ASK调制与解调电路设计

《电力系统自动化》课程设计任务书

目录

一．背景描述…………………………二．设计内容…………………………三．工作原理…………………………四．电路设计及参数设置……………五．仿真及波形分析…………………六．设计总结…………………………七．参考文献…………………………

一.背景描述：

电力系统远动技术是为电力系统调度服务的远距离监测、控制技术。由于电能生产的特点，能源中心和负荷中心一般相距甚远，电力系统分布在很广的地域，其中发电厂、变电所、电力调度中心和用户之间的距离近则几十公里，远则几百公里甚至数千公里。要管理和监控分布甚广的众多厂、所、站和设备、元器件的运行工况，已不能用通常的机械联系或电联系来传递控制信息或反馈的数据，必须借助于一种技术手段，这就是远动技术。它将各个厂、所、站的运行工况（包括开关状态、设备的运行参数等）转换成便于传输的信号形式，加上保护措施以防止传输过程中的外界干扰，经过调制后，由专门的信息通道传送到调度所。在调度所的中心站经过反调制，还原为原来对应于厂、所、站工况的一些信号再显示出来，供给调度人员监控之用。调度人员的一些控制命令也可以通过类似过程传送到远方厂、所、站，驱动被控对象。这一过程实际上涉及遥测、遥信、遥调、遥控，所以，远动技术是四遥的结合。

二.设计内容：

1.对电力系统远动信息传输系统的主要环节进行理论分析和研究。

2. 熟悉数字调幅技术的有关原理和实现方法。

3. 设计ASK调制解调电路。

4. 熟悉ORCAD软件的应用，学习元件库使用、原理图的建立以及

应用原理图进行仿真的基本方法。

三. 工作原理：

1. 数字调幅技术的原理和实现方法

（1）数字调制的概念

用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。

（2）数字调制的分类

在二进制时分为：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。

其中，ASK 属于线性调制，FSK、PSK 属于非线性调制。

（3）数字调制系统的基本结构

（4）ASK调制波形与方框图：

2.二进制幅移键控(ASK)

（1）ASK 信号的产生

图为 ASK 信号的产生原理

一个二进制的ASK 信号可视为一个单极性脉冲序列与一个高频载波的乘积，即ASK 的时域表达式为：

也可写成：

（2）ASK 信号的功率谱特性

ASK 信号的自相关函数为：

（3）ASK 信号的功率谱密度为:

式中, p s ( f )为基带信号S(t)的功率谱密度

当0、1 等概出现时，单极性基带信号功率谱密度为:

则2ASK 信号的功率谱密度为:

ASK 信号谱,形状为p s ( f ),双边带加载频谱线p E ( f )

ASK 信号传输带宽（取主瓣宽度）

带宽利用率

（4）ASK 信号的解调方式

解调也可以分成相干解调与非相干解调两类。其中相干解调要求接收端提供相干载波。非相干解调，就是在接收端不需要相干载波，而根据已调信号本身的特点来解调

a.非相干解调的原理框图和波形图（包络检波法）

b.相干解调的原理框图和波形图（同步检测法）

四．ASK 调制解调的仿真电路的设计及参数设置

1.ASK 信号产生电路设计

本次设计中采用模拟法，其

中V1，V2都采用方波作为数字基

带信号.

V1设置其低电平V2=0V,高电

平V1=2V，延迟时间TD=0ms,上升

时间TR=O.0001ms,下降时间

TF=O.0001ms,脉冲宽度PW=1ms,

脉冲周期PER=2ms .

V2设置其低电平V2=0V,高电

平V1=1V，延迟时间TD=0us,上升

时间TR=O.00001us,下降时间TF=O.00001us,脉冲宽度PW=5us,脉冲周期PER=10us .

此过程为信号的调制过程，调制是将某种低频信号（如音频信号）“加载”到为了便于传输的高频信号的过程。本设计采用模拟乘法器实

现对信号的调制。

用模拟乘法器实现幅度调制的原理框图如下图：

载波信号

以调幅广播信号为例，将音频信 =t 与高频载波信

号

=

t 分别接入模拟乘法器的两个输入端，则输出电压为

=2K

t

t =K

[

t+

t]

由于被调制的低频信号并非单一频率而是某一频段的信号，如音

频信号的频率为20Hz~20KHz 。所以乘法器的输出电压是以调制频率

为中心的两段频段，简称便带。（）为上边带；（

）为下

边带。在乘法器的输出端接一个带通滤波器可滤除其中的一个边带，而

保留另一个边带发送。

=K

t

2.ASK 信号解调电路设计

本次设计中采用相干解调法，由常规双边带调幅（AM ）信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。因此 V1、V2 相乘后所得 2ASK 信号再与 V3方波信号相乘即可实现 ASK 信号的解调。电路如左图所示： 其中V3采用方波信号，设置其低电平V2=0V,高电平V1=1V ，延迟时间TD=0us,上升时间TR=O.00001us,下降时间

TF=O.00001us,脉冲宽度PW=5us,脉冲周期

PER=10us .

此过程为信号的解调过程，解调是调制的逆变换，即从调制过程的高频信号中提取原低频信号的过程。本设计采用模拟乘法器实现对信号的解调。

用模拟乘法器实现幅度解调的原理框图如下图：

调幅信号

解调是调制的逆过程，同样是利用乘法器来实现将音频信号从调幅波中分离出来。乘法器的两个输入端分别接入调幅波（下边带） = 及与调制时的载波信号同频同相的载波信号

=t,则可以得到输出信号为

=K

[

t+

t]

通过低通滤波器滤除其中的高频分量，则可以得到输出电压幅值与