中频放大器

 

ERA-8sm+ 和OPA695级联的固定增益放大器，增益为20dB，实现对中频信号的放大。

 

4. 均值检波器

 

通过AD8361对中频放大后的信号进行均值检波，并输出一个电压值给MCU，然后MCU根据这个电压值控制射频前段的程控衰减器，使中频放大器输出信号幅值能稳定在200mV±1dB内。

 

5. 电压跟随器

 

将反向输入端和输出端相连，实现电压跟随器的作用，接在中频放大和均值检波器之间，用于隔离前后级间的影响。

 

6. 包络检波器

 

先让调幅波经过检波器晶体二极管，从而得到依调幅波包络变化的脉动电流，再通过一个低通滤波器滤去高频成分，就得到反映调幅波包络的调制信号。RC 的时间常数应大于载波的周期小于调制信号的周期。

 

7. 带通滤波器

 

用两个双运算放大器NE5532，采用8阶有源带通滤波器，实现300Hz-5kHz的带通滤波器，滤除带外信号。

 

8. 基带AGC

 

采用两级 AD603 级联，用 AD8307 对数检波和 NE5532 构成反馈电路实现自动增益控制。

 

9. 本振源

 

采用 AD4351 芯片，可达到高达 4.4Ghz 的本振信号。ADF4351 部分包括一个 10位的 RFR 计数器、一个 16 位 RFN 计数器、一个 12 位 FRAC 计数器和一个 12 位魔术计数器。数据在 CLK 的每一个上升沿逐个输入到 32 位寄存器中。数据输入方式为MSB 有限。在 LE 上升沿使数据从移位寄存器传输到 6 个锁存器之一。目标锁存器由移位寄存器中的 3 个控制位状态决定。单片机通过 SPI 协议进行控制。

 

 

四、实物图展示

 

1.可控小信号放大器

 

2.混频器

 

 

工程链接：https://oshwhub.com123123123ASDASD/hun-pin-mu-kuai

3.中频放大器

 

 

工程链接：https://oshwhub.com123123123ASDASD/zhong-pin-fang-tai-qi

 

4.包络检波器

 

 

工程链接：https://oshwhub.com123123123ASDASD/bao-lao-jian-bo

5. 带通滤波器

 

 

工程链接：https://oshwhub.com123123123ASDASD/dai-tong-lv-bo-qi

6. 基带AGC

 

 

工程链接：https://oshwhub.com123123123ASDASD/ji-daiagc

7.本振源

 

工程链接：https://oshwhub.com123123123ASDASD/ben-zhenadf4351

五、调试流程

功能点1 中频滤波器采用陶瓷滤波器，其中频频率为10.7MHz

 

 

 

功能点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，解调输出信号Vorms=0.91V的调制频率的信号，在误差范围内，且解调输出信号无明显失真

 

 

调制信号频率为1kHz时的解调波形

 

功能点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

 

载波频率为300MHz时的解调信号波形

 

功能点4 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），输出信号Vorms稳定在1V±0.1V

 

 

调制信号幅值为10uV有效值的解调输出波形

 

 

调制信号幅值为1mV有效值的解调输出波形

 

功能点5 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，输出信号Vorms稳定在1V±0.1V

 

 

调制信号幅值为10uV载波频率为250MHz时的解调信号波形

 

 

调制信号幅值为1mV载波频率为250MHz时的解调信号波形

 

 

调制信号幅值为10uV载波频率为300MHz时的解调信号波形

 

 

调制信号幅值为1mV载波频率为300MHz时的解调信号波形

 

功能点6 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

 

调制信号幅值为1mV载波频率为50MHz时的解调信号波形

 

 

调制信号幅值为1mV载波频率为500MHz时的解调信号波形

（受仪器限制，载波频率只能到500MHz，理论上可以更大）

六、视频演示

以下是测试视频链接

https://b23.tv/R3aHC7?share_medium=android&share_source=qq&bbid=LRUnRiUcJRMhFi8YKR0oTAxBCDAinfoc&ts=1597648489227

七、源码附件

 

见工程附件处