2017年全国大学生电子设计竞赛F题分析.pdf

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1、调幅信号处理实验电路（F题）西安电子科技大学傅丰林2017‐11‐04目录一、命题目的二、方案选择和论证三、理论分析与计算四、电路与程序设计五、测试结果一、命题目的提高通信电路（又称高频电子线路、非线性电路等）工作频率，2015年200MHz，2017年提高到300MHz以上。尽可能避开通信概念，只要学过通信电子线路都能做。调幅信号处理实验电路（F题）【本科组】一、任务设计并制作一个调幅信号处理实验电路。其结构框图如图1所示。输入信号为调幅度50%的AM信号。其载波频率为250MHz~300MHz，幅度有效值V为irms10µV~1mV，调制频率为300Hz~5kHz。3一、命题目的低噪声

2、放大器的输入阻抗为50Ω，中频放大器输出阻抗为50Ω，中频滤波器中心频率为10.7MHz，基带放大器输出阻抗为600Ω、负载电阻为600Ω，本振信号自制。图1调幅信号处理实验电路结构框图4一、命题目的二、要求1．基本要求（1）中频滤波器可以采用晶体滤波器或陶瓷滤波器，其中频频率为10.7MHz；（2）当输入AM信号的载波频率为275MHz，调制频率在300Hz～5kHz范围内任意设定一个频率，V=1mV时，要求解调输出信号为V=1V±0.1V的irmsorms调制频率的信号，解调输出信号无明显失真；（3）改变输入信号载波频率250MHz~300MHz，步进1MHz，并在调整本振频率后，可实

3、现AM信号的解调功能。5一、命题目的2．发挥部分（1）当输入AM信号的载波频率为275MHz，V在irms10µV~1mV之间变动时，通过自动增益控制（AGC）电路（下同），要求输出信号V稳定在1V±0.1V；orms（2）当输入AM信号的载波频率为250MHz~300MHz（本振信号频率可变），V在10µV~1mV之间变动，irms调幅度为50%时，要求输出信号V稳定在1V±0.1V；orms（3）在输出信号V稳定在1V±0.1V的前提下，尽orms可能降低输入AM信号的载波信号电平；（4）在输出信号V稳定在1V±0.1V的前提下，尽orms可能扩大输入AM信号的载波信号频率范围；6（5

4、）其他。二、方案选择和论证系统由射频低噪声放大器、混频、本振信号产生、中频滤波放大、AM检波和基带滤波放大以及自动增益控制等组成。1.射频低噪声放大器采用高稳定的固定增益LNA芯片，其噪声系数较低，容易级联得到高增益放大器，提高系统灵敏度。选用噪声系数NF=1.3的射频小信号放大器TQP3M9008作为前级放大器，其3dB频率范围50MHz～4GHz。2.混频器为实现系统高灵敏度一方需要选择噪声系数小的前端放大器，同时也需要灵敏度高的混频器电路。7二、方案选择和论证选用灵敏度较低、噪声系数较大的乘法器实现混频。它具有输入动态范围宽、电路调试简单，带宽宽的特点。3.中频滤波器和中频放大器系统

5、使用OPA847（单位增益带宽为3.9GHz）电压反馈运放作为中频放大器，两级级联使用，共实现40dB的中频增益。满足系统要求。中频滤波器采用晶体滤波器。由于本题AM调制信号的基带频率最高为5kHz，需要带宽大于10kHz的滤波器。在10.7MHz频率上的晶体滤波器可以做到15kHz以上，且Q值非常高，能够在满足系统要求的前提下，8二、方案选择和论证大大提高系统灵敏度。4.自动增益控制射频前段AGC+基带AGC。通过射频AGC实现信号稳定性的粗调，在利用基带AGC实现输出信号幅度的精确控制，既能提高输入信号的动态范围，又能提高输出信号的稳定性。5.检波解、基带放大器、带通滤波器的、自动增益

6、控制等。9二、方案选择和论证系统的框图如图1所示。射频信号源的输出信号，依次经过第一级LNA、衰减器、第二级LNA、衰减后，进入混频器，并与自制的本振信号源进行混频，混频后的信号通过10.7MHz的晶体滤波器后，得到10.7MHz的中频信号。本系统对中频信号进行2级中频放大后，再进行能量检测和AM检波。AM检波后的信号，通过300Hz～5kHz的带通滤波器、基带AGC电路后，在600欧姆负载得到1V±0.1V有效值的基带信号。系统采用两块微处理器，MCU1完成该射频AGC功能，它根据有效值检测电路的输出，控制射频前段的程控衰减器，使中频放大器输出信号幅度能稳定在10二、方案选择和论证200

7、mV±1dB内。MCU2完成本振信号产生功能，它根据输入的指令，产生所需要的射频信号频率。11二、方案选择和论证图1系统框图12三、理论分析与计算1.低噪声放大器的设计接收机灵敏度计算放大器的噪声系数NF越低，系统的灵敏度就越高。系统选用噪声系数NF=1.3的射频小信号放大器TQP3M9008作为前级放大器，其3dB频率范围50MHz~4GHz。考虑到发挥部分的要求，设系统最小输入信号为1μV（对应-107dBm）。经过