2FSK调制与非相干解调电路设计

通 姓 名：学 号：专业班级：

信 原 理 综 合 设 计

周禄平 6100212144 通信工程121班

2FSK调制与非相干解调电路设计

一、目的与意义

通过本次课程设计，使学生加强对高频电子技术电路和通信原理的理解，学会查询资料，方案比较，以及设计计算等环节。进一步通告分析解决实际问题的能力，创造一个动手动脑、独立开展实验的机会，锻炼分析，解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化，通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。

二、基本原理

2FSK信号波形图如1-1图所示，它是由调制信号去控制载波信号，用载波的频率来传递数字信息，即用所传递的数字消息控制载波的频率。

图1-1 2FSK信号波形图

2.1 2FSK信号的调制原理

FSK信号的产生有两种方法：直接调频法和频移键控法。

直接调频法是数字基带信号直接奇偶内阁制载波振荡器的振荡频率。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。

频移键控法有两个独立的振荡器。数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号，从而产生FSK调制。

本设计采用键控法产生2FSK信号，其原理框图如下。

图2-1键控法产生2FSK信号的原理框图

2.2 2FSK信号的解调原理

2FSK信号的常用解调方法是采用如图2-2所示的非相干解调（包络检波）和相干解调。其解调原理是将2FSK信号分解成上下两路2ASK信号分别进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”对应载波频率f1，则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。

图2-2 2FSK信号解调原理图

除此之外，2FSK信号还有其他解调方法，比如鉴频法、差分检测法、过零检测法等。图2-3给出了过零检测法的原理框图及各点时间波形。过零检测法的原理基于2FSK信号的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，从而区分两个不同频率的信号码元。在图2-3中，2FSK信号经限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲序列的密集程度反映了信号的频率的高低，尖脉冲的个数就是信号过零点数。把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比。然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率——幅度变换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。

图2-3过零检测法原理图及各点时间波形

三、单元电路设计原理与分析

3.1基带信号的产生

本设计采用频率为600Hz的7位伪随机码，其电路设计如图3-1

图3-1基带信号7位伪随机码的产生电路

3.2调制单元

3.2.1模拟开关电路

输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到FSK已调信号。

图3-2模拟开关电路4066芯片

3.2.2振荡电路

图3.3振荡电路

电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生，经过两个开关送入。两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关。

LC选频电路函数：f?1/2?LC 3.2.3 2FSK调制电路的整体电路

图3-42FSK调制电路的整体电路

图3-5Multisim仿真结果

3.3解调单元

3.3.1过零点检测电路

图3-6过零点检测电路

由图可见，该脉冲形成电路用双J-K触发器74LS107、二极管、阻容等元件组成。该电路具有单稳态特性，它的稳定状态是：Q=1或Q=0。当CP端有输入信号触发时，输入信号的下降沿使电路状态发生改变:Q=1，Q=0。这时J-K触发器清零端的电压VRD将缓慢降低，当降至1.4V左右时，触发器清零，电路又回到稳定状态，此时，二极管导通，电容C经二极管正向电阻rD反向充电，因为反向充电的时常数?充 = rDC较小，因而触发器清零端的电压会很快上升至高电位上，保证Q端维持低电平。显然，输入信号的下降沿作用后，清零端电平下降到1.4V左右的时间长度与脉冲宽度有关，脉冲宽度?放 = W1 C，调节W1可以改变形成脉冲的宽度。调节W1使脉冲形成电路上下两支脉冲的宽度分别小于T1/2（T1?1/f1），保证两路脉冲叠加后不混叠，但也不能使脉宽过窄，因为形成脉冲的宽度将影响低通滤波器输出幅度的幅度。 3.3.2低通滤波器电路设计

图3-7低通滤波器电路

3.3.3电压比较电路设计

电压比较器是集成运放非线性应用电路，它常用于各种电子设备中，所谓电压比较器就是将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。

在本实验系统，电压比较器的主要任务是将低通滤波器输出的数字基带信号进行零电平判决与实现波形的变换，使之成为规则的矩形波。其基本电路构成如图3-8所示

图3-8电压比较电路

四、整体电路设计与仿真结果

整体电路较为复杂，详见附件电路文件，仿真结果如图4-1所示

其中最上面波形为输入的基带信号（7位伪随机码），中间波形为2FSK调制信号，最下

面为解调得到的信号波形，由仿真结果可知解调出来的波形与原基带信号存在一个相位移动，这是因为在本设计过程中低通滤波器输出的波形比较光滑，使得跳变点不能精确定位，因而在电压比较的时候会存在相移。

五、设计心得与总结

在本次设计过程中，我查阅了大量的有关高频电子线路设计的书籍，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次实验设计使我懂得了理论与实际相结合的必要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

尽管设计中用到的知识和相关软件是以前也开过专门的课。但一直缺少理论指导实际的机会。真正当我们拿到综合设计开始设计，或者在设计中遇到了一些问题的时候，才能发现当时学习的薄弱环节所在。或者说我们才真正了解到我们最需要补充的知识是什么。而这种时候恰恰是我们最能学到东西的时候。因为这个时候是主动的学习，而不是平时上课是很被动的跟着老师的思维走。学习自己急切需要的知识总是效率比较高的。同时，这个过程也会使我们体验到成功的乐趣。哪怕是很小的问题，通过自己的思考解决之后，也会有一定成就感。在设计过程中，我对以前学过的相关课程的教材甚至比上课的时候还要熟悉。正是有了这种求知欲的支配，才保证了我能在规定时间内完成设计所要求的内容。

另外，设计的过程也是一个合作与分享的过程。同样的设计要求，不同的人有不同的思路，可能也就会产生不同的结果。但如果你有一种思想，我有一种思想，那么交换后，我们将都拥有两种不同的思想。这段话充分说明了分享对于理论研究的重要意义。还有一些比较难的一个人不容易解决的问题，通过大家的努力也会迎刃而解。从而可以节省个人时间，提高了整个队伍的工作效率。因为每个人都有自己擅长的部分，很好地发挥各人的特点，会使工作变的轻松而有趣。

最后，要感谢一直特别细心和耐心指导我的老师：您辛苦了！正是您的指导，使我的思路豁然开朗，使得我少走了不少弯路，极大地提高了工作效率。我想，通过这些天的综合实验设计，我不仅完成了设计内容，更重要的是学到了很多课堂上得不到的东西。再次感谢老师提供给我这样的机会。谢谢！

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