第四章 信号传输电路

第四章信号传输电路

第四章信号传输电路 (1)

4.4.1 模拟和数据通信系统概述 (2)

4.4.2 模拟调制与解调电路 (6)

4.4.3 集成锁相环及其应用 (13)

4.4.1 模拟和数据通信系统概述

一、简介

以前讲的通信，通常是指通过电线和空间电磁波实现。随着现代技术的发展，通信的信道频率越来越高，除长波、中波、短波通信以外，还有移动通信、微波通信(其频率范围在300MHz～300GHz)、卫星通信。通信用的介质也由电线、电缆、同轴电缆、到光纤通信。电子计算机的出现后，又使模拟通信快速地发展为数字通信。

下图是一个通信系统的典型框图：

通信方式：

模拟通信方式：构成模拟通信系统：设法保持基带信号不失真，电路全为模拟电路组成(放大、调制、解调等)。

数字通信方式：构成数字通信系统：数据传输的高可靠性，严格的通信协议和标准。

二、模拟信号传输

其过程一般为：将包含要传输信息的基带电信号进行调制(用高频信号运载要传输的信号《高频信号也称载波》)T发射T接收端接收(解调即还原出原来的信息)。

模拟信号的调制分模拟正弦调制和模拟脉冲调制。

1．拟正弦调制

幅度调制AM：调幅波-普通的调幅广播。

频率调制FM：调频波-调频广播。

相位调制PM：调相波-特殊用场。

2．模拟脉冲调制

此时，载波是脉冲波，调制波可以是正弦或其它波形，根据载波信号的参量随调制波而改变的情况，可分为脉冲波调制、脉冲幅度调制PAM(信号检测)、脉冲宽度调制PWM(各种开关电源)、脉冲脉位调制PPM(锁相)。

在通信系统中要求在同一信道中能传送多个基带(调制波信号)信号，采用将各个基带信号调制到不同的载波频率上。例如，广播电台中波段，中央人民广播电台一套是560kHz，浙江人民广播电台810kHz等，560kHz、810kHz是指载波频率。这个技术称为频分复用(Frequency – division multiplexing)。但是，为了分开是那个电台的信号，必

须让各载波的频率间隔足够大，使各已调信号的频谱之间有一定的间隔，这间隔称为防护频带。其作用是避免已调信号频谱间的相互干扰，也有利接收端分离不同的基带信号。我国规定：调频广播电台的各载频间隔不能小于9kHz。

三、数字信号的传输

数字通信比模拟通信有更多的优越性，如数字信号的抗干扰能力强，能纠正传输过程中的错误，易于加密和用计算机对数字信号进行处理等。所以，通常将模拟信号先转换成数字信号后，再进行传输。而接收端将接收到的数字信号再变换成模拟信号。目前，由于通信设备大量的还是模拟系统，为了能利用模拟系统来传输数字信号，因此，必须在模拟系统中加入调制解调器(Modem)。

为了能在模拟信道上传输数据，需按下面的原则进行信号变换：变换后的信号要适应信道特征—即新信号所含的频率成分要在模拟通道的通频带以内，新信号也必须包含全部的数据信息。采用调制解调器可以实现这种要求。

不同的调制解调器，实现了不同的信号变换方法。在反映正弦波的幅度、频率和相位调制中，将产生相应的三种调制信号，如图所示：

从图可知：三种调制信号(调幅、调频和调相信号)都具有二个共同的特性：⑴与数据信号相比，三个波形虽都发生了变化，但三个新波形的频率成分都集中在信道的通频带内；⑵待传送的数据信息分别包含在新信号的幅度、频率和相位之中。

例如：频移键控调制法是一种频率调制，其基本思路是：把数字信号的“0”和“1”调制成易于鉴别的两种不同的频率，如图所示。两路调制信号在数据开关的控制下，依次送到反相求和放大器，则在运放的输出，得到调制后的信号(该信号包含了“0”和“1”信息)。

四、数据传输方式

1 . 并行传输和串行传输

构成各数据代码的各数据位分别在不同的并行信道上同时传输→并行传输。

构成各数据代码的各数据位串行排列成数据流，在一条信道上传输→串行传输。

并行传输时，其设备成本都较高，且不宜远距离传输，但速度快；串行传输简单，一条传输线，适合远距离传输，但速度慢。

2 . 异步传输和同步传输

为了有效地表示一个信息，常用有限量的比特组合来代表字符，再

4.4.2 模拟调制与解调电路

一、正弦信号的幅度调制

用低频调制电压去控制高频载波信号的幅度的过程称为幅度调制(或调幅)。

既然高频载波的幅度随低频调制波而变，所以已调波同样随时间而变。即有

式中m是调幅波的调制系数(调幅度)。

，，

同时当m＜1时，实现了不失真的调制，而当m＞1时，调制后的波形包络线，将与调制波不同，即产生了失真，或称超调。

利用三角公式将调制波表达式展开，可得：

式子表明，载波信号经单一信号调制后将出现三个频率分量，即载波频率分量fc，上边频分量fc+F，下边频分量fc-F。其频谱图如图所示：

由频谱图可见，幅度调制在频域上是将调制信号F搬移到了载频的两边，其实质是一种频率变换。其带宽为：

在实际应用中，调制信号不是单一频率，例如：我们的讲话的语音信号，其信号频率为几百至几千赫，经调制后，各个频率产生了各自的上边频和下边频，叠加后形成了上边带和下边带，如图所示：

图中上下边频幅度相等，对称出现，这时调幅波的带宽为：是调制信号频率的二倍

调幅波中各频率分量的功率关系：

将已调波加在负载电阻两端时，可以得到载波功率PC和每个边频分量功率P1、P2。

载波功率，上下边频功率。

在调制信号一周期内的平均功率为：。

式子表明：调幅波的输出功率随m增大而增大。当m=1时，

。

这表明，在m=1时，包含信息的边频功率仅为不包含信息的载波功率的一半。这将能量损失掉了，很不经济。通常把这种调幅制称为普通调幅制(AM)。这种调制对接收机可以简单，所以无线电广播仍采用。

由于载波只是一运动载信息的工具，不包含有用信息。所以在发送时为节约功率，可以只发送边带信号，而不发送载波。这种情况称为抑制载波的双边带(DSB)信号发送。

它可以看成是调制信号和高频载波信号相乘得到：

K为乘法系数。

由于上下边带对称，为节省频带，采用抑制载波的单边带(SSB)信号发送，其表达式为：

或

二、调幅波的解调电路(检波器)

调幅波的解调过程(不失真地还原信息)通常称为检波，实现该功能的电路也称振幅检波器(简称检波器)，它仍然是一种频谱搬移过程。从原理上讲，要将包含调制波信息的已调波中还原出调制波信息，必须要有非线性器件，使之产生新的频率分量，并把高频载波的高频分量滤除，因此，振幅检波器的组成框图如图所示：