理学第五章角度调制与解调电路.ppt

第五章：角度调制与解调电路第五章：角度调制与解调电路第一节：角度调制信号第一节：角度调制信号一、调频信号和调相信号以及框图一、调频信号和调相信号以及框图1.基本概念：基本概念：⑴⑴.调频：载波信号的频率按调制信号规律变化的一种调制方式调频：载波信号的频率按调制信号规律变化的一种调制方式⑵⑵.调相：载波信号的相位按调制信号规律变化的一种调制方式调相：载波信号的相位按调制信号规律变化的一种调制方式由于以上两种调制方式中瞬时相位受到调制，因此称为角度调制或调角由于以上两种调制方式中瞬时相位受到调制，因此称为角度调制或调角2.信号表达式及其框图信号表达式及其框图载波信号：载波信号：⑴⑴调相（调相（Vm，，Wc恒定）恒定）瞬时相位在瞬时相位在Wct+φ0上上叠加一个按调叠加一个按调制信号规律变化的附加相角制信号规律变化的附加相角Δφ（（t））调相指数调相指数振荡器振荡器Wc调相调相VΩ（t）V（t）直接调相电路直接调相电路调相信号参量表达式调相信号参量表达式瞬时角频率瞬时角频率：：振荡器振荡器微分微分VΩ（t）V（（t））间接调相间接调相瞬时角频偏瞬时角频偏：：最大角频偏：最大角频偏：VΩm一定时，与调制信号频率成正比一定时，与调制信号频率成正比ΔWm，，MpΩMp=k p VΩmΔWm=MpΩ⑵⑵.调频（调频（Vm恒定）恒定）调频调频VΩ（（t））V（（t））直接调频直接调频调相调相VΩ（（t））V（（t））间接调频间接调频积分积分晶振晶振调频指数：调频指数：调频信号参量表达式调频信号参量表达式最大频偏：最大频偏：Mf ，，ΔWmΔWm=k f VΩmMf=ΔWm/Ωtt调频调频t调相调相t调频调频t调相调相FM，，PM三种含义不同的参数三种含义不同的参数Wc：：瞬时角频率的平均值瞬时角频率的平均值Ω：：瞬时角频率变化快慢程度瞬时角频率变化快慢程度ΔWm：：瞬时角频率偏离瞬时角频率偏离Wc的最大值的最大值总结调频信号调相信号二、调角信号的频谱二、调角信号的频谱•1.以以FM信号的傅里叶展开式信号的傅里叶展开式n为偶数n为奇数2.功率和频谱平均功率:与Mf无关0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1210.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6n=0n=1n=2n=3n=4 n=5n=6n=7n=8n=9J n（（Mf））Mf=5W cMf=1W cMf=0.5W c n为奇数的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；为奇数的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；n为偶数的上、为偶数的上、下边频分量的振幅相等，极性相同。

当下边频分量的振幅相等，极性相同当Mf=2.40,5.52,…..时，载波分量时，载波分量振幅等于零；当振幅等于零；当Mf为特定值时，又有某些边频分量等于零为特定值时，又有某些边频分量等于零3.调角信号频谱宽度调角信号频谱宽度 从从V（（t））的展开式看其频谱宽度为无限宽，但当的展开式看其频谱宽度为无限宽，但当Mf、、Mp一定时，随着一定时，随着n的增加，的增加，J n（（mf））的数值虽有起伏，但它的趋的数值虽有起伏，但它的趋势是减小的当势是减小的当n>M时，时，J n（（M））<ε(振幅振幅ε V m可忽略不计可忽略不计)，这时其有效上边频或下边频数为，这时其有效上边频或下边频数为L 频谱宽度频谱宽度BW ε=2LF50205210.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 10 20 50M/r a dLε=0.01ε=0.1当当n>M+1时，时，J n<0.1频谱带宽的卡频谱带宽的卡森估算公式：森估算公式：BWCR=2（（M+1））F若若M<<1时，时， BWCR=2F，，与调幅与调幅相同；相同；若若M>>1时，时， BWCR=2MF=2Δfm宽带调角信号宽带调角信号 例如调频广播系统中，国标（例如调频广播系统中，国标（ Δfm））max=75KHz，，调制信调制信 号的最高频率号的最高频率Fmax=15KHz。

求求BWCR，， BW001由由L，，M曲线图看曲线图看ε=0.01,M=5,L=8BWCR=2(M+1)F=2(5+1)15=180KHz;BW0.01=2LFmax=2×8×15=240KHZ实际值取实际值取BWCR~BW0.01之间之间200KHz三、调频电路性能要求三、调频电路性能要求•1.调频特性调频特性瞬时频偏瞬时频偏Δf(t)=f(t)-fc随调制电压随调制电压VΩ变变化的调频特性化的调频特性Δf(t)=f（（V Ω（（t））））Δf(t)V Ω（（t））ttV Ω（（t））Δf(t)Δfm瞬时频率偏离瞬时频率偏离fc的值的值•2.调频灵敏度调频灵敏度若若Δf(t)=f（（V Ω（（t））））非线性非线性是是Δf(t)的平均分量，表示调频信号的中心频率由的平均分量，表示调频信号的中心频率由fC变为变为f0，，Δf0称为中心频率的偏移量称为中心频率的偏移量3.非线性失真系数：非线性失真系数：电路需保证中心频率的准确度和稳定度，使调频信号的有效频谱分量在通频带内，否则会造成失真，干扰临近电台第二节第二节:调频电路调频电路一、直接调频（正弦波振荡器中实现）一、直接调频（正弦波振荡器中实现）工作原理及其性能分析工作原理及其性能分析⑴⑴.变容管直接调频电路变容管直接调频电路LC jVVΩ+-+-VQ-+Cj：：结电容结电容VB：：PN结的内建电位差结的内建电位差Cj（（0）：）：V=0时，结电容时，结电容n：：变容指数（变容指数（1/3~6））正常工作时需加反偏电压正常工作时需加反偏电压-VQ归一化调制电压归一化调制电压1.振荡角频率和调频特性振荡角频率和调频特性当当x=0；；VΩ=0时时载波信号角频率载波信号角频率归一化调频特性曲线归一化调频特性曲线0XΔf/f cn=4n=2n=1当当n=2时时：与调制电压成线性关系与调制电压成线性关系当当n≠2时：时：与调制电压成非线性关系，会与调制电压成非线性关系，会产生非线性失真。

其中心频率产生非线性失真其中心频率偏离偏离WC值要实现不失真的调频信号应要实现不失真的调频信号应选选n=2的变容管的变容管2.最大频偏和非线性失真最大频偏和非线性失真设设结论：结论：⑴⑴最大绝对频偏：最大绝对频偏：⑵⑵最大相对频偏：最大相对频偏：⑶⑶二次谐波失真分量的最大频偏：二次谐波失真分量的最大频偏：⑷⑷调频波的二次失真系数调频波的二次失真系数：⑸中心频率的相对偏离值m因此，调频波最大角频偏因此，调频波最大角频偏受到非线性失真和中心频受到非线性失真和中心频率的相对角频偏的限制率的相对角频偏的限制限制了限制了m的取的取值不能过大值不能过大当当m一定时，一定时，Wc越大，越大，ΔWm也越大，因此提高也越大，因此提高Wc可以增大最大角频偏可以增大最大角频偏3.实际调频电路中的变容管实际调频电路中的变容管VVΩttCj(V)Cj(t)C/j(t)VQ影响振幅和频率稳定度的性能，影响振幅和频率稳定度的性能，在实际电路中应尽量减少变容在实际电路中应尽量减少变容管上的高频电压管上的高频电压4.变容管部分接入振荡回路变容管部分接入振荡回路a. C2与与Cj串联串联LC jC2WOSCC2/C2//C2///xC2///>C2//>C2/C2WOSC低频时低频时Cj较大，较大，C2不可忽略，因此对低频影响较大；不可忽略，因此对低频影响较大；高频时高频时Cj较小，较小，C2可忽略，因此对高频影响较小；可忽略，因此对高频影响较小；因此，因此，C2取值较大时可改善取值较大时可改善W（（x））的低频段特性。

的低频段特性b. C1与与Cj并联并联C1/C1//C1///WOSCxC1///>C1//>C1/低频时低频时Cj较大，较大，C1可忽略，因此对低频影响较小可忽略，因此对低频影响较小高频时高频时Cj较小，较小，C1不可忽略；因此对高频影响较大不可忽略；因此对高频影响较大因此，因此，C1取值较大时可改善取值较大时可改善W（（x））的高频段特性的高频段特性LC jC1c. Cj与与C2串联后再与串联后再与C1并联并联（（C1

对晶振电路回路对晶振电路相当短路相当短路⑵⑵张驰振荡电路实现直接调频张驰振荡电路实现直接调频1.张驰振荡电路实现直接调频的原理张驰振荡电路实现直接调频的原理IoIo-+CVcicIe1Ie2Ve1Vb1Vb2 RRD2D1VccT1T2Ve2VΩ（t）利用利用VΩ（（t））控制电容冲放电速度来控制振控制电容冲放电速度来控制振荡器频率，得到调频方波、调频三角波等荡器频率，得到调频方波、调频三角波等a.正反馈正反馈: Ie1↑→Ic↑→Ie2↓→Ie1=（（2Io-Ie2）） ↑速度快时间短速度快时间短Ie1=2Io T1通通Ie2=0 T2止止Ie1=2Io ic=Io D1通通 ，，D2止止C充电充电Vb2=Vcc-VD1（（on））Ve2=Vcc-Vbe1（（on））-VcVbe2=Vb2-Ve2 = Vbe1（（on））- VD1（（on））+Vc← Vbe2 = Vbe1（（on）） ←当当Vc=VD1（（On））时时↑ Vbe2←↑VcIe2 ↑正反馈正反馈T1止，止，T2通通Ie1=0，，Ie2=2Io，，ic=-Io，，C反向冲电反向冲电Vb1=Vcc-VD2（（On）），，D2通通Ve1=Vcc-Vbe2（（on））+Vc，，D1止止Vbe1= Vbe2（（on））- VD2（（On））-VcC反向冲电反向冲电Vc ↓直到直到Vc= -VD2（（On））时时 Vbe1= Vbe2（（on），），Ie1 ↑ →ab.Vc的波形及的波形及f计算：计算：VD1（on）- VD2（On）T/4 T/2Ttf受受Io控制，而控制，而Io受受VΩ控制控制得到不失真的调频方波。

得到不失真的调频方波2.MC1658集成压控振荡器集成压控振荡器最高频率最高频率150MHZT3~T6、、两个两个100Ω电阻接成交叉耦合电阻接成交叉耦合正反馈放大器，其正反馈放大器，其中中T3、、T4：：射极跟射极跟随器，起隔离电平随器，起隔离电平移动和改善振荡波移动和改善振荡波形的作用形的作用Vcc15Vcc21Q4VΩ（t） 2Cx1113输入滤波器输入滤波器6 Q12偏置滤波器偏置滤波器14Cx8 -VEE500Ω500Ω62Ω500Ω250Ω125Ω125Ω250Ω1KΩ80Ω80Ω1KΩ1KΩ1KΩ100Ω100Ω1KΩT3T2T1T4T15T5T7T8T9T10T11T12T13T14D3D2D1D4T6T7、、T8、、T14：：防止防止T5、、T6管管进入饱和区，进入饱和区，提高振荡频率提高振荡频率ic11ic9ic10ic12Ie5=ic11+ic9，， ie6=ic10+ic12，，Ic9、、 ic10受调制受调制电压控制电压控制11、、14接定时电容接定时电容Cx；；4、、6分别输出极性相分别输出极性相反的方波电压反的方波电压3、调频非正弦波转换为正弦波、调频非正弦波转换为正弦波调制信号：调制信号：调频方波：调频方波：用带通滤波器得到调频正弦波：用带通滤波器得到调频正弦波：ffCnfC（n+2）fC（BWε）n（BWε）n+2带通滤波器中心频率带通滤波器中心频率nfc，，其带宽应大于调频波所占有的频谱宽度外，还要求相邻其带宽应大于调频波所占有的频谱宽度外，还要求相邻两调频波的有效频谱不重叠。

两调频波的有效频谱不重叠调频三角波：用滤波法实现调频三角波：用滤波法实现用带通滤波器得到调频正弦波；角频率用带通滤波器得到调频正弦波；角频率nWc、、调频指数为调频指数为nMf的的调频正弦波调频正弦波Vm T/4T/2Tt<1>用滤波法实现<2>用非线性变换网络（精密折点电路）将三角波变为正弦波用非线性变换网络（精密折点电路）将三角波变为正弦波非线性变换网路 ViVoVIVI（t）ttVO（t）VOVOmVm（¼）TC（¼）TC这种变换网络，不需滤波器，因此，频率可在更宽范围内调变这种变换网络，不需滤波器，因此，频率可在更宽范围内调变采用张驰振荡器调频可以产生频偏大、调制线性好的调频波，采用张驰振荡器调频可以产生频偏大、调制线性好的调频波，在电路实现上又便于集成化，是目前广泛采用的直接调频电路在电路实现上又便于集成化，是目前广泛采用的直接调频电路缺点：载波频率不能太高，限于几十缺点：载波频率不能太高，限于几十MHZ以下二二.间接调频电路（调相电路）间接调频电路（调相电路）•⑴⑴.矢量合成法调相电路：矢量合成法调相电路：方法有三种：矢量合成法、可变相移法和可变时延法方法有三种：矢量合成法、可变相移法和可变时延法。

当误差误差<3%利用矢量合成法产生利用矢量合成法产生Mp<(π/12)的窄带调相波的窄带调相波晶体晶体振荡振荡900相移相移X XYY相加器相加器阿姆斯特郎法阿姆斯特郎法⑵⑵.可变相移法调相电路可变相移法调相电路①①可控相移网络可控相移网络(LC)晶体晶体振荡振荡可控可控相移网络相移网络LC jReiSZ(jw)m很小时很小时误差误差<10%Mp=mnQe;且且φZ(Wc)在在-π/6~π/6内失真很小误差内失真很小误差<10%Mp=mnQe;W(t)=Wc-mnQeΩsin Ωt;ΔWm=mnQe Ω =Mp Ω且与且与Wc无关无关.不失真不失真:n=2,m取值很取值很小小Mp<π/6 ,误误<10%WW0W0/W0//AB②②变容管调相电路变容管调相电路Vs（t）9VVΩ（t）R115KC10.001uF C20.001uFR210KC4L0.001uFR4100KR310KDC30.02uFV0（t）C j高频通路高频通路LR1+-VL和和变容管变容管D构成谐振回路，构成谐振回路，R1、、R2为隔离电阻，为隔离电阻，作用是将谐振回路的两个输入、输出端口隔离；作用是将谐振回路的两个输入、输出端口隔离；R4将变容管的偏置电压将变容管的偏置电压9V与调制信号与调制信号VΩ（（t））隔离。

隔离C1~C4为隔直流或高频滤波电容，为隔直流或高频滤波电容，R3、、C4为高音频滤波电容为高音频滤波电容C1、、C2对对Wc短路、对短路、对Ω开路；开路；C3对对Ω短路若：若：设：设：利用调相电路实现间接调频利用调相电路实现间接调频对对VΩ（（t））调频；对调频；对VΩ/（（t））调相调相；Mp<π/6频偏受限制频偏受限制调制频率通路+-C4D+-R3③③.三级单回路变容管调相电路三级单回路变容管调相电路CjL0.002uF22KC21PCjL0.002uF22KC13PCjL0.002uF22KC31P5PVo(t)470C447K3uFVΩ(t) VS(t) 8V47KV1V2R C2、、C3=1PF用小用小电容耦合减小各回路之电容耦合减小各回路之间的相互影响，若间的相互影响，若C1、、C2、、C3过大该电路不过大该电路不能看成三个回路串联，能看成三个回路串联，而变成为三个回路的耦而变成为三个回路的耦合电路，即使相移较小合电路，即使相移较小也会产生非线性失真也会产生非线性失真RC1VS(t)iS(t)C1若要实现间接调频，需加大若要实现间接调频，需加大0.002uF电容电容,使其容抗小使其容抗小小于小于47K，，这时变容管上的调制电压是输入调制信号这时变容管上的调制电压是输入调制信号的积分。

的积分⑶⑶.可控时延调相电路可控时延调相电路晶体振晶体振荡器荡器可控时延网可控时延网络（络（τ））脉冲可控时延的脉冲调相电路脉冲可控时延的脉冲调相电路窄脉冲窄脉冲发生器发生器载波输入载波输入锯齿波锯齿波发生器发生器门限门限检测检测脉冲脉冲发生器发生器VcVAVrVA=Vr时产生脉冲时产生脉冲VTc（a）tttttVAV1V2V3VrtVcTc/2时产生脉冲，延时时间时产生脉冲，延时时间τ当当VΩ=0、、Vr=VQ时，时延为时，时延为τ0当当VΩ≠0、、Vr=VQ时，时延为时，时延为τMp为为n次谐波分量的调相指数具有线性相移较大次谐波分量的调相指数具有线性相移较大⑷⑷.间接调频和直接调频电路性能差别间接调频和直接调频电路性能差别调相：调相：①①.矢量合成法矢量合成法误差误差<3%误差误差<10%②②.可变相移法调相电路可变相移法调相电路 误差误差<10%Mp=mnQe;W(t)=Wc-mnQeΩsin Ωt;ΔWm=mnQe Ω =Mp Ω且与且与Wc无关无关.③③可控时延调相电路可控时延调相电路调频：调频：①①.变容管变容管部分接入部分接入全接入全接入m<<1②②.张驰振荡电路张驰振荡电路性能差别性能差别：：调相电路调相电路Mp受到限制，受到限制，ΔWm=MpΩ与与Wc无关，无关， ΔWm限制了调相电路的性能。

限制了调相电路的性能 直接调频电路直接调频电路ΔWm=Mf Ω与与Wc成正比，成正比， ΔWm/Wc限制了其性能限制了其性能利用调相实现调频，当利用调相实现调频，当V Ωm一定时，一定时，→ ΔWm一定，而由于一定，而由于Mp受限制，受限制，Mpmax= ΔWm/ Ωmin⑸⑸.扩大最大频偏的方法扩大最大频偏的方法 调频波的瞬时频率调频波的瞬时频率W(t)=Wc+ΔWmCOSΩt，，通过倍频次数为通过倍频次数为n的倍频器，的倍频器，瞬时频率瞬时频率W(t)=nWc+nΔWmCOSΩt，，即最大角频偏和载波频率扩大即最大角频偏和载波频率扩大n倍；其相倍；其相对角频偏不变对角频偏不变 由于混频器具有频率加减的功能，因而，它可以使调频波的频率降低由于混频器具有频率加减的功能，因而，它可以使调频波的频率降低或提高，但不会使最大角频偏变化可见混频器可以在保证最大角频偏不或提高，但不会使最大角频偏变化可见混频器可以在保证最大角频偏不变的条件下，不失真地改变调频波的相对角频偏变的条件下，不失真地改变调频波的相对角频偏 例如，调频广播发射机，采用矢量合成法调相电路，要求产生载波频率为例如，调频广播发射机，采用矢量合成法调相电路，要求产生载波频率为100MHZ 最大频偏为最大频偏为75KHZ的调频波。

以知调制频率范围为（的调频波以知调制频率范围为（100~15000））HZ 由于该调频电路由于该调频电路Δfm=75KHZ一定（一定（VΩm决定的），因此当利用调相电路实现调频决定的），因此当利用调相电路实现调频时时Mp<π/12，，Mpmax=Mfmax= π/12，，因此利用调相电路产生的最大频偏是有限的因此利用调相电路产生的最大频偏是有限的 必须选择适当的频率载波与调制信号的积分通过矢量合成法的调相电路，把所必须选择适当的频率载波与调制信号的积分通过矢量合成法的调相电路，把所得到的信号再经过倍频和混频电路达到发射机的要求得到的信号再经过倍频和混频电路达到发射机的要求晶体振荡矢量合成调相积分四倍频四倍频三倍频混频四倍频四倍频功放四倍频第三节第三节 调频波解调电路调频波解调电路•限幅鉴频实现方法（限幅器和鉴频器）限幅鉴频实现方法（限幅器和鉴频器）•一、鉴频器电路性能要求一、鉴频器电路性能要求调频波解调称为频率检波，简称鉴频（调频波解调称为频率检波，简称鉴频（FM Detector，，Discriminator）；）；调相波解调称为相位检波，简称鉴相（调相波解调称为相位检波，简称鉴相（Phase Detector）。

作用：从已调波中检出反应在频率和相位变化上的调制信号作用：从已调波中检出反应在频率和相位变化上的调制信号f~Vo变换器功能：功能：f（（t））→相应的解调电压相应的解调电压Vo鉴频特性：鉴频特性：Vo随瞬时频偏（随瞬时频偏（f-fc））变化的特性变化的特性Vo0鉴频特性鉴频跨导：原点上的斜率鉴频跨导：原点上的斜率SDSD↑灵敏度灵敏度↑；；线性范围：线性范围：二、鉴频器实现方法：二、鉴频器实现方法： 反馈环路（锁相环）鉴频器；波形变换法（变换后波形含有瞬时频率变化的反馈环路（锁相环）鉴频器；波形变换法（变换后波形含有瞬时频率变化的平均值）分量，通过低通滤波器得到解调电压平均值）分量，通过低通滤波器得到解调电压波形变换法：波形变换法：1.斜率鉴频器斜率鉴频器2.相位鉴频器相位鉴频器3脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器1.斜率鉴频器斜率鉴频器⑴⑴.电路模型电路模型线性网络线性网络频率频率→振幅振幅包络包络检波器检波器调频信号振幅随瞬时频率变化的调频信号微分网络微分网络Ao包络包络检波器检波器设设:调频调幅信号调频调幅信号⑵⑵.电路电路 ①①.失谐回路斜率鉴频器电路失谐回路斜率鉴频器电路+-DV2+-RLC+-Vo（t）失谐回路失谐回路包络检包络检波器波器WCW0A（W）VSmV2m（t）V2（t）tWtt线性范围小线性范围小+D1V2/+-RLC+-VAV1-D2V2/+-RLC-+VAV2+Vof01f02双失谐回路双失谐回路线性范围大线性范围大A1（f）f01f02fcA2（f）δfδff01f02VOffffC证明：线性范围最大线性范围最大ΔWm

差分放大器T3T4C3C4包络检波器；包络检波器；L1C1C2组成串并谐振电路，使得组成串并谐振电路，使得V1（（t）、）、V2（（t））的振幅随输入信号的瞬时频偏变化的振幅随输入信号的瞬时频偏变化V1mV2mV1mV2mWCW1W2W1WCW2WWVOL1C1并联谐振时阻抗最大，并联谐振时阻抗最大，V1m最大，最大，V2m最小最小L1C1，，C2串联谐振时阻抗最小，串联谐振时阻抗最小，V2m最大，最大，V1m最小最小VO：：V1（（t）、）、V2（（t））的振幅差值成正比的振幅差值成正比调节调节C1C2L1可改变鉴频特性曲线的形状，峰峰值间隔、可改变鉴频特性曲线的形状，峰峰值间隔、中心频率中心频率Wc、、上下曲线对称上下曲线对称2.相位鉴频器相位鉴频器•①①.相位鉴器实现的模型相位鉴器实现的模型线性网络频率线性网络频率→相位相位:将调频信号将调频信号V1(t)的的瞬时频率瞬时频率W(t)变换变换成附加相位成附加相位Δφ(t)上的频相转换电路上的频相转换电路.线性网络线性网络频率频率→相位相位相位相位检波检波VS(t)V2VO(t)V1Δφ(t):附加相位按附加相位按W(t)规律变化规律变化.理论模型理论模型:时延网络时延网络τ0 A0相位相位检波检波VS(t)V2VO(t)V1为恒定值为恒定值反映了调频波的瞬时频偏反映了调频波的瞬时频偏②②.线性网络频相转换电路线性网络频相转换电路C1V1CLRV2+-+-C1I1CLRV2+-A(W)Wπ/2W0C1RW0单谐振电路的单谐振电路的幅频和相频特性幅频和相频特性该网络不是恒值的幅频特性该网络不是恒值的幅频特性,因此不是理想的频相转因此不是理想的频相转换网络换网络.仅在仅在W0附近的很小范围内附近的很小范围内,才可近似认为才可近似认为A(W)为恒值为恒值,ΦA(W）在）在π/2范围上下线性变化。

范围上下线性变化设：输入调频信号的瞬时频率设：输入调频信号的瞬时频率③③.相位检波器相位检波器(鉴相器鉴相器)Ⅰ.乘积型鉴相器乘积型鉴相器 A:原理原理X XYY低通滤波器V1(t)V2(t)V0(t)双差分对管输出差值电流双差分对管输出差值电流当当V2m<26mV,V1m>260mV时时,Ad鉴相灵敏度鉴相灵敏度(V)V0ΔφAd0鉴相特性当当V2m>260mV,V1m>260mV时时,iI0WtWtWt当当Δφ=0时平均电流时平均电流IAV=0当当Δφ＞＞0时时iI0WtWtWtΔφΔφB:乘积型相位鉴频器电路乘积型相位鉴频器电路T4T2T3T1T5T6VORRC0.01uFVCC20.O1uFD1LCVCC1VS(t)V1(t)V2(t)-+T9C1低通滤波器T7T8D2D3D4D5D62.5K450502008K3KAVVBBV1+C1CLRV2+-45050T1T2+VS(t)-C1I1CLRV2+-双差分平衡调制低通滤波VO当V2m<26mV,V1m>260mV时,VOⅡ.叠加型鉴相器叠加型鉴相器A:原理原理:将两输入信号叠加到包络检波器而构成的鉴相器将两输入信号叠加到包络检波器而构成的鉴相器++++++++------D1D2RLRLCCVAV1VAV2V0V2(t)V2(t)V1(t)Vi1(t)Vi2(t)呈正弦鉴相特性呈正弦鉴相特性B:叠加型相位鉴频器电路叠加型相位鉴频器电路+D1V2+-RLC+-VAV1-D2V1-RLC+-VAV2+Vo(t)放大V1+-C1L1L2C0T线性网络鉴相VccC2L3C2r+-+-V2E=jWMI1I2L2C1L1L2V1+-gmVsMr1r2C2V2+-I1L1C1、、L2C2互感耦合双调谐回路，实现互感耦合双调谐回路，实现频相转换网络，产生频相转换网络，产生V2（（t）。

设设L1=L2=L、、C1=C2=C、、r1=r2=r（（L中的损耗电阻中的损耗电阻））为初级电流在次级上产生的感应电动势为初级电流在次级上产生的感应电动势高高Q初次级耦合系数初次级耦合系数耦合因子耦合因子C:相位检波和鉴频特性相位检波和鉴频特性++++++++------D1D2RLRLCCVAV1VAV2V0V2(t)/2V2(t)/2V1(t)Vi1(t)Vi2(t)A(W)0幅频特性相频特性D1、、D2、、R、、C组成的叠加型相位检波器组成的叠加型相位检波器鉴频特性：当鉴频特性：当ξ很小时很小时即即A（（ξ））不随不随ξ变化变化,当当V1m不变时特性曲线如图虚线所示不变时特性曲线如图虚线所示实际实际A（（ξ）随）随ξ变化变化,当当V1m不变时修正特性曲线如图实线所示不变时修正特性曲线如图实线所示鉴频特性鉴频特性 以上讨论的是在以上讨论的是在V1m不变的情况下得到的鉴频特性，但实际上，不变的情况下得到的鉴频特性，但实际上，由于次级电流在初级上也产生感应电动势，从而使初级电压由于次级电流在初级上也产生感应电动势，从而使初级电压V1发生发生变化D:互感耦合双调谐回路初级电压变化对鉴频特性的影响互感耦合双调谐回路初级电压变化对鉴频特性的影响C1L1L2V1+-gmVsMr1r2C2V2+-I1I2C1L1L2V1+-gmVsMr1r2C2V2+-I1I2Zr（jw）E=jWMI1E=jWMI2Zr（（jw）：）：次级回路引入到初级回路中的反映阻抗次级回路引入到初级回路中的反映阻抗其中其中Re=L/（（Cr））回路的谐振电阻回路的谐振电阻。

-6 -4 -2 0 2 4 61.0 0.8 0.5 0.3 0.1η=1η=2η=3修正前修正前修正后修正后时的鉴频特性的时的鉴频特性的线性最好线性最好E:电容耦合的双调谐回路的叠加型鉴频器电容耦合的双调谐回路的叠加型鉴频器+V2/2+-Cc放大放大V1+-C1L1C0T线性网络线性网络鉴相鉴相VccD1RLC+-VAV1D2-RL+-VAV2+Vo(t)L2C2V2/2--++V2/2+-Cc放大放大V1+-C1L1C0T线性网络线性网络鉴相鉴相VccD1RLC+-VAV1D2-RL+-VAV2+Vo(t)L2C2V2/2--+C33.脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器非线性非线性变换网络变换网络低通滤波器低通滤波器或脉冲计数或脉冲计数限幅器限幅器微分网络微分网络脉冲形成电路脉冲形成电路低通滤波器低通滤波器VSV1V2V3VAVVSV1V2V3VAVtttttA若计数式鉴频器中脉冲形成电路最小脉宽若计数式鉴频器中脉冲形成电路最小脉宽τmin该解调器解调的调频信号最高频率该解调器解调的调频信号最高频率fmax优点优点:线性范围大线性范围大;缺点缺点:fmax受受τmin限制限制扩展扩展fmax,在在V2的后面接分频器的后面接分频器第四节数字调制与解调电路第四节数字调制与解调电路•一、数字信号的再生一、数字信号的再生调制信号：调制信号：1.模拟调制信号模拟调制信号(Analog Modulation)，，其缺点易受干扰其缺点易受干扰,且这些干扰的且这些干扰的 频谱又与信号频谱重叠频谱又与信号频谱重叠,它们对解调信号的影响是无法消除的。

它们对解调信号的影响是无法消除的 2.数字调制信号数字调制信号(Digital Modulation)，，其优点：具有抗干扰能力强、其优点：具有抗干扰能力强、 保密性高、频带利用率高，可同时传送语音、图象和数据等综合信保密性高、频带利用率高，可同时传送语音、图象和数据等综合信 息数字调制：键控（数字调制：键控（Keying），），振幅、相位和频率键控振幅、相位和频率键控1110Ts2Ts4TsttttttVo原调制信号调制后信号时钟信号取样后信号判决后信号重现波形 瞬变过程会使解调后的波形在相邻码之间瞬变过程会使解调后的波形在相邻码之间重叠，从而导致取样判决电路误判重叠，从而导致取样判决电路误判 例如前一码元为例如前一码元为1，后一码元为，后一码元为0，当前，当前一个码元波形的后沿在后一个码元取样时尚一个码元波形的后沿在后一个码元取样时尚未未 减到减到0，且其值大于，且其值大于Vo，，0就会误判为就会误判为1 这种因瞬变过程引起的误判称为码间干这种因瞬变过程引起的误判称为码间干扰（扰（Intersymbol Interference ISI）） 如果将整个传输系统等效为一滤波器，如果将整个传输系统等效为一滤波器，则要消除码间干扰，就应设计滤波器的瞬则要消除码间干扰，就应设计滤波器的瞬态响应，使解调后前一码元的波形在下一态响应，使解调后前一码元的波形在下一码元取样瞬间已减到码元取样瞬间已减到0。

二、数字调相与解调二、数字调相与解调（（一）一）.二相移相键控二相移相键控1.数字信号的表示数字信号的表示 数字调相，又称移相键控（数字调相，又称移相键控（Phase Shift Keying，，PSK））用数字信号调变载波相用数字信号调变载波相位的一种方式移相键控有二相和多相位的一种方式移相键控有二相和多相设数字信号设数字信号m(t)随机脉冲序列随机脉冲序列随机变量，取两种状态随机变量，取两种状态1、、0或（或（-1））码元的波形，矩形脉冲波、钟形脉冲波码元的波形，矩形脉冲波、钟形脉冲波和升余弦脉冲波和升余弦脉冲波若第若第K码元为码元为1若第若第K码元为码元为0Ts为码元的宽度：两个相邻码的时间间隔为码元的宽度：两个相邻码的时间间隔1/Ts为码速：单位：比特为码速：单位：比特/秒（秒（bit/S））2.二相移相键控（二相移相键控（Binary Phase Shift Keying-BPSK））载波相位为载波相位为0载波相位为载波相位为πm(t)Vc（t）3.二相移相键控信号产生电路二相移相键控信号产生电路平平 衡衡调制器调制器带带 通通滤波器滤波器双边带调幅信号双边带调幅信号4.解调电路解调电路(BPSK相干或同步解调电路相干或同步解调电路)平平方方带通带通滤波滤波分分频频相乘器相乘器低低 通通滤波器滤波器取样判取样判决电路决电路时钟提时钟提取电路取电路BPSK是以未调制的载波信号相位为基准的移相键控，是以未调制的载波信号相位为基准的移相键控，又称绝对调相又称绝对调相由载波初始相位引起由载波初始相位引起（（二）、二相差分移相键控（二）、二相差分移相键控（BDPSK））1.BDPSK产生电路产生电路:以相邻前一码元的载波信号相位为基准的移相键控以相邻前一码元的载波信号相位为基准的移相键控码元码元1，取前一码元的载波相位相同；码元，取前一码元的载波相位相同；码元0，取前一码元的载波相位相反。

取前一码元的载波相位相反101100绝绝对对调调相相平平 衡衡调制器调制器带带 通通滤波器滤波器Bk：：差分码差分码逻辑逻辑电路电路时延时延电路电路异或非门异或非门2.差分移相键控信号的解调差分移相键控信号的解调相干解调：由同步检波器检出差分码相干解调：由同步检波器检出差分码bk，，在由在由 码变换器得到输入二进制码码变换器得到输入二进制码ak非相干解调：前一码元的载波信号与非相干解调：前一码元的载波信号与 后一码元的载波信号相后一码元的载波信号相 乘，通过低通滤波器乘，通过低通滤波器 得到得到m（（t）差动相干解调差动相干解调XY时延时延Ts低低通通差动相干解调差动相干解调（（三）、四相调制三）、四相调制 将输入信号中的二元码每二个作为一组，共有将输入信号中的二元码每二个作为一组，共有00、、01、、11、、10四种组合，四种组合，用这四种组合对载波信号进行相移键控构成四相移相键控信号用这四种组合对载波信号进行相移键控构成四相移相键控信号 （（Quadriphase Shift Keying，，简写简写OPSK）。

码组合码组合 相位相位 QPSK信号信号 11 0 sinWct 01 π/2 sin（（Wct+π/2）） 00 π sin（（Wct+π）） 10 3π/2 sin（（Wct+3 π/2））码组合码组合 相位相位 QPSK信号信号 11 π/4 sin（（Wct+ π/4）） 01 3π/4 sin（（Wct+3π/4）） 00 -3π/4 sin（（Wct- 3π/4）） 10 -π/4 sin（（Wct-π/4））π/4113π/401-3π/400-π/41000 11π/201 10 3π/2πQPSK信号表达式：信号表达式：V（（t））相当两个正交的二相移相键控信号之和，它们的相位是由二位码组键控的相当两个正交的二相移相键控信号之和，它们的相位是由二位码组键控的1.QPSK产生和解调电路产生和解调电路 11(i=1) 01(i=2) 00(i=3) 10(i=4)1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 11 0 1 0 1 11 0 0 0 1 0串并串并变换变换平衡平衡调制调制π/2带通带通滤波滤波平衡平衡调制调制带通带通滤波滤波+载波载波提取提取同步同步检波检波取样取样判决判决数据数据选择选择同步同步检波检波取样取样判决判决π/210 0 11 0 1 011 00 01 10 若输入码流中每三位位一组，共有若输入码流中每三位位一组，共有8种组合，种组合，称八相键控。

常用四位称八相键控常用四位16相、五位相、五位32相等（（四）数字调频与解调电路四）数字调频与解调电路 数字调频（移频键控数字调频（移频键控Frequency Shift Keying FSK）：）： 用数字信号调变载波信号频率的调制方式用数字信号调变载波信号频率的调制方式前后码元（或码组）的载波相位是否连续，又可分为相位不连续和相位前后码元（或码组）的载波相位是否连续，又可分为相位不连续和相位连续的移频键控连续的移频键控传送传送1码时载波频率为（码时载波频率为（fc+fd），传送），传送0码时载波频率为（码时载波频率为（fc-fd））二元移频键控二元移频键控:若用多位码组调变载波频率若用多位码组调变载波频率多元移频键控多元移频键控:数字信号控制调频振荡器，产生相位连续的移频键控信号数字信号控制调频振荡器，产生相位连续的移频键控信号相位不连续移频键控相位不连续移频键控:码元码元0、、1分别控制两个独立振荡器，分别产生频率为（分别控制两个独立振荡器，分别产生频率为（fc+fd）和）和（（fc-fd）的载波信号，这两个载波信号相位是不连续的）的载波信号，这两个载波信号相位是不连续的控特点：键控信号的频谱展宽，且产生寄生辐射。

控特点：键控信号的频谱展宽，且产生寄生辐射相位连续的移频键控相位连续的移频键控:非相干解调非相干解调带通带通滤波滤波fc+fd带通带通滤波滤波fc-fd包络包络检波检波包络包络检波检波-取样取样判决判决CDX XY YX XY Y取样取样判决判决二元移频键控解调（相干解调和非相干解调）二元移频键控解调（相干解调和非相干解调）相干解调相干解调。