調(diào)幅信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)電路

譚傳明 冼俊衡 阮麗瑩

摘 要：本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基于STM32 103開發(fā)板的調(diào)幅信號(hào)處理電路系統(tǒng)，以開發(fā)板為本振信號(hào)源，由混頻器、中頻濾波器、中頻放大器、AM解調(diào)、基帶放大器組成。使輸入AM信號(hào)的載波頻率為250MHz-300MHz，調(diào)制頻率在300Hz-5kHz范圍內(nèi)，調(diào)幅度為50%時(shí)，輸出信號(hào)穩(wěn)定在，解調(diào)輸出信號(hào)無明顯失真。

關(guān)鍵詞：STM32;AM解調(diào)

1 設(shè)計(jì)基本要求

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)調(diào)幅信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)電路，輸入信號(hào)為調(diào)幅度50%的信號(hào)。中頻濾波器采用晶體濾波器或陶瓷濾波器，其中頻頻率為10.7 MHz。當(dāng)輸入AM信號(hào)的載波頻率為275 MHz，調(diào)制頻率在300Hz-5KHz范圍內(nèi)任意設(shè)定一個(gè)頻率，Virms=1mV時(shí)，要求解調(diào)輸出信號(hào)為Vorms=1V±0.1V的調(diào)制頻率的信號(hào)，解調(diào)輸出信號(hào)無明顯失真。改變輸入信號(hào)載波頻率250MHz-300MHz，步進(jìn)1 MHz，并在調(diào)整本振頻率后，可實(shí)現(xiàn)AM信號(hào)的解調(diào)功能。當(dāng)輸入信號(hào)的載波頻率為275MHz， 在10μV-1mV之間變動(dòng)時(shí)，通過自動(dòng)增益控制電路，要求輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V。當(dāng)輸入AM信號(hào)的載波頻率為250MHz-300MHz， 在10μV-1mV之間變動(dòng)，調(diào)幅度為50%時(shí)，要求輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V。在輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V的前提下，盡可能降低輸入AM信號(hào)的載波信號(hào)電平。在輸出信號(hào)Vorms穩(wěn)定在1V±0.1V的前提下，盡可能擴(kuò)大輸入AM信號(hào)的載波信號(hào)頻率范圍。

2 硬件設(shè)計(jì)組成

模塊的主要特性如下：

（1）模塊包括射頻低噪放大、混頻、本振源、中頻濾波、 中頻放大、AM 解調(diào)、基帶 功率放大等電路，如圖 1所示

（2）LNA射頻低噪聲放大器：采用兩片高穩(wěn)定的固定增益LNA芯片，ERA-4SM+和ERA-8SM+，其噪聲系數(shù)較低，容易級(jí)聯(lián)得到高增益放大器，提高系統(tǒng)靈敏度。輸入阻抗為 50Ω，中頻放大器輸出阻抗為 50Ω，中頻濾波器中心頻率為10.7MHz，基帶放大器輸出阻抗為 600Ω、負(fù)載電阻為 600Ω。

（3）AD831混頻器：其實(shí)就是可以把兩個(gè)信號(hào)相乘，同時(shí)也需要靈敏度高的混頻器電路，其輸入信號(hào)范圍-65dBm～8dBm，最高混頻頻率可達(dá)1.5GHz。

（4）中頻濾波器和中頻放大器：中心頻率為10.7MHz，因?yàn)锳M信號(hào)的最高基帶信號(hào)頻率位5kHz，所以中頻帶寬需要大于10kHz，考慮到中頻濾波的外帶衰減能力和Q值，對(duì)靈敏度的影響很大，我們選擇性能較好的帶寬為15kHz，中心頻率為10.7MHz的晶體濾波器完成中頻濾波功能。

（5）基帶放大器：為了得到比較純凈的基帶信號(hào)，將其通過音頻運(yùn)放，放大后通過四節(jié)帶通濾波器。待內(nèi)信號(hào)得到放大的同時(shí)，衰減了帶外的雜散頻率干擾?？墒窍到y(tǒng)的靈敏度進(jìn)一步提高。

（6）模塊默認(rèn)為±5V供電，系統(tǒng)高放部分采用單電源5V供電，中頻及檢波電路采用正負(fù)5V雙電源供電，板帶電源指示燈，并帶電源反接保護(hù)。

（7）顯示屏與按鍵：最主要的作用就是調(diào)整和觀察由STM32單片機(jī)發(fā)出的本振源頻率。

3 軟件設(shè)計(jì)組成

軟件在此系統(tǒng)中最主要的作用就是通過c語言編寫代碼，改變STM32單片機(jī)的時(shí)鐘輸出頻率，達(dá)到控制本振源鎖相環(huán)輸出頻率及幅度。 思路如下圖2所示

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試儀器如下表1所示：

因篇幅受限，在次不逐一驗(yàn)證，示例驗(yàn)證如下：

（1）輸入載波 250MHz 的 AM 波信號(hào)的輸出波形：

輸入載波 250MHz、幅度有效值 10μV、調(diào)制頻率 300Hz 的輸出信號(hào)

（2）中頻放大輸出測(cè)試

輸入載波 275MHz、幅度有效值 1mV、調(diào)制頻率 1kHz 的中頻輸出信號(hào)

總結(jié)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的是調(diào)幅信號(hào)處理電路系統(tǒng)，采用STM32F1控制本振源，與AM信號(hào)混頻，經(jīng)過中頻濾波器濾出帶有AM調(diào)制波的10.7M信號(hào)，再用增益控制一個(gè)穩(wěn)定的幅度，通過無源高頻檢波將帶有AM調(diào)制波的信號(hào)解調(diào)，通過基帶放大器將幅度放大到1V±0.1V，實(shí)現(xiàn)了載波頻率為250MHz-300MHz、幅度有效值為10uV-1mV、調(diào)制頻率為300Hz-5KHz的信號(hào)放大，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)。