第1章通信电子电路实验系统Word下载.docx

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从天线接收的射频信号进入“接收变频单元电路”的BR6端，通过低噪声放大和变频，由“锁相振荡单元电路”提供本振信号，将射频信号变成21.4MHz的中频从BC4端输出，21.4MHz的中频信号送入到“中频解调单元电路”经二次变频，成为455kHz中频，鉴频解调出的音频信号分为二路，一路通过音频放大电路推动扬声器输出语音信号，若接收有数据信号时，可由另一路送入“FSK解调单元电路”恢复成数据信号后直接输出，或由“FSK解调单元电路”恢复成数据信号后经“控制单元电路”输出送到PC机。

图1-1-1调频通信收发系统框图

1.1.1语音单元电路

语音单元电路如图1-1-2所示。

语音单元电路作为语音输入板，充分考虑了当前常用的语音输入电路和处理方法，由运放LM358组成预加重电路、音频放大及音频合路器，开关K1可选择对信号进行预加重处理试验。

同时，另外准备了一路BNC输入，可输入信号发生器或播放器给出的模拟语音信号，便于测试、和对比分析，电位器RP1和RP2可调节音频电平参量，用来分析不同电平下的调制参数及其对通信的影响，输出合路后统一送到AFT1，然后经底板送到其他模块板。

图1-1-2语音单元电路

图中，TP1～TP6是为实验设置的测试点，MIC输入端可外接话筒送入语音信号进行语音发送实验，BNC（BR1）输入端可外接低频信号发生器模拟音频信号进行相关实验，输入音频信号幅度峰峰值一般应为100mV—300mV；

AFT1作为语音单元电路的输出端，可通过底板总线与锁相振荡单元电路或幅度调制单元电路相连，便于整机的语音传输实验。

1.1.2FSK调制解调单元电路

FSK调制解调单元电路如图1-1-3所示。

采用1200波特率标准芯片MSM7512B方案，将数据流信号转换成模拟音频信号，便于实现调制，同样，模拟音频信号经过FSK解调重新恢复成数据流，电位器RP4、RP3分别用来调节输出和输入的模拟量参数，观测信号电平对调制和解调结果的影响（通讯时调节使信号最大）。

图1-1-3FSK调制解调单元电路

图中，TP1～TP6是为实验设置的测试点，数据信号可从TP3点输入，也可将K5闭合后从微机控制单元电路的数据接口送入，K7选择发射模式，FSK调制信号可由YC2口输出，也可经K7及通过底板总线与FSK解调单元电路（FSK解调板K7选择接收模式）相连直接解调，或由AFT2通过底板总线与锁相振荡单元电路/幅度调制单元电路相连进行调频/调幅，便于整机的数据传输实验。

经调频（由AFR1接入）或调幅（由AFR2接入）系统传输解调后的FSK信号可通过YC3输入，或K1选择FM或AM输入，可在TP6点得到FSK解调后的数据信号，此数据信号也可在K3闭合后从微机控制单元电路的数据接口送往PC机。

FSK调制解调芯片MSM7512B符合V.23标准，为低功耗设计；

片上具有调制器、解调器和带通滤波器；

具有可用于自检的模拟回路，含有3.579545MHz晶体振荡电路；

数据传输率为0~1200波特率；

电源范围：

+3V~+5V；

MSM7512B有四种工作模式，其工作模式的选择是由MOD2和MOD1的不同信号组合决定的，当MOD2和MOD1分别为“0”“0”时为FSK发送模式，“0”“1”时为FSK接收和75Bps传输模式，“1”“0”时模拟环路自测模式，“1”“1”时为掉电模式。

MSM7512B主要由发送电路、接收电路、载波检测电路、定时器时钟电路组成，图1-1-4为该芯片的片内功能组成框图。

图1-1-4MSM7512B功能框图

片内的发送电路包括调制器，发送滤波器和发送放大器。

要发送的二进制数据信号首先从XD端进入调制器，调制器实际上是个可控的频率合成器，经3.579545MHz时钟分频产生所需的频率。

然后根据输入的数据和调制解调器所处的工作状态形成FSK信号送入发送滤波器滤除信号的高频分量和杂波。

由发送滤波器输出的信号经过发送放大器后，变成幅度不随电源电压变化的FSK信号输出。

片内的接收电路包括AGC放大器、接收滤波器、限幅器、解调滤波器、解调器和比较器组成。

接收的FSK信号首先通过AGC放大器，输出为稳定的FSK信号。

该信号通过接收滤波器滤除多余的频率成分，再通过限幅器变换成方波信号，该信号通过解调器和比较器的处理，最后形成解调数据在RD端输出。

片内的载波检测电路包括能量检测电路和数字延迟组成。

能量检测器将接收滤波器的输出电平和通过EAI端由片外设置的门限电平相比较，从而检出载波信号。

为防止输出振荡，检测电路具有2.5dB的滞后特性。

数字延迟电路是为防止载波信号瞬间忽然消失而设计的。

片内的定时器时钟电路包括振荡器和产生时钟信号的逻辑电路组成，时间基准信号能由3.579545MHz的晶体或外部时钟信号输入，经定时器时钟逻辑电路分频，为系统提供1300Hz或外部时钟信号输出。

当XD=1时，AO端的发送信号频率为1300Hz；

当XD=0时，AO端的发送信号频率为2100Hz。

MSM7512B的工作模式控制信号MOD1、MOD2都是TTL电平，能和微处理器直接相接，通过微处理器的软件控制调制解调器发送或接收状态。

如果通过MAX232等RS-232接口集成电路将TTL电平转换成RS-232电平，也能使计算机利用低成本的接口电路进行远距离数据传输。

1.1.3锁相振荡单元电路

锁相振荡单元电路如图1-1-5所示。

电路采用频率合成方案，发射频率和接收频率均锁定内部参考时钟，保证了测试结果的稳定性，电路由压控振荡器、锁相环电路、内部晶体振荡器、调制接口、锁相控制接口组成，压控振荡器输出经过缓冲放大后从BC1（BNC）口输出。

本单元电路既可用作发射单元的射频振荡器，也可用作接收单元的本振。

图1-1-5锁相振荡单元电路

图中，TP1、TP2、TP7是为实验设置的信号测试点，TP3、TP4、TP5、TP6、TP8、TP9是供电电源测试点。

由场效应管V11组成的变容管直接调频电路作为本单元电路的压控振荡器（VCO），VCO的输出经V12构成的缓冲放大器放大后送入频率合成器芯片LMX2316，经片内分频后送入片内鉴相器，与有源晶体振荡器NT5032SC提供的12.8MHz信号经分频后的参考频率进行相位比较，环路锁定后，可从VCO输出端得到相应频道的射频信号输出，片内分频器的分频系数由微机控制单元电路设置，控制信号经底板总线从PLLC1、PLLD2、PLLE3送来，根据不同的频道设置改变片内分频器的分频系数。

K3与电位器RP5相连时，锁相环为开环状态，VCO就是非锁相（开环）调频电路，由低频信号发生器提供的音频调制信号经YR4端输入，由运放LM358放大后送入VCO电路。

此外，音频调制信号也可从底板总线经AFT1由语音单元电路送来，而FSK数据信号可从底板总线经AFT2由FSK调制解调单元电路送来。

RP5用来调节静态控制电压改变VCO输出频率，便于开环调试；

RP6可改变调制信号电压幅度，以改变输出调频信号的调制频偏；

K2~K5可切换环路参数和调制形式，用于测试和分析。

环路滤波器由电容C39及CD6和电阻R48构成，K7可控制环路滤波器是否接入，以检测滤波器在锁相环路中的作用。

图中的LED1作为环路锁定指示，指示灯亮时说明环路失锁。

图中的频率合成器芯片LMX2316是本单元电路中的重要部件，由LMX2316构成锁相环时，需外接环路滤波器和压控振荡器（VCO）。

LMX2316参考基准频率5～40MHz，Fin可接收的射频输入工作频率可达1.2GHz，工作电源电压为2.3～5.5V。

LMX2316的片内功能框图如图1-1-6所示，片内含有一个分频比为32/33的双模前置分频器P；

一个14位可编程参考分频器R，R的分频比为3～1683；

一个18位的程序分频器N，这由一个5位分频器A和一个13位可编程分频器B构成，A的分频范围是0～7，B的分频范围3～8191，则程序分频器总分频比N=P×

B+A，内部鉴相器频率为Fosc/R，且Fin/N=Fosc/R。

LMX2316带有标准SPI接口用于上述A、B和R参数的设置，用串行方式输入寄存器保存，管脚LE、DATA和CLOCK与CPU接口，负责LMX2316的初始化、内部N、R分频系数的设置和控制字的设置。

图1-1-6LMX2316功能框图

1.1.4发射功放单元电路

发射功放单元电路如图1-1-7所示。

本单元电路采用预放电路和功放电路的组合，需放大的8个频道的射频信号从BR5接入后，经V18和V19两级电路预放后，由V20实现功率放大，功率放大前后均接有T型匹配滤波网络，放大后的射频信号可从BC2接口输出，此接口既可外接拉杆天线实现无线发送，也可用电缆与测试仪器相联，便于实验调试。

考虑到实验环境，采用了100mW左右小功放方案，电位器RP7用来调节电源供压，以此改变输出功率。

测试点TP1和Tp3点可测试供电电压，TP2点可测试功放级的集电极电流波形。

图1-1-7发射功放单元电路

1.1.5接收变频单元电路

接收变频单元电路如图1-1-8所示。

本单元电路采用标准超外差变频方案，利用合成本振，通过变频将输入射频信号下变频到中频21.4MHz，再送中频解调板进行解调处理。

内部的射频调谐放大电路是双栅场效应管低噪声放大电路，调谐选择较窄的射频信号带宽，去除带外干扰，提高灵敏度；

混频管也采用双栅场效应管3SK177，中频调谐电路选择有用中频21.4MHz并滤除其他无用信号，后接晶体滤波器可使输出信号更纯净。

电位器RP8可改变射频增益，K12是本振电平控制。

图1-1-8中，根据K13的不同连接方式，在BR8端口既可测试放大后的射频信号，也可测试变频后的信号，同时也是中频滤波器的输入口；

K9的设置便于考察晶体滤波器的作用，其中TP1和TP2为相关实验的测试点。

图1-1-8接收变频单元电路

1.1.6中频解调单元电路

中频解调单元电路如图1-1-9所示。

本单元电路利用标准接收中频解调芯片TA31136，采用二次变频方案，第二中频为455kHz，解调音频输出分成两路，一路通过音频放大电路推动扬声器，另一路经底板AFR1连接提供给数据FSK解调器。

中频接收芯片还提供场强指示和静噪指示，用于系统组网。

图1-1-9中，21.4MHz的第一中频信号从BR8端输入，经三极管2SC2714选频放大后送入解调芯片进行二次变频，第二本振由片内本振电路和外接20.945MHz晶体G1提供，经片内相乘器变频后由3脚输出，经外接455kHz陶瓷滤波器Z11滤波后从5脚送回片内，由片内鉴频后从9脚送出解调后的音频信号，此音频信号通过V36三极管电路的隔离放大，通过K3连接到语音放大模块N11可推动扬声器输出。

另外，由调幅解调系统传输的音频信号也可经底板AFR2通过K3连接到语音放大模块N11推动扬声器输出。

图中TP1～TP5是为相关实验所设置的测试点；

K8、K9、K10可设置陶瓷滤波器的接入与否，以便相关实验的调试；

电位器RP11和RP12可调节音频电平。

图1-1-9中频解调单元电路

本单元电路的核心部件是解调芯片TA31136，TA31136是东芝公司的双极性线性集成芯片，常用于无线电话的调频中频解调。

芯片的内部功能框图如图1-1-10所示。

片内含有本振电路、相乘器变频电路、移相鉴频电路等。

来自第一中频信号（21.4MHZ）从l6脚输入并与1、2脚的本振信号（20.945MHz）由片内乘法器混频，得到差频455kHz的二中频，由3脚输出再经455kHz陶瓷滤波器滤除无用信号，经5脚输入后，通过片内中频放大再到移相鉴频器（或称正交鉴频器）解调出音频信号，并由9脚输出。

TA3l136的输出信号由反相放大输出（7脚）、解调的AF信号输出（9脚）、中频放大信号输出（1l脚）等。

10脚是移相后的信号输入端，10脚和11脚之间可接一个谐振频率为455kHz的移相网络。

TA31136具有内置噪声检测电路和RSSI（接收信号强度指示）功能，12脚为RSSI输出端，噪声检测信号从13脚输出，并可根据输入信号电平为中频放大器输出直流电平。

为了保证在不同电平的接收信号下，使解调前信号电平保持稳定，电路中还带有自动增益控制（AGC）电路，AGC工作时的放大倍数与RSSI成线性比例关系，因此通过校准AGC的放大倍数，可以保证AGC的输出结果，以对RSSI进行精度校准。

TA31136的9脚电压是可变，在接收通路的频点时电压为1.11V，改变频率，电压会下降。

实现静噪检测时，可将TA31136输出的音频信号的一部分经电阻分压后再次进入芯片的7、8脚，可通过芯片内部滤波器和放大器对其噪声分量进行放大整流，以产生一个和噪声分

量相对应的直流电压，经内部的比较触发器和内部预设电平比较，由13脚输出，静噪电平可通过RP10调节，根据比较结果控制开放或关闭扬声器的输出，SQ为静噪指示灯，静噪起作用后指示灯将熄灭，led5指示灯作用与SQ相同。

图1-1-10TA31136功能框图

1.1.7微机控制单元电路

微机控制单元电路如图1-1-11所示。

整机系统的工作流程控制和频道编程均在此完成，包含有Z8F0822单片机系统，各种控制接口，数据接口，工作接口等，还包括电源稳压。

控制单元电路既可以用于发射单元控制发射频率、发射时间等，也可以用在接收单元控制接收频率、接收时间等，同时还是FSK调制解调板的数据输入输出接口。

在发射系统中，改变本单元电路中短路块KD2、KD1、KD0的连接将改变锁相振荡电路的输出频率，但此时需要重新插拔短路块PTT一次，发射频率才能发生相应变化。

图1-1-11控制单元电路

本控制单元电路根据设置改变锁相振荡单元电路中频率合成芯片内的分频系数，从而可以控制相应的射频频率输出，根据Z8F0882中26脚、27脚、28脚电平值的高低对应不同的频率点，当短路块KD2、KD1、KD0分别接通时定义为“1”，断开时定义为“0”。

KD2、KD1、KD0不同的连接方式对应的频道及频率如表1-1所示，其中，发射控制单元电路可控制发射端锁相振荡单元电路输出的载波发射频率，接收控制单元电路可控制接收端锁相振荡单元电路输出的本振频率。

表1-1控制频道及频率对应表

频道号

1

2

3

4

5

6

7

KD2KD1KD0

000

001

010

011

100

101

110

111

发射频率（MHz）

223.525

223.675

223.725

223.850

223.950

224.025

224.125

224.175

本振频率（MHz）

202.125

202.275

202.325

202.450

202.550

202.625

202.725

202.775

1.2调幅通信收发系统组成

调幅通信收发系统的组成如图1-2-1所示。

发射单元的载波频率为455kHz或465kHz，可实现AM、DSB、SSB调制方式。

接收单元同步载波信号与发射单元的载波共享，实现各种幅度调制方式的同步解调。

调幅通信发射系统工作过程：

语音信号经“语音单元电路”进行放大处理，数据信号可直接送入“FSK调制单元电路”，也可由PC机通过串口发送数据到“控制单元电路”然后再送入“FSK调制单元电路”，将数据流信号转换成模拟音频信号，由YC2输出。

语音或数据基带信号送入“幅度调制单元电路”进行相应的AM、DSB、SSB调制，再经X508端输出，也可由相关仪器接收分析。

调幅通信接收系统工作过程：

由“幅度调制单元电路”输出的调幅信号进入“幅度解调单元电路”的X601端，通过相应调制方式的幅度解调，幅度解调出的音频信号分为二路，一路通过音频放大电路推动扬声器输出语音信号，若接收有数据信号时，可由另一路送入“FSK解调单元电路”恢复成数据信号后直接输出，或由“FSK解调单元电路”恢复成数据信号后经“控制单元电路”输出，此外由“FSK解调单元电路”恢复出的数据信号还可经语音放大模块从喇叭中听到。

图1-2-1调幅通信收发系统框图

1.2.1幅度调制单元电路

幅度调制单元电路如图1-2-2所示。

调制电路中的载波信号由三极管V501组成的晶体振荡器产生，根据不同的晶体选择，可分别产生455kHz和465kHz的载波信号。

载波信号经运算放大器放大后，一路送入模拟乘法器MC1496与低频基带信号进行乘法器调制，完成AM、DSB、SSB信号的调制，其中低频基带信号可由信号发生器经X506端输入。

此外，低频基带信号也可以是由“语音单元电路”接入的语音信号，或从“FSK调制单元电路”接入的FSK调制信号，这由短路块X510的不同连接方式决定，与AFT1连接时为语音信号接入，与AFT2连接时为数字信号接入。

另一路载波信号由X505端输出，作为“幅度解调单元电路”的同步载波信号。

图中，TP1、X515、X503、X507、X511是为实验所设的测试点；

电位器RP501可调节乘法器的输入平衡得到AM或DSB波的输出，RP502、RP503可调节运放的放大倍数；

短路块X514的连接可使455kHz晶体滤波器F501（LT455HT）不接入，输出为AM或DSB信号。

当载波频率为465kHz，乘法器输出为DSB信号且X514断开时，X511点将得到SSB信号。

图1-2-2幅度调制单元电路

1.2.2幅度解调单元电路

幅度解调单元电路如图1-2-3所示。

将幅度调制单元电路中的载波信号作为本单元电路中的同步载波信号，由模拟乘法器MC1496完成AM、DSB、SSB信号的同步检波。

已调幅信号从X601端输入，经运算放大器放大后经短路块X607分流到不同解调电路中，当X607的1、2相连时进入二极管峰值检波电路，当X607的2、3端相连时进入乘法器同步检波电路。

在同步检波电路中，同步载波信号从调制单元电路输出后经X603端接入，放大后送入乘法器MC1496与已调信号实现相乘，再经后接的低通滤波器滤波后完成同步检波。

图中，X602、X604、X605、X608、X609是为实验所设的测试点，电位器RP603可调节乘法器的输入平衡，RP601、RP602可调节运放的放大倍数。

图1-2-3幅度解调单元电路

1.3通信电子电路实验箱说明

通信电子电路实验系统的各单元电路装配在实验箱的整体底板上，发射单元和接收单元各有6块单元电路组成，共有12块单元电路组成调频、调幅收发系统，其布局如图1-3-1所示。

图1-3-1实验箱布局图

图1-3-1中，所有单元电路均插在实验箱体的整体底板上，由底板统一供电，各单元板电路既可放在底板上实验也可拔下在箱体外完成实验，在箱体外的实验板供电可通过统一的供电排线与箱体内的单元电路板连接完成，每块单元电路板的左端有标准的供电插口。

各单元电路之间非射频级信号的连接（如语音板、FSK板与锁相振荡板或与幅度调制解调板之间的连接；

控制板与锁相振荡板之间的连接）由底板结合单元电路板上的短路块实现。

各单元电路之间射频级信号的连接（如锁相振荡板与发射功放板或接收变频板板之间、接收变频板和中频解调板之间的连接）由单元电路板上的同轴电缆实现。

幅度调制板与幅度解调板之间的实验信号连接由排线实现。

此外，收发系统中的锁相振荡单元电路、FSK单元电路、控制单元电路均为相同电路，只是在系统的发射单元和接收单元中起不同的作用。

图1-3-2为实验箱体实物图，底板上的各单元电路板尺寸大小相同，各单元板与底板的连接方式也相同，因此，在发射和接收的各自系统内，各单元电路可插放在任意位置。

箱内还配有话筒、拉杆天线、测试用同轴电缆、短路块及单板的供电排线等实验所需的条件。

图1-3-2箱体实物图

此外，实验所需的相应仪器主要有：

射频收发专用仪、频谱分析仪、无线电综合测试仪、矢量网络分析仪、高频信号发生器、低频信号发生器、示波器、频率计等。