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模拟乘法器MC1496 1596设计混频电路

模拟乘法器MC1496 1596设计混频电路
模拟乘法器MC1496 1596设计混频电路

班级:

姓名:

学号:

指导教师:林森

成绩:

电子与信息工程学院

信息与通信工程系

混频器的设计

1概述

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。

混频器在通信工程和无线电技术中,应用非常广泛,在调制系统中,输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中,接收的已调高频信号也要经过频率的转换,变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中,混频器应用较为广泛,混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。

本次设计主要内容是基于MC1496的混频器应用设计与仿真,阐述混频器基本原理,并在电路设计与Multisim仿真环境中创建集成电路乘法器MC1496电路模块,利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真,并结合双踪示波器实现对信号的混频,对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号。

1.1混频器原理

混频技术应用的相当广泛,混频器是超外差接收机中的关键部件。直放式接收机是高频小信号检波,工作频率变化范围大时,工作频率对高频通道的影响比较大(频率越高,放大量越低,反之频率低,增益高),而且对检波性能的影响也较大,灵敏度较低。采用超外差技术后,将接收信号混频到一固定中频,放大量基本不受接收频率的影响,这样,频段内信号的放大一致性好,灵敏度可以做得很高,选择性也较好。因为放大功能主要放在中放,

因此可以用良好的滤波电路。采用超外差接收后,调整方便,放大量﹑选择性主要由中频部分决定,且中频较高频信号低,性能指标容易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。此外,混频器也是许多电子设备、测量仪器(如频率合成器、频谱分析仪等)的重要组成部分。

混频器是频谱线性搬移电路,能够将输入的两路信号进行混频。具体原理框图如图1所示。

振荡器输出一频率为=10MHz、幅值0.2V<<1V的正弦波信号,此信号作为混频器的第一路输入信号;高频信号源输出一正弦波信号,=10MHz、幅值=200mV,此信号作为混频器的第二路信号,将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大,最终输出2MHz的正弦波信号。

图1-1混频器原理图

1.2计算方法

图1-2混频电路基本原理图

图1-2为混频电路的基本原理

U s (t)为输入信号,U c (t)本振信号U i (t)输出信号。

分析:

st sm s cos U (t)U ψ=

(t)(t)U U (t)U c s p ==ct cm st sm cos U cos U ψψ= ct st cos cos Am ψψ

其中

cm sm U U Am =

对上式进行三角函数的变换则有

()t c st 1p cos cos Am t U ψψ=:)t]-(c s)t c [cos(

Am 21s c ψψψψos ++ 从上式可推出

U p (t)含有两个频率分量和为(ψc +ψS ),差为(ψC -ψS )。

若选频网络是理想,上边带滤波器则输出为

]t Amcos[2

1(t)U s c i ψψ+= 若选频网络是理想下边带滤波器则输出

]t -Amcos[2

1(t)U s c i ψψ= 工程上对于超外差式接收机而言,如广播电视接收机则有ψc >>ψS 。往往混频

器的选频网络为下边带滤波器,则输出为差频信号。

]t -Amcos[2

1(t)U s c i ψψ= 为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。 2设计与仿真

图2-1完整电路图

图2-2 M1496内部电路

2.1 输入设置

图2-3输入AM 调制波

图2-3输入载波

2.2 输出结果

图2-4混频器输出

图2-5 AM 波频率

图2-6载波频率

图2-7混频后频率

3分析结果

混频器电路有两个乘法器,第一个乘法器产生一个调幅波,第二个乘法器起混频的作用,把高频已调波转成中频波。第二个乘法器输入的频率为1.456M,经混频器后输出频率约为461k。

4设计心得

本次课程设计的题目是混频器的设计,主要应用了通信电子线路中三方面内容,分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。通过查找资料,结合书本中所学的知识,完成了课程设计的内容。把书中所学的理论知识和具体的实践相结合,有利于我们对课本中所学知识的理解,并加强了我们的动手能力。

在这次的课程设计过程中,我懂得了很多,课程设计不光是让我们去“设计”,更重要的是培养我们的能力。通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解,增加了对所学知识的应用。

本次课程设计教会我查阅书籍的重要性,通过翻阅书籍我找到了与我课设题目有关的内容,顺利进行了课程设计,我希望通过更多这样有价值的课设来充实自己。虽然课设中有很多困难,但经过指导老师的帮助和我的努力都一一克服了,增强了自信心。课程设计诚然是一门专业课,给我很多专业知识以及专业技能上的提升,同时又是一门讲道课,一门设计课,给了我许多道,给了我很多思,给了我莫大的空间。同时,设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。

混频器的设计与仿真知识讲解

混频器的设计与仿真

目录 前言 0 工程概况 0 正文 (1) 3.1设计的目的及意义 (1) 3.2 目标及总体方案 (1) 3.2.1课程设计的要求 (1) 3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (1) 3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (1) 3.3工具的选择—Multiusim 10 (3) 3.3.1 Multiusim 10 简介 (3) 3.3.2 Multisim 10的特点 (3) 3.4 混频器 (3) 3.4.1混频器的简介 (3) 3.4.2混频器电路主要技术指标 (4) 3.5 混频器的分类 (4) 3.6详细设计 (5) 3.6.1混频总电路图 (5) 3.6.2 选频、放大电路 (5) 3.6.3 仿真结果 (6) 3.7调试分析 (9) 致谢 (9) 参考文献 (10) 附录元件汇总表 (10)

混频器的设计与仿真 前言 混频器在通信工程和无线电技术中,应用非常广泛,在调制系统中,输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中,接收的已调高频信号也要经过频率的转换,变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中,混频器应用较为广泛,如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号,电视接收机将已调48.5M一870M 的图像信号要变成38MHZ的中频图像信号。移动通信中一次中频和二次中频等。在发射机中,为了提高发射频率的稳定度,采用多级式发射机。用一个频率较低石英晶体振荡器作为主振荡器,产生一个频率非常稳定的主振荡信号,然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频,所以必须使用混频电路,又如电视差转机收发频道的转换,卫星通讯中上行、下行频率的变换等,都必须采用混频器。由此可见,混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 工程概况 混频的用途是广泛的,它一般用在接收机的前端。除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡,也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中,微波中继站的接收机把微波频率变换为中频,在中频上进行放大,取得足够的增益后,在利用混频器把中频变换为微波频率,转发至下一站此外,在测量仪器中如外差频率计,微伏计等也都采用混频器。因此,做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度;通过混频器设计,可以巩固已学的高频理论知识。混频器是频谱线性搬移电路,能够将输入的两路信号进行混频。 具体原理框图如图2-1所示。

场效应晶体管混频器原理及其电路

场效应晶体管混频器原理及其电路 混频器一般由输入信号回路、本机振荡器、非线性器件和滤波网络等4部分组成,如图1所示。这里的非线性器件本身仅实现频率变换,本振信号由本机振荡器产生。若非线性器件既产生本振信号,又实现频率变换,则图1变为变频器。所谓混频,是将两个不同的信号(如一个有用信号和一个本机振荡信号)加到非线性器件上,取其差频或和频。 图1 混频器的组成部分 混频器可根据所用非线性器件的不同分为二极管混频器、晶体管混频器、场效应管混频器和变容管混频器等。混频器又可根据工作特点的不同,分为单管混频器、平衡混频器、环形混频器、差分对混频器和参量混频器等。在设计混频器时应注意如下几点:(1)要求混频放大系数越大越好。混频放大系数是指混频器的中频输出电压振幅与变频输入信号电压振幅之比,也称混频电压增益。增大混频放大系数是提高接收机灵敏度的一项有力措施。(2)要求混频器的中频输出电路有良好的选择性,以抑制不需要的干扰频率。(3)为了减少混频器的频率失真和非线性失真以及本振频率产生的各种混频现象,要求混频器工作在非线性特性不过于严重的区域,使之既能完成频率变换,又能少产生各种形式的干扰。(4)要求混频器的噪声系数越小越好,在设计混频器时,必须按设备总噪声系数分配给出的要求,合理地选择线路和器件以及器件的工作点电流。(5)要考虑混频器的工作稳定性,如本机振荡器频率不稳定引起的混频器输出不稳等。(6)注意混频器的输入端和输出端的连接条件,在选定电路和设计回路时,应充分考虑如何匹配的问题。场效应管混频性能比三极管混频好,原因在于场效应管工作频率高,其特性近似平方率,动态范围大,非线性失真小,噪声系数低,单向传播性能好。场效应管混频器实际电路举例(1)有源混频器1)200MHz 场效应管混频器电路(有源混频器) 为提高混频增益,在下列的A、B电路中输入、输出端都有匹配网络完成阻抗匹配,获得大的变频增益;并且L3,C5均谐振ωL,起了抑制本振信号输出的作用。电路A)υs,υ L均从栅极注入(如图2所示)。 图2 υs,υL均从栅极注入电路图 电路B)υs从栅极注入,本振υL从源极注入(如图3所示)。

实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真(材料详实)

实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真 一、 实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S 参数 二、 实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、 实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器,常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上,非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”,甚至可以采用源与负载也向多腔耦合,以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中,e1表示激励电压源,R1、R2分别为电源内阻和负载电阻,ik (k=1,2,3,…,N )表示各谐振腔的回路电流,Mij 表示第i 个谐振腔与第k 个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N ,且i ≠j)。在这里取ω0=1,即各谐振回路的电感L 和电容C 均取单位值。Mkk (k=1,2,3,…,N )表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示: ...1F 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1H 1F 1F 1F ...i 1 i 2 i k i N i N M N ,1M k 1M kN M N 1 ,2-M 12 M k 2M N k 1 ,-M N N ,1-e 1 R 1 R 2 1F 1H 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ?? ? ???????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式:I R M sU ZI E )(0++==j

ADS射频电路课程设计——混频器设计与仿真

混频器的设计与仿真 设计题目:混频器的设计与仿真 学生姓名: 学院: 专业: 指导老师: 学号: 日期: 2011年 12 月 20 日

目录 一、射频电路与ADS概述 (3) 1、射频电路概述 (3) 2、ADS概述 (3) 二、混频器的设计 (7) 1.混频器的基本原理 (7) 2、混频器的技术指标 (9) 三、混频器的设计 (9) 1、3 D B定向耦合器的设计 (9) 1.1、建立工程 (9) 1.2、搭建电路原理图 (10) 1.3、设置微带线参数 (11) 1.4、耦合器的S参数仿真 (12) 2、完整混频器电路设计 (17) 3、低通滤波器的设计................................... 2错误!未定义书签。 四、混频器性能仿真 (23) 1、混频器功能仿真 (23) 1.1、仿真原理图的建立 (23) 1.2功能仿真 (25) 2、本振功率的选择 (27) 3、混频器的三阶交调点分析 (28) 3.1、三阶交调点的测量 (28) 3.2、三阶交调点与本振功率的关系 (31) 4、混频器的输入驻波比仿真 (31) 五、设计总结 (33)

一、 射频电路与ADS 概述 1、 射频电路概述 射频是指超高频率的无线电波,对于工作频率较高的电路,人们经常称为“高频电路”或“射频(RF )电路”或“微波电路”等等。 工程上通常是指工作频段的波长在10m ~ 1mm 或频率在30MHz ~ 300GHz 之间的电路。此外,有时还含有亚毫米波( 1mm ~0.1mm 或300GHz ~ 3000GHz )等。 一方面,随着频率升高到射频频段,通常在分析DC 和低频电路时乐于采用的基尔霍夫定律、欧姆定律以及电压电流的分析工具,已不精确或不再适用。分布参数的影响不容忽略。另一方面,纯正采用电磁场理论方法,尽管可以很好的全波分析和计及分布参数等的影响,但很难触及高频放大器、VCO 、混频器等实用内容。所以,射频电路设计与应用已成为信息技术发展的关键技术之一。 2、ADS 概述 ADS 电子设计自动化(EDA 软件全称为 Advanced Design System ,是美国安捷伦(Agilent )公司所生产拥有的电子设计自动化软件;ADS 功能十分强大,包含时域电路仿真 (SPICE-like Simulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance 、Linear Analysis)、三维电磁仿真 (EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计(DSP );支持射频和系统设计工程师开发所有类型的 RF 设计,从简单到复杂,从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC ,是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。 2.1 ADS 的仿真设计方法 ADS 软件可以提供电路设计者进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计,其提供的仿真分析方法大致可以分为:时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真;ADS 仿真分析方法具体介绍如下: 2.1.1 高频SPICE 分析和卷积分析(Convolution ) 高频SPICE 分析方法提供如SPICE 仿真器般的瞬态分析,可分析线性与非线性电路的瞬态效应。在SPICE 仿真器中,无法直接使用的频域分析模型,如微带线带状线等,可于高频SPICE 仿真器中直接使用,因为在仿真时可于高频SPICE )()/(1038Hz f s m f c ?==λ

混频器原理分析

郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目三极管混频器工作原理分析 专业、班级学号姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等: 一、主要内容 分析三极管混频器工作原理。 二、基本要求 1:混频器工作原理,组成框图,工作波形,变频前后频谱图。 2:晶体管混频器的电路组态及优缺点。 3:自激式变频器电路工作原理分析。 4:完成课程设计说明书,说明书应含有课程设计任务书,设计原理说明,设计原理图,要求字迹工整,叙述清楚,图纸齐备。 5:设计时间为一周。 三、主要参考资料 1、李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.6 2、谢自美电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社2003.10 3、张肃文高频电子线路高等教育出版社 2004.11 完成期限:2010.6.24-2010.6.27 指导教师签名: 课程负责人签名: 2010年6月20日

目录 第一章混频器工作原理------------------------------------------4 第一节混频器概述------------------------------------------------4 第二节晶体三极管混频器的工作原理及组成框图---------5 第三节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图------8 第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点------10 第一节三极管混频器的电路组态及优缺点------- 第二节三极管混频器的技术指标------ 第三章自激式变频器电路工作原理分析--------------------12 第一节自激式变频器工作原理分析---------------------12 第二节自激式变频器与他激式变频器的比较------------------------13 第四章心得体会---------------------------------------14 第五章参考文献---------------------------------------15

20151060042-贾炜光-混频器仿真实验报告

混频器仿真实验 姓名:贾炜光 学号:20151060042 学院:信息学院 专业:通信工程 指导教师:谢汝生

一、实验目的 (1)加深对混频理论方面的理解,提高用程序实现相关信号处理的能力; (2)掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤; (3)掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程,为以后的设计打下良好的基础。 二.实验原理 混频器将天线上接收到的射频信号与本振产生的信号相乘,cosαcosβ=[cos(α+ β)+cos(α-β)]/2 可以这样理解,α为射频信号频率量,β为本振频率量,产生和差频。当混频的频率等于中频时,这个信号可以通过中频放大器,被放大后,进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大,然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化,因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。 混频是指将信号从一个频率变换到另外一个频率的过程 ,其实质是频谱线性搬移的过程。在超外差接收机中 ,混频的目的是保证接收机获得较高的灵敏度 ,足够的放大量和适当的通频带 ,同时又能稳定地工作。混频电路包括三个组成部分 : 本机振荡器、非线性器件、带通滤波器。[1] 由于非线性元件( 如二极管、三极管、场效应管等) 的作用,混频过程中会产生很多的组合频率分量 : p f L ±qf S 。一般来讲 ,其中满足需要的仅仅是 f I =f L -f S 或者是f I =f S -f L 。前者产生中频的方式称为高差式混频 , 后者称为低差式混频。在这里 ,混频过程中产生的一系列组合频率分量经过带通滤波器即可以选择输出相应的中频 ,而其他的频率分量会得到抑制。

微带低通滤波器的设计与仿真

微带低通滤波器的设计与仿真 分类: 电路设计 嘿嘿,学完微波技术与天线,老师要求我们设计一个微带元器件,可以代替实验室里的元器件,小弟不才,只设计了一个低通滤波 器。现把它放到网上,以供大家参考。 带低通滤波器的设计 一、题目 第三题:低通滤波器的设计 f < 800MHz ;通带插入损耗 ;带外 100MHz 损耗 ;特性阻抗 Z0=50 Ohm 。 二、设计过程 1、参数确定:设计一个微带低通滤波器,其技术参数为 f < 800MHz ;通带插入损耗;带外100MHz 损耗;特性阻抗Z0=50 Ohm 。 介质材料:介电常数 £r = 2.65,板厚 1mm 。 2、设计方法:用高、底阻抗线实现滤波器的设计,高阻抗线可以等效为串联电感,低阻抗线可以等效为并联电容,计算各阻抗线的 宽度及长度,确保各段长度均小于 X /8(入为带内波长)。 3、设计过程: (1)确定原型滤波器:选择切比雪夫滤波器, ?s = fs/fc = 1.82 , ?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB , Ls >= 30,查表得N=5,原型滤波器的归 一化元件参数值如下: g1 = g5 = 1 .3394, g2 = g4 = 1.3370,g3 = 2.1660,gL= 1 .0000。 该滤波器的电路图如图 1 所示: O H 技术参数: 仿真软件: HFSS 、 ADS 或 IE3D 介质材料: 介电常数 £ r = 2.65板厚1mm

(2)计算各元件的真实值:终端特性阻抗为Z0=50?,则有 C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF , C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50)= 8.6182pF , L2 = L4 = Z0*g2/(2* pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。 (3)计算微带低通滤波器的实际尺寸: 设低阻抗(电容)为Z0I = 15?。 经过计算可得W/d = 12.3656, £ e = 2.443,贝U 微带宽度W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm , 各段长度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12 =15.3412mm, I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12 =24.8088mm, 可知各段均小于入/8符合要求。 设高阻抗(电感)为Z0h = 95? 。 经过计算可得W/d =0.85,£ e = 2.0402则 微带宽度W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm , 各段长度l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm , 带内波长入=Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm,入/8 = 32.8175mm 可知各段均小于入/8符合要求。

3.2模拟集成电路设计-差分放大器版图

集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三(第二次课) 模拟电路单元实验-差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University

实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容: z完成差分放大器的版图 z完成验证:DRC、LVS、后仿真 z目的: z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排: z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习-单元实验三Page1

实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真(进度慢的同学可只选做部分分析) z DC分析:直流功耗等 z AC分析:增益、GBW、PM z Tran分析:建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习-单元实验三Page2

Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习-单元实验三Page3

由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习-单元实验三Page4

FPGA_ASIC-基于FPGA的正交数字混频器的设计与验证

基于FPGA的正交数字混频器的设计与验证 摘 要:本文研究了用DDS加乘法器实现正交数字混频器的设计及其完整的验证方法,用DDS产生的正/余弦正交本振序列与模拟信号通过A/D采样数字化后的数字序列相乘,再通过数字低通滤波实现数字混频。其中DDS采用正弦和余弦波形幅值存储功能依靠片内EAB 实现,省去了片外ROM,符合片上系统(SoC)的思想;用MATLAB软件增强QUARTUS的仿真功能,得到的仿真结果完整而且直观。 关键词:FPGA;NCO;DDS;MATLAB 中图分类号:TN773 Design and Certification of Quadrature NCO Based on FPGA Abstrct: The paper mainly studies the design and certification of quadrature NCO realized by DDS and multiplication based on FPGA, sin and cos sequences are produced by DDS, and the two output sequences then multiplicate with the input digital sequence, after by LPF we can get the results of quadrature NCO. in which, the wave amplitude are stored in memory of on-chip EAB. The emulational function of QUARTUS are enganced by MATLAB, and the result is rounded and intuitionistic. Key Words: FPGA;NCO;DDS;MATLAB 1 概述 数字混频器是数字通讯中调制解调单元必不可少的部分,同时也是各种数字频率合成器和数字信号发生器的核心。随着数字通信技术的发展,对传送数据的精度和速率要求越来越高。如何得到可数字的高精度的高频载波信号是实现高速数字通信系统必须解决的问题,利用FPGA(现场可编程逻辑门阵列)实现数字混频具有设计灵活、精确度高、频率高和稳定性好等优点,可以产生各种调制信号,广泛应用于通信、遥测、电子对抗和仪表工业等领域。 数字混频可采用CORDIC加累加器或DDS加乘法器实现,由于DDS加乘法器实现比较简捷因此得到普遍应用, DDS产生正/余弦正交本振序列与模拟信号通过A/D采样数字化后的数字序列相乘,再通过数字低通滤波实现数字混频。 2 DDS的实现 2.1 DDS的原理与设计 DDS的作用是产生正交的正弦和余弦样本。正(余)弦样本可以用实时计算的方法产生,但这只适用于信号采样频率很低的情况。在软件无线电超高速信号采样频率的情况下,用实时计算的方法实现比较困难。此时,产生正弦波样本的最有效、最简便的方法就是查表法,即事先根据各个正弦波相位计算好相位的正弦值,并按相位角度作为地址存储该相位的正弦值数据,因此,DDS采用图1所示的顶层电路。其基本功能包括:接收频率控制字FSW进行相位累加;以相位累加器的输出为地址,对存有正 (余) 弦幅度值的存储器进行寻址。输出的离散幅度码即为DDS的输出结果,用查表法实现DDS的性能指标取决于查表的深度和宽度,即取决于表示相位数据的位数和表示正弦值数据的位数。 假设存储器有1024个波形数据,系统时钟频率FCLK为1.024MHZ,相位累加器字长N=10:当频率字FSW=1,在系统时钟作用下,相位累加器累加1024个系统时钟后溢出,即经过1024个系统时钟输出波形循环一周,系统输出频率FOUT=FCLK/1024=1KHZ。当频率字FSW=2,相位累加器累加512个系统时钟后溢出,即经过512个系统时钟输出波形循环一周,系统输出频率 FOUT=FCLK/512=2KHZ。可见,输出频率FOUT与系统时钟频率FCLK关系为FOUT=FSW*FCLK/2N,从存储器中读出数据的过程是对存储器所存储波形的再次采样,一个周期查表的点数即为采样点数,根据奈奎斯特定理,每个周期至少采样2点才能重构波形,这样理论上最大输出频率

混频器设计

混频器设计 简介 无线收发机射频前端在本质上主要完成频率变换的功能,接收机射频前端将 接收到的射频信号装换成基带信号,而发射机射频前端将要发射的基带信号转换成射频信号,频率转换功能就是由混频器完成的。 本文设计应用于无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)的混频器,无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统,其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。这就要求所设计的混频器具有很低的功耗。同时,混频器是一种非线性电路,是接收机中输入射频信号最强的模块,这就对混频器的线性度提出了严格的要求。而混频过程通常会引入很大的噪声,考虑到LNA 的增益有限,混频器噪声也是要考虑的关键指标。由于所设计的接收机采用的是低中频的结构,中频频率只有2MHz,所以混频器的隔离度也是关键的指标。 结构选择及原理分析 结构选择 本接收机采用的结构为低中频结构,中频频率只有2MHz,LO 信号泄漏到RF 端口可能造成自混频及信号阻塞等问题。LO 信号泄漏到IF 端口,会对中频信号形成阻塞,同时LO 的噪声也将提高整体的噪声系数。而RF 信号馈通到LO端会造成自混频现象。双平衡的吉尔伯特混频器具有很好的隔离度,故本设计采用该结构。 本设计中频频率很低,开关对噪声(包括热噪声和1/ 噪声)是限制混频器噪声性能的主要因素,可以在不影响驱动级偏置电流的情况下减小流过开关对的偏置电流来减小混频器的噪声系数。可以通过在开关对的源极注入一个固定的偏置电流来实现。 线性度是混频器的一个重要指标,通常可以采用在驱动级晶体管的源极串一个无源元件形成串联反馈来提高驱动级的线性度。电阻作源简并元件会引入热噪声,而电阻本身会产生压降。电感和电容作源简并元件不会引入额外的噪声,而且对高频谐波成分和交调成分具有一定的抑制作用。因此通常选择电感作为源简并元件。但是本设计并没有采用结构,考虑到本设计的偏置电流很低,转换增益低,源简并技术将进一步降低转换增益,同时电感占用很大的芯片面积,不利于降低成本,故不可采用。根据Zigbee 协议,WSN 接受信号范围为-85 -20dBm,为了达到系统的线性度的要求,可以在低噪放级采用可调结构,这样使输入混频器的最大信号为-20dBm,降低了对混频器线性度的要求,有助于降低整个系统的功耗,但增加了LNA 的设计难度。 混频器的负载通常有三种形式:电阻作负载、晶体管作负载和LC 并联谐振电路作负载。晶体管作负载会引入非线性,而LC 并联谐振电路作负载虽具有很多的优势,但电感占用的芯片面积很大,不宜采用。电阻作负载不会引入非线性,同时具有很宽的带宽,但电阻上会引入直流压降,为了不使开关对和驱动级中的晶体管离开饱和区,电阻的取值不能太大,考虑到转换增益,电阻的取值将需要特别注意。而且这种负载不具有滤波的特性,因此不能衰减混频过程中产生的毛刺以及LO-IF、RF-IF 馈通成分。所以,本设计采用一个电容与电阻并联组成一个低通滤波网络来滤除高频成分。 综上所述,本设计所采用的结构如图4.1 所示。

模拟乘法器MC1496 1596设计混频电路

班级: 姓名: 学号: 指导教师:林森 成绩: 电子与信息工程学院 信息与通信工程系

混频器的设计 1概述 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。 混频器在通信工程和无线电技术中,应用非常广泛,在调制系统中,输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中,接收的已调高频信号也要经过频率的转换,变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中,混频器应用较为广泛,混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 本次设计主要内容是基于MC1496的混频器应用设计与仿真,阐述混频器基本原理,并在电路设计与Multisim仿真环境中创建集成电路乘法器MC1496电路模块,利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真,并结合双踪示波器实现对信号的混频,对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号。 1.1混频器原理 混频技术应用的相当广泛,混频器是超外差接收机中的关键部件。直放式接收机是高频小信号检波,工作频率变化范围大时,工作频率对高频通道的影响比较大(频率越高,放大量越低,反之频率低,增益高),而且对检波性能的影响也较大,灵敏度较低。采用超外差技术后,将接收信号混频到一固定中频,放大量基本不受接收频率的影响,这样,频段内信号的放大一致性好,灵敏度可以做得很高,选择性也较好。因为放大功能主要放在中放,

混频仿真

通信电子线路实验 实验名称:混频器仿真 混频器的作用是在保持已调信号的调制规律不变的前提下,使信号的载波频率升高(上变频)或下降(下变频)到另一个频率。 一、晶体管混频器电路仿真 本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路,它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成,中频输出465KHz的AM波。 电路特点:(1)输入回路工作在输入信号的载波频率上,而输出回路则工作在中频频率(即LC选频回路的固有谐振频率fi)。(2)输入信号幅度很小,在在输入信号的动态范围内,晶体管近似为线性工作。(3)本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。由于晶体管工作在线性时变状态,存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。 工作原理:输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项,用带通滤波器取出该项,即获得混频输出。 在混频器中,变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关,通常为了使混频器的变频跨导最大(进而使变频增益最大),总是将晶体管的工作点确定在:U L=50~200mV,I EQ=0.3~1mA,而且,此时对应混频器噪声系数最小。 1、直流工作点分析 使用仿真软件中的“直流工作点分析”,测试放大器的静态直流工作点。 注:“直流工作点分析”仿真时,要将V1去掉,否则得不到正确结果。因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路,晶体管的基极工作点受V1影响。若在V1与Q1之间有隔直流电容,则仿真时可不考虑V1的存在。 2、混频器输出信号“傅里叶分析”

选取电路节点8作为输出端,对输出信号进行“傅里叶分析”,参数设置为: 基频5KHz,谐波数为120,采用终止时间为0.001S,线性纵坐标请对测试结果进行分析。在图中指出465KHz中频信号频谱点及其它谐波成分。 注:傅里叶分析参数选取原则:频谱横坐标有效范围=基频×谐波数,所以这里须进行简单估算,确定各参数取值。 分析:图中最高频谱点在465KHZ的中频信号成分,同时电路中还有较弱的其他谐波成分。 二、模拟乘法器混频电路 模拟乘法器能够实现两个信号相乘,在其输出中会出现混频所要求的差频(ωL-ωC),然后利用滤波器取出该频率分量,即完成混频。 与晶体管混频器相比,模拟乘法器混频的优点是:输出电流频谱较纯,可以减少接收系统的干扰;允许动态范围较大的信号输入,有利于减少交调、互调干扰。 1、混频输入输出波形测试 在仿真软件中构建如下模拟乘法器混频电路,启动仿真,观察示波器显示波形,分析实验结果。

巴特沃斯滤波器的设计与仿真

信号与系统课程设计 题目巴特沃斯滤波器的设计与仿真 学院英才实验学院 学号2015180201019 学生姓名洪 健 指导教师王玲芳

巴特沃斯滤波器的设计与仿真 英才一班 洪健 2015180201019 摘 要:工程实践中,为了得到较纯净的真实信号,常采用滤波器对真实信号进行处理。本文对巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性、设计方法及设计步骤进行了研究,并利用Matlab 程序和Multisim 软件,设计了巴特沃斯模拟滤波器,并分析了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性。利用 Matlab 程序绘制了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性曲线,并利用Matlab 实现了模拟滤波器原型到模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的转换。通过Multisim 软件,在电路中设计出巴特沃斯滤波器。由模拟滤波器原型设计模拟高通滤波器的实例说明了滤波器频率转换效果。同时通过电路对巴特沃斯滤波器进行实现,说明了其在工程实践中的应用价值。 关键词:巴特沃斯滤波器 幅频特性 Matlab Multisim 引言 滤波器是一种允许某一特定频带内的信号通过,而衰减此频带以外的一切信号的电路,处理模拟信号的滤波器称为模拟滤波器。滤波器在如今的电信设备和各类控制系统里应用范围最广,技术最为复杂,滤波器的好坏直接决定着产品的优劣。滤波器主要分成经典滤波器和数字滤波器两类。从滤波特性上来看,经典滤波器大致分为低通、高通、带通和带阻等。 模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 无源滤波器:这种电路主要有无源元件R、L 和C 组成。有源滤波器:集成运放和R、C 组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。 Multisim10 是美国NI 公司推出的EDA 软件的一种,它是早期EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9等版本的升级换代产品,是一个完全的电路设计和仿真的工具软件。该软件基于PC 平台,采用图形操作界面虚拟仿真了一个如同真实的电子电路实验平台,它几乎可以完成实验室进行的所有的电子电路实验,已被广泛应用于电子电路的分析,设计和仿真等工作中,是目前世界上最为流行的EDA 软件之一。 本文主要对低通模拟滤波器做主要研究,首先利用MATLAB 软件对巴特沃斯滤波器幅频特性曲线进行研究,并计算相应电路参数,最后利用Multisim 软件实现有源巴特沃斯滤波器。 正文 1巴特沃斯低通滤波器 巴特沃斯(Butterworth)滤波器的幅频特性如该幅频特性的特点如下: ① 最大平坦性。可以证明,在ω=0处,有最大值|H(0)|=1,幅频特性的前2n-1阶导数均为零。这表示它在ω=0点附近是很平坦的。 ② 幅频特性是单调下降的,相 频 特 性 也 是 单 调 下降的。因此, 巴特沃斯滤波器对有用信号产生的幅值畸变和相位畸变都很小。 ③ 无论阶数n是什么数,都会通过C = ,并且此时|()|H j ,而且n 越大,其幅频响应就越逼近理想情况。

混频器仿真实验报告

混频器仿真实验报告 一.实验目的 (1)加深对混频理论方面的理解,提高用程序实现相关信号处理的能力; (2)掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤; (3)掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程,为以后的设计打下良好的基础。 二.实验原理以及实验电路原理图 (一).晶体管混频器电路仿真 本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路,它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成,中频输出465KHz的AM波。 电路特点:(1)输入回路工作在输入信号的载波频率上,而输出回路则工作在中频频率(即LC选频回路的固有谐振频率fi)。(2)输入信号幅度很小,在在输入信号的动态范围内,晶体管近似为线性工作。(3)本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。由于晶体管工作在线性时变状态,存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。 工作原理:输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项,用带通滤波器取出该项,即获得混频输出。 在混频器中,变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关,通常为了使混频器的变频跨导最大(进而使变频增益最大),总是将晶体管的工作点确定在:U L=50~200mV,I EQ=0.3~1mA,而且,此时对应混频器噪声系数最小。 (二).模拟乘法器混频电路 模拟乘法器能够实现两个信号相乘,在其输出中会出现混频所要求的差频(ωL-ωC),然后利用滤波器取出该频率分量,即完成混频。

与晶体管混频器相比,模拟乘法器混频的优点是:输出电流频谱较纯,可以减少接收系统的干扰;允许动态范围较大的信号输入,有利于减少交调、互调干扰。 三.实验内容及记录 (一).晶体管混频器电路仿真 1、直流工作点分析 使用仿真软件中的“直流工作点分析”,测试放大器的静态直流工作点。 注:“直流工作点分析”仿真时,要将V1去掉,否则得不到正确结果。因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路,晶体管的基极工作点受V1影响。若在V1与Q1之间有隔直流电容,则仿真时可不考虑V1的存在。 2、混频器输出信号“傅里叶分析” 选取电路节点8作为输出端,对输出信号进行“傅里叶分析”,参数设置为: 基频5KHz,谐波数为120,采用终止时间为0.001S,线性纵坐标请对测试结果进行分析。在图中指出465KHz中频信号频谱点及其它谐波成分。 注:傅里叶分析参数选取原则:频谱横坐标有效范围=基频×谐波数,所以这里须进行简单估算,确定各参数取值。

电子仿真实验报告之晶体管混频

大连理工大学 本科实验报告 课程名称:电子系统仿真实验 学院(系):信息与通信工程学院 专业:电子与信息工程 班级: 学号: 学生姓名: 2014年月日

一、 实验目的和要求 使用电路分析软件,运用所学知识,设计一个晶体管混频器。要求输入频率为10MHz ,本振频率为16.485MHz 左右,输出频率为6.485MHz 。本振电路为LC 振荡电路。 二、实验原理和内容 混频电路是一种频率变换电路,是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压(使器件跨导随此频率的电压作周期变化)与幅度较小的差频或和频,完成变频作用。它是一个线性频率谱搬电路。图2.1是其组成模型框图。 中频 图2.1 本地振荡器产生稳定的振荡信号(设其频率为L f )通过晶体管混频电路和输入的高频调幅波信号(设其频率为s f ),由于晶体管的非线性特性,两个信号混合后会产生L f +s f L f -s f 频率的信号,然后通过中频滤波网络,取出L f -s f 频率的信号,调节好L f -s f 的大 小使其差为中频频率,即所需要的中频输出信号。图 2.2调幅前后的频谱图。 图2.2 本次试验本振电路采用LC 振荡电路。其等效原理图为西勒振荡电路,如图2.3所示。 本振电路 非线性器件 输入 中频滤波 输出

图2.3 混频器采用晶体混频电路,其等效电路图如图2.4。 图2.4 三、主要仪器设备 名称型号主要性能参数 电子计算机宏碁V-531,Windows 7 AMD A10-4600M 2.3GHz,2GB 内存 电路分析软件 Multisim.12 多种电路元件,多种虚拟仪 器多种分析方法 表3.1

混频电路设计3

通信电路实验报告 ——谐振功率放大器设计及仿真 姓名:陈强华 学号: 班级: 专业:通信工程

实验三混频器设计及仿真 一、实验目的 1、理解和掌握二极管双平衡混频器电路组成和工作原理。 2、理解和掌握二极管双平衡混频器的各种性能指标。 3、进一步熟悉电路分析软件。 二、实验准备 1、学习二极管双平衡混频器电路组成和工作原理。 2、认真学习附录相关内容,熟悉电路分析软件的基本使用方法。 三、设计要求及主要指标 1、 LO 本振输入频率:, RF 输入频率: 1MHz, IF 中频输出频率: 450KHz。 2、 LO 本振输入电压幅度: 5V, RF 输入电压幅度:。 3、混频器三个端口的阻抗为50Ω 。 4、在本实验中采用二极管环形混频器进行设计,二极管采用 DIN4148。 5、分析混频器的主要性能指标:混频增益、混频损耗、1dB 压缩点、输入阻抗,互调失真等;画出输入、输出功率关系曲线。 四、设计步骤 1、原理分析混频器作为一种三端口非线性器件,它可以将两种不同频率的输入信号变为一系列的输出频谱,输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及其谐波。两个输入端分别为射频端( RF)和本振( LO),输出端称为中频端( IF)其基本的原理如下图所示。

通常,混频器通过在时变电路中采用非线性元件来完成频率转换,混频器通过两个信号相乘进行频率变换,如下: 输入的两个信号的频率分别为ωRF \ωLO ,则输出混频信号的频率为ωRF LO +ω (上变频)或ωRF LO ?ω (下变频),从而实现变频功能。在本试验中,我们采用二极管环形混频器,其的原理电路如图 3-2 所示,其中v V t RF RF RF = cosω ,v V t LO LO LO = cosω ,并且有V V LO RF >> ,因此二极管主要受到大信号v LO 控制,四个二极管均按开关状态工作,各电流电压的极性如图 3-2 所示。在本振电压的正半周,二极管D2 \ D3 导通,D1 \ D4 截止;在本振电压的负半周,二极管D1 \ D4 导通,D2 \ D3截止。因此,混频电路可以拆分成两个单平衡混频器。

简单二阶低通滤波器设计与仿真

二阶低通滤波器部分 1、设计任务 信号放大后,需要进行滤波,滤除干扰,温度信号是一个缓慢变化的信号,在此需要设计出一个截止频率为10Hz 左右的低通放大器。因二阶低通滤波器的频率特性比一阶低通滤波器好,故决定采用由型号为OP07的运算放大器组成的二阶低通滤波器,OP07运放特点:OP07具有非常低的输入失调电压,所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施,具有低温度漂移特性。另外,需要求滤波电路的幅频特性在通带内有最大平坦度,要求品质因数Q=0.707. 2、电路元件参数计算和电路设计: 根据二阶低通滤波器的基础电路进行设计,如图3.1所示。 图3.1二阶低通滤波器的基础电路 该电路(1)、传输函数为:)()()(i o s V s V s A =2 F F )()-(31sCR sCR A A V V ++= (2)、通带增益 :F 0V A A = (3)、截止频率:RC f c π21=其中RC 1c =ω称为特征角频率 (4)品质因数:O A Q -= 31, Q 是f=fc 时放大倍数与通带内放大倍数之比 注: 时,即当 3 03 F F <>-V V A A 滤波电路才能稳定工作。 由O A Q -=31=0.707得放大倍数586.1==O VF A A 一般来说,滤波器中电容容量要小于F μ,电阻器的阻值至少要Ωk 级。 由RC f c π21==10Hz,取C=0.5F μ,计算得R ≈31.8Ωk 又因为集成运放要求两个输入端的外接电阻对称,可得:R R R A VF 2//)1(11=-

求得:Ω=k R 1.1721 电路仿真与分析: (1)采用EDA 仿真软件multisim 13.0对有源二阶低通滤波器进行仿真分析、调试,从而对电路进行优化。Multisim 仿真电路图如图3.2所示 图3.2二阶低通滤波器仿真电路图 (2)通过仿真软件中的万用表验证电路是否符合要求: 设输入电压有效值为1V 当f=1Hz 时,输出如图3.3所示。 图3.3 由图可知,在通带内有增益585.1==VF O A A ,与理论值1.586相近 当Hz f f c 10==时,输出如图3.4所示。

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