模拟集成电路系统优秀PPT.ppt
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1、模拟集成电路系统你现在浏览的是第一页,共49页第一节 振幅调制的基本原理一、概述一、概述:1调制目的:调制目的:(1)使使不不能能直直接接传传送送的的音音频频信信息息借借助助高高频频幅幅射射特特性性载载送送到接收端。到接收端。(2)将将不不同同信信息息附附着着在在不不同同频频率率的的载载波波上上,以以避避免免多多种种信信息息间间干扰,实现多路通信。干扰,实现多路通信。2几个术语:几个术语:(1)载载波波:运运载载信信息息的的工工具具(高高频频等等幅幅波波),载载波波的的频频率率称称载频载频。(2)调制信号:控制载波的信息,也就是要传送的音频信息。)调制信号:控制载波的信息,也就是要传送的音频信
2、息。(3)已调波:载波经调制信号调制后的波形。)已调波:载波经调制信号调制后的波形。(4)调制:载波受调的过程。)调制:载波受调的过程。你现在浏览的是第二页,共49页(5)解解调调:调调制制的的逆逆过过程程,目目的的是是从从已已调调波波中中检检出出调调制制信号。信号。3连连续续调调制制分分类类:所所谓谓连连续续调调制制是是指指载载波波某某一一参参数数受受调调制制信信号的连续控制。号的连续控制。按受调参数分为:按受调参数分为:(1)调幅()调幅(AM):受调参数是载波的幅度。):受调参数是载波的幅度。(2)调频()调频(FM):受调参数是载波的频率。):受调参数是载波的频率。(3)调相()调相(
3、PM):受调参数是载波的相位。):受调参数是载波的相位。第一节 振幅调制的基本原理4调制、解调的实质调制、解调的实质:频率变换:频率变换 (2)频谱非线性变换电路(频谱非线性变换电路(FM调调/解、解、PM调调/解等)解等)实现电路分两大类:实现电路分两大类:(1)频谱搬移电路频谱搬移电路(AM调调/解、混频等解、混频等)你现在浏览的是第三页,共49页则调幅波则调幅波(已调波已调波)的表示式为的表示式为 u(t)=UC+ku(t)cos ctu(t)ttuC(t)u(t)t =Uc(1+macost)cos ct第一节 振幅调制的基本原理二、调幅波波形和表示式二、调幅波波形和表示式若调制信号为
4、若调制信号为u=Ucost,载波信号为载波信号为uC(t)=UCcos ct,其波形如图:其波形如图:你现在浏览的是第四页,共49页 其其中中ma=kU/Uc1,称称调调幅幅系系数数或或调调幅幅度度,一一般般用用%表表示。示。ma:表表示示载载波波受受调调制制信信号号控控制制的的程程度度。ma越越大大,控控制制作作用用越越大大。特特殊殊地地,当当ma=1时时称称全全调调;当当ma=0时时,称称无无调调,但但ma不不能能1,否否则则会会出出现现过过调调失失真真。通通常常调调制制信信号号为为非非简简谐谐信信号号且且时时刻刻变变化化,所所以以调调幅幅度度也也在在变变,一一般般其其均均值值ma=0.3
5、=30%。第一节 振幅调制的基本原理你现在浏览的是第五页,共49页三、调幅波的频谱及谱宽三、调幅波的频谱及谱宽(一)调制信号为简谐信号时(一)调制信号为简谐信号时u(t)=Uc(1+macost)cos ct第一节 振幅调制的基本原理载波分量载波分量上边频分量上边频分量下边频分量下边频分量其频谱如图:其频谱如图:频谱宽度:频谱宽度:B=2 或或 BHZ=2F (F=/2/2)B你现在浏览的是第六页,共49页(二)调制信号为非简谐信号时,即(二)调制信号为非简谐信号时,即min max或或Fmin F Fmax第一节 振幅调制的基本原理频带宽度:频带宽度:B=2max 或或 BHZ=2Fmax例
6、:语音信号的频率:例:语音信号的频率:3003400Hz 其频谱如图其频谱如图:无线系统中,为避免电台间干扰,国际上对多波段与不同用途无线系统中,为避免电台间干扰,国际上对多波段与不同用途的电台所占有频带均有严格规定,如调幅广播电台容许占有频的电台所占有频带均有严格规定,如调幅广播电台容许占有频谱宽度为谱宽度为9KHZ。你现在浏览的是第七页,共49页四、调幅波功率四、调幅波功率 若若AM波为单频正弦波,负载电阻为波为单频正弦波,负载电阻为R,则在,则在R上所消耗的功率为:上所消耗的功率为:(一)载波功率(一)载波功率 Po=Uc2/2R第一节 振幅调制的基本原理(二)上、下边频功率(它为有效功
7、率)(二)上、下边频功率(它为有效功率)(三)瞬时最大点功率:(三)瞬时最大点功率:Pmax=Uc(1+ma)2/2R=(1+ma)2Po(四)瞬时最小点功率(四)瞬时最小点功率 Pmin=Uc(1-ma)2/2R=(1-ma)2Po你现在浏览的是第八页,共49页(五)调制信号一周内调幅波的平均总功率:(五)调制信号一周内调幅波的平均总功率:第一节 振幅调制的基本原理四、调幅波功率四、调幅波功率 讨讨论论:当当ma=1时时,PAV=3Po/2即即Po=2PAV/3,这这说说明明不不含含任任何何有有用用信信息息的的载载波波消消耗耗了了一一周周平平均均总总功功率率的的2/3,而而实实际际有有用用功
8、功率率只只占占PAV/3,这这还还是是在在理理想想情情况况下下。所所以以功功率率利利用用率率低低是是普普通通AM制制的的最最大大缺缺点点。为为了了提提高高功功率率利利用用率率,可可采采用用抑抑制制载载波波功功率率的的边边带带传传输输,即双边带(即双边带(DSB)和单边带()和单边带(SSB)传输。)传输。AM制的优点:制的优点:结构简单,技术上易于实现,因而比较经济。结构简单,技术上易于实现,因而比较经济。AM制的缺点:制的缺点:功率利用率低,还需有功率利用率低,还需有4倍的功率储备。倍的功率储备。你现在浏览的是第九页,共49页当抑制载波之后(载波分量为当抑制载波之后(载波分量为0),其),其
9、表示式表示式变为:变为:第一节 振幅调制的基本原理五、双边带及单边带调制五、双边带及单边带调制(一)双边带的表示式、波形及频谱(一)双边带的表示式、波形及频谱它可以由载波信号和调制信号相乘得到:它可以由载波信号和调制信号相乘得到:u(t)=kUc(t)U(t)=kUcU cos ctcos t =kUcU cos(c+)t+cos(c-)t/2u(t)=Umcos(c+)t+cos(c-)t你现在浏览的是第十页,共49页其其波形波形和和频谱频谱分别如图:分别如图:相位突变180o是因为相乘的结果B=2 第一节 振幅调制的基本原理B 显见,双边带信号的显见,双边带信号的带宽带宽为:为:你现在浏览
10、的是第十一页,共49页因为边频中,任何一个边频已包含了调制信号的全部信息,因为边频中,任何一个边频已包含了调制信号的全部信息,所以为了节省频带,可进一步抑制掉其中一个边带,而只发所以为了节省频带,可进一步抑制掉其中一个边带,而只发送一个边频,这就是送一个边频,这就是SSB。它的它的表示式表示式为:为:第一节 振幅调制的基本原理(二)单边带表示式、波形及频谱(二)单边带表示式、波形及频谱u(t)=Umcos(c+)或或 u(t)=Umcos(c-)t它可在它可在DSB的基础上用滤波法或移相法得到的基础上用滤波法或移相法得到你现在浏览的是第十二页,共49页其其波形波形和和频谱频谱分别如图:分别如图
11、:或B=第一节 振幅调制的基本原理B显见,单边带信号的带宽为:显见,单边带信号的带宽为:你现在浏览的是第十三页,共49页(三)单边带调制的优缺点(三)单边带调制的优缺点 优点:优点:1节省频带节省频带(节省节省1/2),即波段利用率高。,即波段利用率高。2节省功率,因为节省功率,因为AM波波Po=2/3PAV,不经济,而不经济,而 SSB全部发送有用功全部发送有用功率,所以在接收端获得相同信噪率,所以在接收端获得相同信噪 比时,比时,SSB发送可节省功率。发送可节省功率。3受传播条件影响小:电波传播时,对受传播条件影响小:电波传播时,对 c、c 等不同频等不同频率成分的衰落和相移不同会引起信号
12、失真或不稳,这称作选择率成分的衰落和相移不同会引起信号失真或不稳,这称作选择性衰落现象。因性衰落现象。因SSB只有只有 c+或或 c-,所以这种衰落不严重。所以这种衰落不严重。第一节 振幅调制的基本原理4抗干扰性能好,有一定保密性。抗干扰性能好,有一定保密性。缺点:缺点:发送技术和解调设备复杂,造价较高。发送技术和解调设备复杂,造价较高。你现在浏览的是第十四页,共49页 前已述及,调制、解调的实质是频率变换,而模拟乘法器是前已述及,调制、解调的实质是频率变换,而模拟乘法器是实现频率变换的常用器件。它具有实现频率变换的常用器件。它具有频带宽、性能好、外接电路简频带宽、性能好、外接电路简单单等优点
13、。下面介绍两种常用的乘法器。等优点。下面介绍两种常用的乘法器。一、压控吉尔伯特乘法器一、压控吉尔伯特乘法器模拟乘法器的符号如图:模拟乘法器的符号如图:其输出与输入关系为:其输出与输入关系为:uo=ku1u2 k乘积系数乘积系数(V-1)第二节 模拟乘法器你现在浏览的是第十五页,共49页由图,各管电流方程为:由图,各管电流方程为:第二节 模拟乘法器压控吉尔伯特乘法器的原理电路如图:压控吉尔伯特乘法器的原理电路如图:你现在浏览的是第十六页,共49页所以输出电压:所以输出电压:Uo=(iC1-iC2)Rc=(i1+i3-i2-i4)Rc IORcu1u2/4UT2=ku1u2 其中其中k=IORc/
14、4UT2 显见,完成两模拟信号相乘功能。显见,完成两模拟信号相乘功能。第二节 模拟乘法器你现在浏览的是第十七页,共49页 MC1596也称为双平衡模拟乘法器,其基本电路见也称为双平衡模拟乘法器,其基本电路见P92图图5-9,方框图外是外接电路,其中方框图外是外接电路,其中Rb用来调节恒流源用来调节恒流源I1、I2;Ry调整增调整增益和输入信号的动态范围可推得它的输出与输入关系为:益和输入信号的动态范围可推得它的输出与输入关系为:第二节 模拟乘法器基于压控吉尔伯特电路原理制成的有基于压控吉尔伯特电路原理制成的有MC1596、XCC等。等。你现在浏览的是第十八页,共49页上述上述MC1596作为通
15、用型乘法器还存在以下问题:作为通用型乘法器还存在以下问题:1.输入动态范围小;输入动态范围小;2.线性较差。线性较差。MC1595较好的解决了以上问题,与其对应的国较好的解决了以上问题,与其对应的国内型号为内型号为BG314、FZ4等。等。其原理电路如图其原理电路如图P93图图5-10所示所示如果此电路用框图表示如果此电路用框图表示流控Gilbert乘法器第二节 模拟乘法器二、流控吉尔伯特模拟乘法器二、流控吉尔伯特模拟乘法器你现在浏览的是第十九页,共49页 吉尔伯特乘法单元由吉尔伯特乘法单元由D1、D2、T5T8构成构成 差模差模U/I变换器分别由变换器分别由T1、T2和和T3、T4构成,依赖
16、构成,依赖Rx、Ry的深负反馈用以展宽动态平衡范围,实现线性补偿。的深负反馈用以展宽动态平衡范围,实现线性补偿。工作原理:工作原理:1.Ux=0、Uy0时,I3、I4I5、I7iA=常数同理 I6、I8iB=常数 Uo=0第二节 模拟乘法器你现在浏览的是第二十页,共49页 UyT3、T4T5T8的的ie gm58 UxT1、T2 UDT5T8的的UbUO iO gmUb 即UOUxUy具体推导见书具体推导见书 理论推导出:理论推导出:第二节 模拟乘法器其中其中:2.同理同理Ux=0、Uy0时,时,Uo=03.当当Ux0、Uy0时,时,Uo 0你现在浏览的是第二十一页,共49页结论:结论:1.输
17、出电压只包含输出电压只包含Ux、Uy的乘积,无多余成分;的乘积,无多余成分;2.乘积系数乘积系数k RL,k 1/RxRyIOX 所以所以 RL变化、变化、RxRy变化变化k变化;变化;3.Ux、Uy均可正负,故为四象限模拟乘法器,具有很大的均可正负,故为四象限模拟乘法器,具有很大的动态范围;动态范围;4.通过平衡差分对通过平衡差分对T5T8的补偿作用的补偿作用(依赖于依赖于D1、D2:温度温度补偿补偿),使,使k与管子的与管子的UT无关,不受无关,不受T影响;影响;第二节 模拟乘法器你现在浏览的是第二十二页,共49页调幅过程就是把信号频谱从低频移到载波两侧的频谱搬移调幅过程就是把信号频谱从低
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