高频电子线路同步检波器课程设计

摘要
在通信领域中，DSB也代表调制中的一种方式，抑制载波双边带调幅方式，这种方式叫双边带调幅。

这种调幅方式是在标准AM调幅波中去除其中的载波分量得到的，优点在于这种调幅波的发射功率在不影响信号传输的同时要比AM波小，节省了发射功率，但其解调电路要比AM波解调电路更复杂。

而从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。

用以完成这个任务的电路称为检波器。

最简单的检波器仅需要一个二极管就可以完成，这种二极管就被称做检波二极管。

有载波振幅调制信号的包络能够直接反映调制信号的变化规律，因此可以采用二极管包络检波的方法进行检波。

同步检波器主要是用于对DSB和SSB信号进行解调。

它的特点是必须加一个与载波同频同相的恢复载波信号，利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波。

利用抑制载波的双边带信号和输入的同步信号，经过乘法器相乘，可得输出信号，实现了双边带信号解调而抑制载波的单边带或双边带振幅调制信号。

本文给出了基于Multisim软件的调制和解调仿真结果。

关键词：检波器 DSB调制同步检波 Multisim
目录
1 MC1496芯片介绍 (1)
1.1 MC1496内部结构及基本性能 (1)
2 同步检波器的设计 (2)
2.1 同步检波基本原理 (2)
2.1.1 系统功能说明 (2)
2.1.2 原理框图 (2)
2.1.3 流程图 (2)
2.2 同步检波硬件设计 (4)
2.2.1 电路原理图 (4)
2.2.2 电路说明 (5)
2.2.3 参数计算 (6)
2.3软件仿真图 (6)
3 小结与体会 (7)
4 附录：总原理图 (7)
同步检波器设计
1 MC1496芯片介绍
1.1 MC1496内部结构及基本性能
在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量电压或电流相乘的电子器件。

采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多，而且性能优越，因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。

在目前的乘法器中，单通道器件无法实现多通道的复杂运算；二象限器件又会使负信号的应用受到限制。

而ADI 公司的MC1496则是一款完全四通道四象限电压输出模拟乘法器，这种完全乘法器克服了以上器件的诸多不足之处，适用于电压控制放大器、可变滤波器、多通道功率计算以及低频解调器等电路。

非常适合于产生复杂的要求高的波形，尤其适用于高精度CRT显示系统的几何修正。

其内部结构及引脚排列如图1-1所示。

图1-1 MC1496内部结构图
MC1496是由互补双极性工艺制作而成，它包含有四个高精度四象限乘法单元。

温度漂移小于0．005％／℃。

0．3μV／Hz的点噪声电压使低失真的Y通道只有0．02％的总谐波失真噪声，四个8MHz通道的总静止功耗也仅为150mW。

MC1496的工作温度范围为－40℃～＋85℃。

MC1496的其它主要特性如下：
●四个独立输入通道； ●四象限乘法信号； ●电压输入电压输出； ●乘法运算无需外部元件； ●电压输出：W ＝（X×Y ）／2．5V ，其中X 或Y 上的线性度误差仅为0．2％； ●具有优良的温度稳定性：0．005％ ； ●模拟输入范围为±2．5V ，采用±5V 电压供电； ●低功耗一般为150mW 。

2 同步检波器的设计
2.1 同步检波基本原理
2.1.1 系统功能说明
同步检波器又称为相干检波器，有叠加型同步检波和乘积型同步检波两类。

同步检波器是由相乘器和低通滤波器两部分组成，主要用于对抑制载波的双边带调幅波和单边带调幅波进行解调，也可以用来解调普通调幅波。

同步检波器的特点在于检波器的输入除了有需要进行解调的调幅信号电压外，还必须外加一个频率和相位与输入信号载频完全相同的本地载频信号电压。

同步检波器主要用于对抑制载波的双边带调幅波和单边带调幅波进行解调，也可以用来解调普通调幅波。

2.1.2 原理框图
这种方法是将外加载波信号电压接收信号在检波器重相乘，再经过低通滤波器，最后检出原调制信号，原理框图如图2-1所示。

已调振幅信号
图2-1乘积型同步检波原理方框图
2.1.3 流程图
u 1
u 2
u 0
u c
图2-2 乘积型同步检波流程图
包络检波器
乘法器 低通滤波器
设输入的已调波为载波分量被抑制的DSB 信号u1为：
t t U u ωcos cos 11Ω= （2-1）
本地载波电压：
)cos(ϕω+=t U u c c c （2-2） 上两式中，ωc =ω1，即本地载波的角频率等于输入信号的角频率，它们的相位不一定相同 )cos(cos cos 1112ϕωω+Ω=t t U U u C （2-3） 低通滤波器滤除2ω1附近的频率分量后，得到频率为的低频信号：
t U U u C o Ω=cos cos 21
1ϕ （2-4）
由上式可见，低频信号的成正比。

当ϕ=0时，低频信号电压最大，随着相位差变大，输出电压变小。

所以我们不但要求本地载波与输出信号载波的角频率必须相等。

根据公式2-5可知，要实现同步检波需将与高频载波同频的同步信号与已调信号相乘，实现同步解调。

经过低通滤波器滤除2ω1附近的频率分量后，得到频率为Ω的低频信号
t U U u C o Ω=cos cos 2
1
1ϕ （2-5）
同步检波亦采用模拟乘法器MC1496将同步信号与已调信号相乘，其电路图如图2-3所示。

图2-3 同步检波电路2.2 同步检波硬件设计
2.2.1 电路原理图
图2-4 相干解调原理图
2.2.2 电路说明
在模拟乘法器MC1496的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号
()t t U t U c sm S Ω=cos cos ω，另一输入端输入同步信号（即载波信号）()t U t U c cm c ωcos =，经
乘法器相乘，由式（7-9）可 得输出信号U 0（t ）为
()()()
()()t U U K t U K t U U K t U t U K t U c cm sm E c sm E cm sm E c s E o Ω-+Ω++Ω==ωω241
2cos 41cos 21 （条件：mV U U C x 26<=，S y U U =为大信号） （2-6）
上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项为高频分量，可用低通滤波器滤掉，从而实现双边带信号的解调。

如果输入信号()t U S 为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号()t U C ,利用乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。

设()()()1cos cos s sm c U t U m t w t =+Ω， ()()cos c cm c u t u w t = 则输出电压()0u t 为
()()()0E s c u t K u t u t =
=
111
cos cos 2222E sm cm E cm E sm cm c K u u K mu t K u u w t +Ω+ +()1
cos 24E sm cm K mu u wc t +Ω +()1
cos 24
E sm cm K mu u wc t -Ω (条件：26x c u U mV =<，y s u U =为大信号) （2-7） 上式中，第一项为直流分量，第二项是所需要的低频调制信号分量，后面三项为高频分量，利用隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量，从而实现了有载波振幅调制信号的解调。

2.2.3 参数计算
载波输入IN11端加入的是与调制端IN1端同频同相的正旋信号。

载波输入端IN11加上的信号为：f=400KHZ，Vp-p=400mv。

已调幅信号输入端IN2加上的为从调制电路输出端OUT端口处输出的信号。

图2-8为AM调制和解调整体仿真架构。

同步检波仿真波形如图2-9所示。

其中，两路输入端口加载的信号如下：
载波输入端加入的信号为：f=500KHZ，Vp-p=100mv。

调制信号输入端加入的信号为：f=1KHZ，Vp-p=100mv。

直流电压为1v
2.3软件仿真图
3 小结与体会
课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，其目的在于加深理解检波的原理，进一步对课本知识加以掌握，基本掌握数字系统设计和调试方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力和分析、解决问题的能力。

同时也可以使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。

通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。

这次设计的题目是同步检波器。

沉醉于查资料的生活，想想两周的时间很快的过去了，学到了很多，通能够过本次设计,让我们更进一步的了解了高频电子线路中同步检波器的工作原理以及它的内部结构和工作状态，同时也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题。

比如布线不合理、焊接不牢固等等以前从未体验过的问题。

因此我们查阅了大量相关资料和书籍，这也是获取知识最重要的途径之一，吸取前人的经验也是解决问题的很好途径，但是绝不能照抄别人的成品，先继承后发展才能算是我们的收获的。

基于这样的良好态度，我解决了一个有一个的小问题，从而让我对高频的课程设计有了一个更深层次的认识，同样的，我也对同步检波器有了一个更深刻的认识。

这次的课程设计的过程中，我总结出了一个经验，那就是一个成功的电路必须要有耐心和坚定的毅力，在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。

因此，我在电路的连接以及电路的细节上花费的时间也是最多的。

参考文献
[1] 王康年高频电子线路西南电子科技大学出版社.2009
[2] 高瑜翔高频电子线路科学出版社.2008
[3] 宋树祥高频电路线路清华大学出版社.2011
[4] 张义芳高频电子线路第4版哈尔滨工业大学出版社.2009
4 附录：总原理图。