一種基于包絡(luò)檢測(cè)的ASK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)

劉新紅

摘 要： 針對(duì)ASK數(shù)字調(diào)制方式，設(shè)計(jì)了一種基于包絡(luò)檢測(cè)調(diào)制解調(diào)電路。調(diào)制電路采用模擬調(diào)幅調(diào)制方法，用模擬乘法器AD734將被調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)和載波相乘產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)制。解調(diào)電路采用包絡(luò)檢測(cè)法，用運(yùn)放LMH6658MA將正弦信號(hào)放大限幅轉(zhuǎn)方波信號(hào)，用比較器整流電路對(duì)信號(hào)整流，然后用低通濾波器濾去載波，最后通過(guò)微分電路和比較器LM139對(duì)信號(hào)整形獲得解調(diào)出的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)解調(diào)。通過(guò)Proteus對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果證明，此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，具有大的信號(hào)幅度、頻率動(dòng)態(tài)范圍。

關(guān)鍵詞： ASK； 調(diào)制電路； 解調(diào)電路； Proteus仿真

中圖分類號(hào)： TN914?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）06?0035?04

0 引 言

ASK作為一種基本的數(shù)字調(diào)制方式在通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。ASK調(diào)制有模擬幅度調(diào)制法和鍵控法兩種，解調(diào)有相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢測(cè)法）兩種[1]。調(diào)制相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，而解調(diào)較為困難。包絡(luò)檢測(cè)法不需要提取載波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)用包絡(luò)檢測(cè)法解調(diào)。

目前發(fā)表的有關(guān)ASK解調(diào)的文獻(xiàn)中提到了幾種解調(diào)器的結(jié)構(gòu)[2?4]。最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是包絡(luò)檢波電路加上反相器[2]，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但是能夠被正確解調(diào)的信號(hào)幅度受到反相器閾值電壓的限制。另一種結(jié)構(gòu)是包絡(luò)檢波電路加比較器。比較器的一路輸入是由包絡(luò)檢波器輸出的包絡(luò)信號(hào)，另一路輸入是參考電壓，用于對(duì)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行比較判決。在文獻(xiàn)[3]中，參考電壓取包絡(luò)信號(hào)高電平的一半。文獻(xiàn)[4]中，參考電壓通過(guò)將包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行低通濾波得到。文獻(xiàn)[5]中給出了一種ASK解調(diào)電路的實(shí)現(xiàn)方法，解調(diào)電路采用包絡(luò)檢波，邊沿檢測(cè)，參考電壓提取，遲滯比較電路，用集成電路工藝設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[6]中對(duì)給出了一種ASK調(diào)制解調(diào)電路的實(shí)現(xiàn)方法，調(diào)制電路采用高電平集電極調(diào)幅電路，解調(diào)電路采用包絡(luò)檢波，邊沿檢測(cè)，參考電壓提取，遲滯比較電路。整個(gè)電路設(shè)計(jì)均采用分立元件，對(duì)電路參數(shù)的選取要求高。而且遲滯比較器參考電壓隨包絡(luò)信號(hào)的大小而改變，要通過(guò)參考電壓提取電路提取，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。文獻(xiàn)[5?6]ASK解調(diào)均針對(duì)調(diào)制深度較淺的ASK信號(hào)。

本設(shè)計(jì)針對(duì)調(diào)制深度為100%的ASK調(diào)制解調(diào)，用集成電路芯片設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明，并且提出了將ASK信號(hào)中的載波由正弦波變?yōu)榉裙潭ǖ姆讲ǖ姆椒?，?jiǎn)化后續(xù)電路處理，合理利用微分電路準(zhǔn)確提取數(shù)字信號(hào)邊沿。

1 電路結(jié)構(gòu)

1.1 調(diào)制電路

調(diào)制電路由偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路和乘法器電路組成，如圖1所示。

偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路由U1：A，U1：B，U2：A，U2：B四個(gè)4013 D觸發(fā)器和U3：A 4030異或門組成，4個(gè)D觸發(fā)器連接成移位寄存器，滿足D1=Q3 XOR Q4，起始時(shí)刻通過(guò)R4將Q1置1使Q4Q3Q2Q1初始化為0001，隨后，電路輸出000100110101111這樣的周期二進(jìn)制序列，用以模擬調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)和正弦波載波信號(hào)在U4 AD734乘法器中相乘產(chǎn)生ASK調(diào)制信號(hào)。

乘法器的轉(zhuǎn)移函數(shù)為：

式中[A0]很大，只有[X1-X2Y1-Y2U1-U2-][Z1-Z2=0]運(yùn)放才處于放大狀態(tài)，將輸出W和Z1相連，則有[W=X1-X2Y1-Y2U1-U2+Z2]，將U0，U1，U2接地，則除數(shù)固定為10，[W=X1-X2Y1-Y210+Z2]。輸出W用電阻分壓后作為[Z2]輸入，則[Z2=R2R1+R2W]，由此[W=R1+R2R1·X1-X2Y1-Y210]，通過(guò)改R2的值可改變W的大小。芯片[±15 V]供電。X2，Y2接地，X1接載波信號(hào)，Y1接二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，輸出W即為ASK調(diào)制信號(hào)。

1.2 解調(diào)電路

解調(diào)電路由放大整形電路、比較器整流電路、射極跟隨器電路、低通濾波電路、微分電路、遲滯比較器電路等組成，如圖2所示。

放大整形電路由U5：A LMH6658MA運(yùn)算放大器、反相輸入電阻R3、反饋電阻R4、平衡電阻R5組成，同相輸入端接地，ASK調(diào)制信號(hào)從反相端輸入，電路為反相比例放大器，但放大倍數(shù)較大為[R4R3=5 000100=50]。ASK信號(hào)較大時(shí)放大器處于飽和狀態(tài)， ASK調(diào)制信號(hào)的正弦波經(jīng)放大整形電路后輸出幅度恒定的方波信號(hào)，這有利于后邊各級(jí)電路的處理。電路雙極性[±5 V]供電。

放大整形電路U5：A LMH6658MA運(yùn)算放大器后接U5：B LMH6658MA運(yùn)算放大器組成的同相比較器，比較電壓為3 V，目的是將ASK調(diào)制信號(hào)中對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)0的波形部分由1 V變?yōu)?4.25 V，實(shí)現(xiàn)整流。電路雙極性[±5 V]供電。

射極跟隨器電路由2N3903三極管和基極偏置電阻R6、發(fā)射極電阻R7組成。由隔直電容C1和前級(jí)整流電路連接。該電路起隔離前后級(jí)電路，放大電流的作用。電路雙極性[±5 V]供電。射極跟隨器輸出的信號(hào)經(jīng)隔直電容C2輸入到低通濾波電路中，濾除高頻載波成分，獲得調(diào)制的數(shù)字信號(hào)包絡(luò)。電路由電阻R8和電容C3組成。為了使信號(hào)的邊沿更陡峭，以便最后獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)字信號(hào)波形，低通濾波輸出信號(hào)再經(jīng)過(guò)微分電路處理，微分電路由電容C4和電阻R9組成。輸出信號(hào)取自R9上的電壓。該電壓是低通濾波輸出信號(hào)的微分。微分電路輸出信號(hào)是數(shù)字信號(hào)上升沿、下降沿脈沖信號(hào)，用遲滯比較器可獲得相應(yīng)整形后的數(shù)字信號(hào)。該電路由電壓比較器LM139和上拉電阻R10、正反饋分壓電阻R11、R12組成。比較信號(hào)由反相端輸入。電路[±5 V]雙極性供電。調(diào)制電路生成子電路，解調(diào)電路便可使用調(diào)制電路產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。電路中的ASK_MODU即為ASK調(diào)制子電路。

2 電路仿真驗(yàn)證

2.1 調(diào)制電路仿真驗(yàn)證

調(diào)制電路的仿真波形如圖3所示。圖中第一個(gè)波形為偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列。為000100110101111這樣的周期二進(jìn)制序列。模擬被調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。電壓為0～5 V，碼率為100 b/s，和電路的時(shí)鐘信號(hào)頻率相等。第二個(gè)波形為載波，頻率為2 kHz，幅度為10 V。第三個(gè)波形為調(diào)制后的ASK信號(hào)ask_sig，幅度為5 V。符合[ask_sig（t）=][data（t）×cos（2πfct）]。第四個(gè)波形為偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路的時(shí)鐘信號(hào)，頻率100 Hz。仿真結(jié)果表明，調(diào)制電路能夠正確實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制功能，輸出調(diào)制信號(hào)ask_sig。

2.2 解調(diào)電路仿真驗(yàn)證

由于解調(diào)電路模塊較多，分別對(duì)各電路模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最終對(duì)整體電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

2.2.1 分電路模塊仿真驗(yàn)證

圖4顯示了解調(diào)電路各電路模塊的輸出信號(hào)點(diǎn)。

第一個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是放大整形電路輸出信號(hào)點(diǎn)，第二個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是比較器整流電路的輸出信號(hào)點(diǎn)，第三個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是射極跟隨器的輸出信號(hào)點(diǎn)，第四個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是低通濾波器的輸出信號(hào)點(diǎn)。

圖5中：第一個(gè)波形為放大整形電路輸出信號(hào)，電壓為-4.25～4.25 V，數(shù)字信號(hào)的0對(duì)應(yīng)電平1 V，為三電平，載波由正弦波變成了方波。第二個(gè)波形為電壓比較整流電路的輸出波形，電壓為-4.25～4.25 V，為[±4.25 V]二電平信號(hào)。第三個(gè)波形為射極跟隨器的輸出波形，電壓為-4.25～4.25 V。第四個(gè)波形為低通濾波器輸出波形，電壓為0～6.8 V，已將載波濾除，基本上恢復(fù)了數(shù)字信號(hào)波形，但上升沿下降沿有變形。

低通濾波器的截止頻率：

故2 kHz的載波被濾除。如果載波頻率用1 kHz，則這樣的截止頻率就難以濾除載波，因此。載波和數(shù)字信號(hào)碼率差別越大越有利于濾除載波得到失真小的數(shù)字信號(hào)波形。本設(shè)計(jì)中載波頻率是數(shù)字信號(hào)碼率的20倍。截止頻率高，濾波后的數(shù)字信號(hào)中的殘留載波越大，信號(hào)波形失真越大，但有利于寬輸入數(shù)字信號(hào)頻率的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于微分電路，要獲得一定的輸出微分電壓信號(hào)，電阻R9的取值要比較大，本設(shè)計(jì)中取[R9=1 MΩ]，電容C4的取值要滿足C4充放電時(shí)間常數(shù)[τ<1Td=1100=0.01 s]，[Td]為數(shù)字信號(hào)碼周期。本設(shè)計(jì)中時(shí)間常數(shù)[τ=R9C4=106×10-9=10-3s]。

2.2.2 總電路仿真驗(yàn)證

解調(diào)總電路的的信號(hào)測(cè)試點(diǎn)如圖2所示，四個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別為ASK信號(hào)，微分電路輸出信號(hào)，解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)（遲滯電壓比較器輸出信號(hào)），原始數(shù)字信號(hào)。

上述測(cè)試點(diǎn)的仿真波形如圖6所示。

第一個(gè)波形為ASK信號(hào)，ask_sig。第二個(gè)波形為微分電路輸出信號(hào)，該信號(hào)的正負(fù)脈沖和ask_sig的包絡(luò)上升沿和下降沿準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，即微分電路輸出信號(hào)能夠準(zhǔn)確反映數(shù)字信號(hào)的邊沿，為準(zhǔn)確恢復(fù)數(shù)字信號(hào)提供了條件。第三個(gè)波形是解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)，邊沿和微分電路輸出信號(hào)的正負(fù)脈沖對(duì)應(yīng)，表明已經(jīng)由微分電路輸出信號(hào)正確恢復(fù)了數(shù)字信號(hào)。第四個(gè)波形為原始數(shù)字信號(hào)，波形三和波形四完全相同，進(jìn)一步證明解調(diào)電路能夠正確地解調(diào)出數(shù)字信號(hào)。

在電壓遲滯比較電路中，輸出上拉電阻[R10=3 kΩ]，正反饋分壓電阻R11，R12取值應(yīng)比較大，以免+5 V電源在R10中產(chǎn)生過(guò)大電流，而使輸出電壓無(wú)法達(dá)到[±5 V]。本設(shè)計(jì)中取[R11=1 mΩ]，R12取值根據(jù)比較電壓的高低電壓確定，高低比較電壓要避開(kāi)濾波后殘留的載波信號(hào)波動(dòng)，本設(shè)計(jì)中經(jīng)測(cè)量不超過(guò)[±2.2 V]，故取高低比較電壓為[±2.5 V]。當(dāng)輸入信號(hào)不超過(guò)2.5 V時(shí)，R11上的電壓為2.5 V，輸出電壓為+5 V。由此可得[UoUh=R11+R12R11，52.5=1+R121，R12=1 mΩ]。

ASK信號(hào)幅度為0.1～6.25 V，碼率1～600 b/s電路均可正確解調(diào)，表明電路具有較大的幅度、頻率的動(dòng)態(tài)范圍。電路有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)了ASK調(diào)制解調(diào)電路，調(diào)制采用數(shù)字信號(hào)和載波相乘的方法，解調(diào)電路采用包絡(luò)檢測(cè)的方法。解調(diào)電路中首先將ASK中的載波通過(guò)運(yùn)算放大器由正弦波轉(zhuǎn)換為方波使幅度固定，簡(jiǎn)化了后續(xù)處理。然后，用比較器整流電路實(shí)現(xiàn)整流。最后，通過(guò)微分處理使提取的數(shù)字信號(hào)包絡(luò)更準(zhǔn)確，保證了最終恢復(fù)出的數(shù)字信號(hào)和原始數(shù)字信號(hào)完全相同。

通過(guò)Proteus仿真證明電路設(shè)計(jì)正確，調(diào)制解調(diào)功能能夠穩(wěn)定可靠實(shí)現(xiàn)，解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)和原始數(shù)字信號(hào)完全相同。設(shè)計(jì)電路有處理信號(hào)幅度、頻率大幅度范圍的能力。如果考慮噪聲，解調(diào)的信號(hào)幅度、碼率范圍會(huì)減小。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信.通信原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.

[2] DE VITA G， IANNACCONE G. Ultra low power RF section of a passive microwave RFID transponder in 0.35 um BiCMOS [C]// Proceedings of IEEE Int Symp Circ and Syst. Kobe， Japan： IEEE， 2005： 5075?5078.

[3] CURTY J?P， JOEHL N， DEHOLLAIN C， et a1.Remotely powered addressable UHF RFID integrated system [J]. IEEE Journal of Solid?State Circuit， 2005， 40（11）： 2193?2202.

[4] CHO N?J， SONG S?J， KIN S?Y， et a1. A 5.1 uW UHF RFID tag chip integrated with sensors for wireless environmental monitoring [C]// Proceedings of Euro Solid?State Circuit Conference. Grenoble， France： ESSCIRC， 2005： 279?282.

[5] 白蓉蓉，李永明，張春，等.一種用于射頻標(biāo)簽的新型低壓低功耗ASK解調(diào)器[J].微電子學(xué)，2007，37（6）：790?793.

[6] 宋依青.一種新型ASK調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2011，44（2）：22?24.

2.1 調(diào)制電路仿真驗(yàn)證

調(diào)制電路的仿真波形如圖3所示。圖中第一個(gè)波形為偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列。為000100110101111這樣的周期二進(jìn)制序列。模擬被調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。電壓為0～5 V，碼率為100 b/s，和電路的時(shí)鐘信號(hào)頻率相等。第二個(gè)波形為載波，頻率為2 kHz，幅度為10 V。第三個(gè)波形為調(diào)制后的ASK信號(hào)ask_sig，幅度為5 V。符合[ask_sig（t）=][data（t）×cos（2πfct）]。第四個(gè)波形為偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路的時(shí)鐘信號(hào)，頻率100 Hz。仿真結(jié)果表明，調(diào)制電路能夠正確實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制功能，輸出調(diào)制信號(hào)ask_sig。

2.2 解調(diào)電路仿真驗(yàn)證

由于解調(diào)電路模塊較多，分別對(duì)各電路模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最終對(duì)整體電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

2.2.1 分電路模塊仿真驗(yàn)證

圖4顯示了解調(diào)電路各電路模塊的輸出信號(hào)點(diǎn)。

第一個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是放大整形電路輸出信號(hào)點(diǎn)，第二個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是比較器整流電路的輸出信號(hào)點(diǎn)，第三個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是射極跟隨器的輸出信號(hào)點(diǎn)，第四個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是低通濾波器的輸出信號(hào)點(diǎn)。

圖5中：第一個(gè)波形為放大整形電路輸出信號(hào)，電壓為-4.25～4.25 V，數(shù)字信號(hào)的0對(duì)應(yīng)電平1 V，為三電平，載波由正弦波變成了方波。第二個(gè)波形為電壓比較整流電路的輸出波形，電壓為-4.25～4.25 V，為[±4.25 V]二電平信號(hào)。第三個(gè)波形為射極跟隨器的輸出波形，電壓為-4.25～4.25 V。第四個(gè)波形為低通濾波器輸出波形，電壓為0～6.8 V，已將載波濾除，基本上恢復(fù)了數(shù)字信號(hào)波形，但上升沿下降沿有變形。

低通濾波器的截止頻率：

故2 kHz的載波被濾除。如果載波頻率用1 kHz，則這樣的截止頻率就難以濾除載波，因此。載波和數(shù)字信號(hào)碼率差別越大越有利于濾除載波得到失真小的數(shù)字信號(hào)波形。本設(shè)計(jì)中載波頻率是數(shù)字信號(hào)碼率的20倍。截止頻率高，濾波后的數(shù)字信號(hào)中的殘留載波越大，信號(hào)波形失真越大，但有利于寬輸入數(shù)字信號(hào)頻率的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于微分電路，要獲得一定的輸出微分電壓信號(hào)，電阻R9的取值要比較大，本設(shè)計(jì)中取[R9=1 MΩ]，電容C4的取值要滿足C4充放電時(shí)間常數(shù)[τ<1Td=1100=0.01 s]，[Td]為數(shù)字信號(hào)碼周期。本設(shè)計(jì)中時(shí)間常數(shù)[τ=R9C4=106×10-9=10-3s]。

2.2.2 總電路仿真驗(yàn)證

解調(diào)總電路的的信號(hào)測(cè)試點(diǎn)如圖2所示，四個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別為ASK信號(hào)，微分電路輸出信號(hào)，解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)（遲滯電壓比較器輸出信號(hào)），原始數(shù)字信號(hào)。

上述測(cè)試點(diǎn)的仿真波形如圖6所示。

第一個(gè)波形為ASK信號(hào)，ask_sig。第二個(gè)波形為微分電路輸出信號(hào)，該信號(hào)的正負(fù)脈沖和ask_sig的包絡(luò)上升沿和下降沿準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，即微分電路輸出信號(hào)能夠準(zhǔn)確反映數(shù)字信號(hào)的邊沿，為準(zhǔn)確恢復(fù)數(shù)字信號(hào)提供了條件。第三個(gè)波形是解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)，邊沿和微分電路輸出信號(hào)的正負(fù)脈沖對(duì)應(yīng)，表明已經(jīng)由微分電路輸出信號(hào)正確恢復(fù)了數(shù)字信號(hào)。第四個(gè)波形為原始數(shù)字信號(hào)，波形三和波形四完全相同，進(jìn)一步證明解調(diào)電路能夠正確地解調(diào)出數(shù)字信號(hào)。

在電壓遲滯比較電路中，輸出上拉電阻[R10=3 kΩ]，正反饋分壓電阻R11，R12取值應(yīng)比較大，以免+5 V電源在R10中產(chǎn)生過(guò)大電流，而使輸出電壓無(wú)法達(dá)到[±5 V]。本設(shè)計(jì)中取[R11=1 mΩ]，R12取值根據(jù)比較電壓的高低電壓確定，高低比較電壓要避開(kāi)濾波后殘留的載波信號(hào)波動(dòng)，本設(shè)計(jì)中經(jīng)測(cè)量不超過(guò)[±2.2 V]，故取高低比較電壓為[±2.5 V]。當(dāng)輸入信號(hào)不超過(guò)2.5 V時(shí)，R11上的電壓為2.5 V，輸出電壓為+5 V。由此可得[UoUh=R11+R12R11，52.5=1+R121，R12=1 mΩ]。

ASK信號(hào)幅度為0.1～6.25 V，碼率1～600 b/s電路均可正確解調(diào)，表明電路具有較大的幅度、頻率的動(dòng)態(tài)范圍。電路有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)了ASK調(diào)制解調(diào)電路，調(diào)制采用數(shù)字信號(hào)和載波相乘的方法，解調(diào)電路采用包絡(luò)檢測(cè)的方法。解調(diào)電路中首先將ASK中的載波通過(guò)運(yùn)算放大器由正弦波轉(zhuǎn)換為方波使幅度固定，簡(jiǎn)化了后續(xù)處理。然后，用比較器整流電路實(shí)現(xiàn)整流。最后，通過(guò)微分處理使提取的數(shù)字信號(hào)包絡(luò)更準(zhǔn)確，保證了最終恢復(fù)出的數(shù)字信號(hào)和原始數(shù)字信號(hào)完全相同。

通過(guò)Proteus仿真證明電路設(shè)計(jì)正確，調(diào)制解調(diào)功能能夠穩(wěn)定可靠實(shí)現(xiàn)，解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)和原始數(shù)字信號(hào)完全相同。設(shè)計(jì)電路有處理信號(hào)幅度、頻率大幅度范圍的能力。如果考慮噪聲，解調(diào)的信號(hào)幅度、碼率范圍會(huì)減小。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信.通信原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.

[2] DE VITA G， IANNACCONE G. Ultra low power RF section of a passive microwave RFID transponder in 0.35 um BiCMOS [C]// Proceedings of IEEE Int Symp Circ and Syst. Kobe， Japan： IEEE， 2005： 5075?5078.

[3] CURTY J?P， JOEHL N， DEHOLLAIN C， et a1.Remotely powered addressable UHF RFID integrated system [J]. IEEE Journal of Solid?State Circuit， 2005， 40（11）： 2193?2202.

[4] CHO N?J， SONG S?J， KIN S?Y， et a1. A 5.1 uW UHF RFID tag chip integrated with sensors for wireless environmental monitoring [C]// Proceedings of Euro Solid?State Circuit Conference. Grenoble， France： ESSCIRC， 2005： 279?282.

[5] 白蓉蓉，李永明，張春，等.一種用于射頻標(biāo)簽的新型低壓低功耗ASK解調(diào)器[J].微電子學(xué)，2007，37（6）：790?793.

[6] 宋依青.一種新型ASK調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2011，44（2）：22?24.

2.1 調(diào)制電路仿真驗(yàn)證

調(diào)制電路的仿真波形如圖3所示。圖中第一個(gè)波形為偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列。為000100110101111這樣的周期二進(jìn)制序列。模擬被調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。電壓為0～5 V，碼率為100 b/s，和電路的時(shí)鐘信號(hào)頻率相等。第二個(gè)波形為載波，頻率為2 kHz，幅度為10 V。第三個(gè)波形為調(diào)制后的ASK信號(hào)ask_sig，幅度為5 V。符合[ask_sig（t）=][data（t）×cos（2πfct）]。第四個(gè)波形為偽隨機(jī)序列產(chǎn)生電路的時(shí)鐘信號(hào)，頻率100 Hz。仿真結(jié)果表明，調(diào)制電路能夠正確實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制功能，輸出調(diào)制信號(hào)ask_sig。

2.2 解調(diào)電路仿真驗(yàn)證

由于解調(diào)電路模塊較多，分別對(duì)各電路模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最終對(duì)整體電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

2.2.1 分電路模塊仿真驗(yàn)證

圖4顯示了解調(diào)電路各電路模塊的輸出信號(hào)點(diǎn)。

第一個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是放大整形電路輸出信號(hào)點(diǎn)，第二個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是比較器整流電路的輸出信號(hào)點(diǎn)，第三個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是射極跟隨器的輸出信號(hào)點(diǎn)，第四個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)是低通濾波器的輸出信號(hào)點(diǎn)。

圖5中：第一個(gè)波形為放大整形電路輸出信號(hào)，電壓為-4.25～4.25 V，數(shù)字信號(hào)的0對(duì)應(yīng)電平1 V，為三電平，載波由正弦波變成了方波。第二個(gè)波形為電壓比較整流電路的輸出波形，電壓為-4.25～4.25 V，為[±4.25 V]二電平信號(hào)。第三個(gè)波形為射極跟隨器的輸出波形，電壓為-4.25～4.25 V。第四個(gè)波形為低通濾波器輸出波形，電壓為0～6.8 V，已將載波濾除，基本上恢復(fù)了數(shù)字信號(hào)波形，但上升沿下降沿有變形。

低通濾波器的截止頻率：

故2 kHz的載波被濾除。如果載波頻率用1 kHz，則這樣的截止頻率就難以濾除載波，因此。載波和數(shù)字信號(hào)碼率差別越大越有利于濾除載波得到失真小的數(shù)字信號(hào)波形。本設(shè)計(jì)中載波頻率是數(shù)字信號(hào)碼率的20倍。截止頻率高，濾波后的數(shù)字信號(hào)中的殘留載波越大，信號(hào)波形失真越大，但有利于寬輸入數(shù)字信號(hào)頻率的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于微分電路，要獲得一定的輸出微分電壓信號(hào)，電阻R9的取值要比較大，本設(shè)計(jì)中取[R9=1 MΩ]，電容C4的取值要滿足C4充放電時(shí)間常數(shù)[τ<1Td=1100=0.01 s]，[Td]為數(shù)字信號(hào)碼周期。本設(shè)計(jì)中時(shí)間常數(shù)[τ=R9C4=106×10-9=10-3s]。

2.2.2 總電路仿真驗(yàn)證

解調(diào)總電路的的信號(hào)測(cè)試點(diǎn)如圖2所示，四個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別為ASK信號(hào)，微分電路輸出信號(hào)，解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)（遲滯電壓比較器輸出信號(hào)），原始數(shù)字信號(hào)。

上述測(cè)試點(diǎn)的仿真波形如圖6所示。

第一個(gè)波形為ASK信號(hào)，ask_sig。第二個(gè)波形為微分電路輸出信號(hào)，該信號(hào)的正負(fù)脈沖和ask_sig的包絡(luò)上升沿和下降沿準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，即微分電路輸出信號(hào)能夠準(zhǔn)確反映數(shù)字信號(hào)的邊沿，為準(zhǔn)確恢復(fù)數(shù)字信號(hào)提供了條件。第三個(gè)波形是解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)，邊沿和微分電路輸出信號(hào)的正負(fù)脈沖對(duì)應(yīng)，表明已經(jīng)由微分電路輸出信號(hào)正確恢復(fù)了數(shù)字信號(hào)。第四個(gè)波形為原始數(shù)字信號(hào)，波形三和波形四完全相同，進(jìn)一步證明解調(diào)電路能夠正確地解調(diào)出數(shù)字信號(hào)。

在電壓遲滯比較電路中，輸出上拉電阻[R10=3 kΩ]，正反饋分壓電阻R11，R12取值應(yīng)比較大，以免+5 V電源在R10中產(chǎn)生過(guò)大電流，而使輸出電壓無(wú)法達(dá)到[±5 V]。本設(shè)計(jì)中取[R11=1 mΩ]，R12取值根據(jù)比較電壓的高低電壓確定，高低比較電壓要避開(kāi)濾波后殘留的載波信號(hào)波動(dòng)，本設(shè)計(jì)中經(jīng)測(cè)量不超過(guò)[±2.2 V]，故取高低比較電壓為[±2.5 V]。當(dāng)輸入信號(hào)不超過(guò)2.5 V時(shí)，R11上的電壓為2.5 V，輸出電壓為+5 V。由此可得[UoUh=R11+R12R11，52.5=1+R121，R12=1 mΩ]。

ASK信號(hào)幅度為0.1～6.25 V，碼率1～600 b/s電路均可正確解調(diào)，表明電路具有較大的幅度、頻率的動(dòng)態(tài)范圍。電路有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

3 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)了ASK調(diào)制解調(diào)電路，調(diào)制采用數(shù)字信號(hào)和載波相乘的方法，解調(diào)電路采用包絡(luò)檢測(cè)的方法。解調(diào)電路中首先將ASK中的載波通過(guò)運(yùn)算放大器由正弦波轉(zhuǎn)換為方波使幅度固定，簡(jiǎn)化了后續(xù)處理。然后，用比較器整流電路實(shí)現(xiàn)整流。最后，通過(guò)微分處理使提取的數(shù)字信號(hào)包絡(luò)更準(zhǔn)確，保證了最終恢復(fù)出的數(shù)字信號(hào)和原始數(shù)字信號(hào)完全相同。

通過(guò)Proteus仿真證明電路設(shè)計(jì)正確，調(diào)制解調(diào)功能能夠穩(wěn)定可靠實(shí)現(xiàn)，解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)和原始數(shù)字信號(hào)完全相同。設(shè)計(jì)電路有處理信號(hào)幅度、頻率大幅度范圍的能力。如果考慮噪聲，解調(diào)的信號(hào)幅度、碼率范圍會(huì)減小。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信.通信原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.

[2] DE VITA G， IANNACCONE G. Ultra low power RF section of a passive microwave RFID transponder in 0.35 um BiCMOS [C]// Proceedings of IEEE Int Symp Circ and Syst. Kobe， Japan： IEEE， 2005： 5075?5078.

[3] CURTY J?P， JOEHL N， DEHOLLAIN C， et a1.Remotely powered addressable UHF RFID integrated system [J]. IEEE Journal of Solid?State Circuit， 2005， 40（11）： 2193?2202.

[4] CHO N?J， SONG S?J， KIN S?Y， et a1. A 5.1 uW UHF RFID tag chip integrated with sensors for wireless environmental monitoring [C]// Proceedings of Euro Solid?State Circuit Conference. Grenoble， France： ESSCIRC， 2005： 279?282.

[5] 白蓉蓉，李永明，張春，等.一種用于射頻標(biāo)簽的新型低壓低功耗ASK解調(diào)器[J].微電子學(xué)，2007，37（6）：790?793.

[6] 宋依青.一種新型ASK調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2011，44（2）：22?24.