短波接收机

,为保证得到大于20dB的镜像抑制比,综合考虑系统的复杂性和可实现性,把系统的第一中频定为实 际中常用的10.7MHz. 同时,我们选择二次变频方式,第二中频选择了常用的 455KHz. (2).PLL频率合成方式.如果将锁相环中的VCO作为接收机的本振,则本振的频率稳定度将与PLL参考频率的稳定度相同,由于PLL的参考频率一般用晶体振荡器产生,所以这时本振将达到晶体的频率稳定度,可大大提高整机性能,且易与在单片机控制下实现频率步进扫描.预置电台,存储电台等多种功能.基于PLL频率合成器的方案有诸多优点,故我们选用了这个方案. ?7? 三.方案的实现 1. 输入回路的选用 为获得较好的选择性,同时满足阻抗匹配,提高灵敏度,在 输入端加上输入回路,该部分一般完成选频放大,阻抗匹配的功能. (1).无源选频网络.右 图是一个简单的调谐回 路,它实际上是一个带通 滤波器.本题要求的接收 范围是8-10MHz,带宽为 2MHz,设中心频率为 9MHz,则Q=f 0/Bw=4.5,这样低的Q值会使整机的选择性变差. (2).三极管调谐 放大器. 右图是一高频 调谐放大器的典型 电路,这种用双结型 ?8? 晶体管高频放大器是最基本的高频小信号放大器,通常以谐振回路或耦合回路作负载,也称调谐放大器或谐振放大器.这种电路简单,选择性好,但这种电路易受负载影响,工作稳定性较差. (3).双栅场效应管调谐放大器 下图是双栅场效应管调谐放大器,用这种双栅场效应管 作高频小信号放大器具有较高的稳定增益,并有较低的噪声,它的第二栅极 (G2)对高频是短 路的,相当于两 个场效应管作共 源-共栅级连,使 放大器的稳定性 大大提高.双栅 管的跨导G m是随着G2直流电压的变化而变化的,可用来控制放大器的增益. 根据以上分析,我们决定采用稳定性较好的双栅场效应 ?9? 管放大电路作输入回路,这样既有较高的稳定性又有较好的 选择性. 2.收音部分 (1).以MC3362组成的调频接收电路 下图是以MC3362为核心的接收电路.MC3362是一片低功耗窄带、调频接收芯片,其片内包括振荡器,混频器.正交检波器,表头驱动电路,及载波检测电路.芯片特点如下： .完整的双变频系统; .输入带宽宽; .工作电压 低,2.0—7.0V; .功耗电流小:电源电 压为3V时,其典型值 为3.6ｍA; .灵敏度高; 如图所示,经输入回路选频放大后的信号经0.01μF电容耦合至1脚第一本振输入端经0.1μF电容耦合至22脚同PLL ?10? 产生的本振信号混频,产生10.7MHz的差频. 后经10.7MHz窄带滤波器滤除谐波分量后送入17脚混频器的输入端,同3,4脚产生的第二本振混频,产生455KHz第二中频.此第二中频经455KHz陶瓷滤波器窄带滤波后,经第7脚送入限幅器限幅,后经调谐于455KHz的正交线圈正交解调,解调后的音频信号经去加重电路后由13脚输出. MC3362还提供接收信号强度指示器.10脚的输出电流的大小指示了接收电台的强弱.通过在10脚接一个200K的电位器,可以把这一电流信号的转换为电压信号后送至比较器,并从11脚输出低电平信号,低电平表示已接收到电台信号. MC3362的第一混频器增益为18dB,第二混频器增益为21dB.考虑到滤波器的衰减,实际的电压增益约为30dB左右. 由于采用10.7MHz的第一中频,故一中频输出滤波器采 用10.7 MHz陶瓷滤波器,输入回路采用自适应中心频率窄带 高放.故在8～10MHz频段内镜像抑制能力强,设计指标完全可以实现. 3.本振部分: ?11? 锁相频率合成技术是本机的关键技术之一.为了满足高中频方案的要求,利用PLL提供18.7～20.7MHz的本振信号,同时根据题目要求,要使显示载波频率的误差?5KHz,就必须使PLL的分辨力10KHz,而分辩力越高显示就越精确.为此,本机选用了PLL的频率分辩力为4KHz. 根据公式: f,fNr0 其中 f r为频率分辩力, f0为PLL的输出频率,N为分频比.可知,本机要求PLL至少能提供5175的分频比.同时由于系统方案 要求输出 的最高频 率为 20.7MHz, 一般锁相 环内置分 频器无法 满足上述 要求,为此要加上前置分频器以提高PLL的工作频率,但是这又引入一个问题是加前置分频器就会降低PLL的分辩力.因 ?12? 此为满足不改变频率的分辩力的同时提高PLL的输出频率,本机采用吞脉冲技术.其原理框图如下: 其关键 技术是加 前直双模 分频器,频 合内有两 个相关的 计数器A和 N且N>A. 其工作原理是当开始计数时A和N同时计数,前置分频器工作在?V+1模式,当计数器A溢出时,控制前置分频器以 ?V模式工作,同时令自身停止计数,当计数器N溢出时,令前置分频器以?V+1模式工作,同时时计数器A和N重新置数,并开始新的计数. 分频比公式如下: 本机选用了MOTOROLA公司的MC12016(?40/?41)D,V，N，A ?13? 前置双模分频器及MC145152锁相环芯片构成吞脉冲频率合 成器. MC145152芯片已集成了参考分频器,鉴相器和两个计数器,并采用并行码输入易于和单片机接口,且提高了响应速度. VCO部分： 为简化DC-DC设计，本机放弃了常用的高电压VCO电路，根据变容二极管的特点，采用西勒振荡器的形式，采用这种 形式的振荡器的好处是：电路容易起振，只需较低的压控电 压即可满足频率范围内的要求。 同时为了提高VCO的负载能力及减少负载对VCO 的影响，我们采用后接射随器，此时分两路信号，一路去前置变 模分频器,另一路去混频器作第一本振。 环路滤波器(如右图): 这是PLL中的重要部 分,它对环路参数调整起着 决定性的作用.本机采用二 阶有源比例积分滤波器为环路滤波器. ?14? 其中R1R2和C由右式决定 k，k,,vcorW,,(10,r,1000)nN，C，Rr1其中ωn为自由谐振角频率,,，R，C2n,,2ξ为阻尼系数,kФ是鉴相器,2,,fmk,VC,O,V增益,kvco为VCO增益,N为 Vcck,,2,反馈环总分频比. 为了确保能锁定所需频率,同时捕获时间不太长,本机PLL的环路参数选取r=30, ξ=1,N=5175. 同时为了滤除相位噪声,在主滤波器前为RC副滤波器,副滤波器的截 止频率远小于 主滤波器. 控制部分: 如右图所 示,为了减少 PLL对系统资 源的占用和控制时间,本机采用两片27C64分别存放计数器N和A的分频数,用一片82C55输出地址码,即可同时往 ?15? MC145152中送A和N.可快速准确的完成搜索任务,大大减轻了系统软件的负担和确保锁定时间. 4.控制系统 控制系统、协调系统的其它各部分.主要实现控制PLL频率合成器,用串行D/ATLC5620自动改变第一本振频率,从而实现自动控制输入回路中调谐放大器的中心频率并自动搜 索电台的功能. 本机采用液晶显示器和键盘作为人机交互系统,4*4键盘用来控制系统的各功能的 选择, 由液晶显示当前系 统的工作信息及键盘的部 分功能说明(采用中文菜单 形式).开机后进入主界面(右上图),工作在上一次关机时的电 台, 电台信息的保存利用了实时钟芯片DS12887, 同时利用它实时显示时间, 提高了信息存取的效率. ?16? 系统的工作主界面如上 图所示: 右图为按下自动搜索键 后的界面. 若当前工作的电台没信 号时系统就会提示. 本系统采用菜单选择,提供了良好的人机交互界面,并 且有帮助显示. 软件流图如下图所示: 5. ?17? 本系统还用单电源供电,采用MAXIM公司生产的DC-DC变换芯片 MAX752进行电源变换 给系统供电. MAX752的 工作原理图如右图所示. 其带负载的启动电压为 3.0V为可以用电池进行 供电.由于它是PWM工作模式,工作的开关频率为170KHz,使得输出的纹波比较容易滤掉,同时保证了转换的高效性,效率达87%.为了屏蔽其辐射采用铁盒封装,用穿芯电容与外围连 接.并且利用MAX705进行电源监控(3.0V电源监测). 6. 考虑到题目要求音频 最大不失真输出功率?100 mW,同时音频放大器能够 尽量与系统用同一组+5V 电源,故选用能+5V供电最大不失真功率达350mW的LM386 ?18? 作为音频放大器. .: 1. : XFG-7高频信号发生器,DT9202数字万用表,HP33120A信号源,HP54645D示波器,ZN2172交流毫伏表,8Ω负载电阻,CMC250频率计. 2. (1).灵敏度 根据国家,测试灵敏度必须在无外界电磁场干扰的 屏蔽室内进行,利用环形天线,通过仪器设备测量.由于条件所限,无法采用此方法.由此我们采用在要求的输出功率和输出 信号不失真的条件下,测试最小的输入信号.我们用HP33120A作信号源,外接一个40db衰减探头,接至接收机天线处,由大小逐渐减小输入调频波的幅度,直至接收机输出信号的失真度 大于10%. ?19? 测试数据如下表: 8.000 8.500 9.000 10.000 fi (MHz) 1.1 0.9 0.9 0.7 灵敏度(μV) (2).通频带 用HP33120A信号发生器产生一要求的高频调频信号,并加一个40dB衰减探头,断开455K陶瓷滤波器的输出端,在输出端接一1K负载电阻,然后用交流毫伏表测量滤波器 的输出电压.当f i改变4KHz时分别电压值与f0的电压 值,并比较. 输入频率fi f0-4KHz f0 f0+4KHz 输出衰减 20dB 0 23dB 条 件 f0=9.000MHz (3).选择性 在输出最大不失真功率条件下,断开455K陶瓷滤波器的输出端,在输出端接一1K负载电阻,然后用信号源产生一 频偏3KHz,调制信号为1KHz的小信号调频波,输出加40dB衰减.当fi= f0?10KHz时和fi=f0时比较,得出数据. 输入频率fi f0-10KHz f0 f0+10KHz 输出衰减 44dB 0 48dB 条 件 f0=9.000MHz ?20? (4).镜像抑制比 用XFG-7高频信号发生器产生一8-10MHz的等幅波.经衰减合适后耦合至接收机天线处.接收机断开455KHz陶瓷滤波器输出,接一1K负载电阻,接收机调谐于该频率f1以后, 改变输入频率至f2,使f2 –f1=2fi=21.4 MHz,分别用交流毫伏表测量两次455K陶瓷率波器的输出电压. f输入频率 1 f1+2fi 0dB 60dB 输出衰减 f条 件 1=8.000MHz . 整机测试指标达到要求,但受竞赛场地实际电磁环境限 制,灵敏度,选择性,镜像抑制比的测试会因外界干扰而产生 一定误差.另外测试镜像抑制比的指标时用XFG-7产生29.4MHz信号,此时XFG-7频率稳定度会加大,影响测该参数量. ?21?