有线电视高频信号模块设计.doc
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1、目 录摘要1引言11.系统总体方案21.1方案论证21.2本系统设计内容31.3系统设计要求31.4系统框图32.系统硬件设计32.1矩形波振荡器32.2调制电路72.3功率放大电路142.4选频滤波放大电路172.5解调电路203.结束语23参考文献23附录25附录1:模块总设计电路图25致谢26有线电视高频信号模块设计摘 要:本设计阐述了有线电视高频信号模块的工作原理并对有线电视高频信号进行处理,包括调制模块,放大模块,选频滤波模块,解调模块,通过振荡器产生基带信号,并对基带信号进行调制、放大、选频滤波、解调等步骤,经仿真最终完成信号传输,本系统实现了对数字信号的远距离传输处理,改善了传统
2、设计抗干扰能力弱,噪音累积等缺点。本系统硬件电路简单性价比较高。关键字:调制;放大;选频滤波;解调Cable High-Frequency Signal Module DesignAbstract: This paper describes the working principle of cable TV high-frequency signal module and processed on the cable TV signal, including the modulation module, amplifier module, frequency selective filteri
3、ng module, demodulation module, the baseband signal through the oscillator, and the baseband signal modulation, amplification, frequency selective filtering, demodulation and other steps, the final completion of signal simulation transmission, this system can realize the long-distance transmission o
4、f digital signal processing, improved the traditional design anti jamming ability is weak, disadvantages of noise accumulation. The hardware circuit of the system is simple and cost-effective.Key Words: modulation; amplification; frequency selective filter; demodulation引言科学技术的发展促使一些机械的装置逐步电动化、电子化,由此
5、出现了许多新的传媒工具,如收音机、电视机等。研究共用天线系统是在1964年由中央广播事业局专门立项开始的,中国发展有线电视序幕从此被拉开了。中国第一个共用的天线电视系统是1974年中央广播事业局设计院等单位在北京饭店安装的,中国有线电视终于诞生了。 中国有线电视发展大致可以分三个阶段。在1974年到1983年期间由于开路电视节目不断增多,各居民楼上或者平房屋顶上出现了共用天线。即共用天线阶段也是有线电视发展初级阶段。共用天线阶段可以传输五套节目只需要用一个共用天线系统采用的方法是全频道隔频传输。在1983年到1990年期间,在1983年北京燕山石化的一万多户有线电视网络开始投入建设并且得到广播
6、电影电视部地方宣传局的大力支持,而在1985年长沙市的有线电视网络开通,标志着共用天线阶段已经成为过去,我国的有线电视由此进入一个崭新的阶段-有线电视网络发展阶段。而在那时闭路系统是有线电视的主流,大部分地区和企业均采用这种系统,我们也可称这个阶段是闭路系统阶段。在这个阶段中,以电缆和光缆建立企业或者城域网络,传输节目套数也因为采用邻频的传输方式是节目套数增加到十套。 在有线电视快速发展的过程中,屡次出现的管理不规范的情况,在1990年11月2日广播电影电视部针对这个情况颁布了有线电视管理暂行办法。此后越来越多的有线电视台被广播电影电视部批准建立,标志着我国的有线电视真正走上了正轨并向网络产业
7、化改造方向不断发展。鉴于有线电视信号传输易失真,接收信号不稳定,特提出有线电视高频信号模块设计方案。该模块主要针对高频信号在传输接受方面,具有强大的控制功能和稳定信号特性。主要组成部分包括调制部分,放大部分,选频滤波部分以及再次放大,解调,通过基带信号产生信号进行分频滤波产生不同频带的频道。本次以高频信号模块为选题,分别从电路和multisim模拟仿真两方面对高频信号传输接受进行了详细的分析与讨论,包括所选器件、原理图等。通过这次的设计,把自己所学习的理论知识与实践紧密结合在一起,从实践中加深对有线电视高频信号的认识与理解,也从中找到理论的不足之处,具有一定意义。1. 系统总体方案1.1 方案
8、论证高频信号在传输过程中很难有适合远距离传输的信道,所以需要加载到波上,这就需要基带信号加载到波上,变成载波信号,而且如果基带信号在同一个信道传输,频谱重叠容易干扰,如果调制到不同载波上,则可以多路同时传输,所以这就需要调制过程,调制的目的是用待传输的基带信号去控制高频振荡电路产生的载体信号的某个参数(幅度,频率或相位),使其参数随基带信号做线性变化的过程,为了能提供功率足够的调制信号,我们还需要把信号进一步放大,传输出去,而在传输过程中会出现一些干扰,这些信号中有一部分是我们需要的有一部分是我们不需要的,这就需要我们进行滤波和选频,在经过解调处理后变为我们需要的基带信号。1.2 本系统设计内
9、容本文主要针对有线电视高频信号进行处理,设计一个高频信号模块。主要针对传输过程和接受部分进行电路设计,利用multisim软件对采集到的信号仿真,最后得到我们需要的频率信号。1.3 系统设计要求本系统主要有两个任务,一是信号的传送端,另一个是信号的接收端。传送端将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡,再将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。接收端将空间传播到其上的电磁波变成高频电振荡,再还原成电信号,最后还原成所传递的信息。1.4 系统框图信源输入换能器发送设备信道接收设备输出换能器信宿图1 系统框图该系统设计一个通过信号源发出信号。经过信号发射系统将基带信号加载到发送设备上,变为已调信
10、号,通过信道将已调信号送到接受设备上,最后由信号接收系统将已调信号转换成基带信号进行接收变成我们需要的信号系统框图如图1。2. 系统硬件设计2.1 矩形波振荡器2.1.1 矩形波振荡电路设计矩形波发生器电路有多种方案,本设计以运算放大器为核心,由矩形波振荡电路、幅值调节电路两部分组成。电路设计方案和元器件选择的原则是:工作稳定可靠、结构简单合理、安装调试方便、性能参数达标。矩形波振荡电路(又称多谐振荡器)由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。滞回比较器起开关作用,RC电路的作用是产生暂态过程。RC回路既是延迟环节亦是反馈网络,通过RC充、放电过程实现输出状态的自动转换。在运放输出端引入限流电阻
11、和两个背靠背的稳压管就组成了如图2所示的双向限幅矩形波发生器1。图2中滞回比较器的阈值电压(1)假设接通电源时,电容C两端电压=0输出电压则运放同相输入端电压,二极管VD2导通VD1截止,通过电阻和给电容C充电,忽略二极管的动态电阻,充电时间常数近似为,使运放反相输入端电压由0逐渐上升,在时,保持不变。当时,立即从跃变为,同时从跃变为二极管导通,截止,电容C开始通过和放电,放电时间常数近似为,使运放反相输入端电压逐渐下降,在时,保持不变。当时,又从跃变为,电容C又开始充电,运放输出状态再次翻转。如此周而复始,电路产生了自激振荡,输出端输出矩形波信号2。图2所示电路利用二极管的单向导电性使电容充
12、、放电的通路不同,从而使它们的时间常数不同,实现了输出电压占空比的调节。图2矩形波发生器的输出电压幅值等于稳压管的稳压值,电路输出电压正、负幅度对称。振荡周期(2)占空比(3)由上述分析可知,调节电位器或可改变矩形波发生器的振荡频率及占空比。如果在图2中电容C处通过一只多路开关投入不同数值的电容,则可实现输出信号的频段控制。在低频范围(如10Hz10kHz)以内,对于固定频率来说,图2所示是一个很好振荡电路,矩形波发生器如图3所示。图2 矩形波发生器电路图3 矩形波信号发生器2.1.2 元件参数选择首先,为提高输出信号频率和占空比的调节范围并减小二极管的动态电阻对电路参数的影响,设计电路时和应
13、远大于。为使电路输出受频率影响较小的理想矩形波信号,电容和取值不宜过小,并选用具有高转换速率的运算放大器,同时为简化电路结构,可选用双集成运放LF353P,其转换速率()为13V/s。为减小对矩形波振荡电路输出信号的影响,设计幅值调节电路时应选用大阻值(可取100k)电压取样电位器。因电路为12V双电源供电,考虑到集成运放最大输出电压的限制,设计同相放大电路的电压放大倍数为2倍,时反馈电阻不宜过大或过小(可取10k)。2.1.3 Multisim10仿真分析在Multisim10中建立如图2所示的矩形波信号发生器,打开仿真开关,观察电路的起振过程,观察电路的起振过程、变化时电路输出波形的参数。
14、图4 当R5.、R6均为零时频率最高图5 当R5、.R6最大时频率最小该部分频率调节范围为1.7223.8kHz,即当R5、R6均为零(如图4所示)和当R5、R6最大时(如图5所示),电压幅值调节范围为010.5V。2.2 调制电路实现调频波解调的方法有很多,而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来实现鉴频,具有工作稳定,失真小,信噪比高等优点,所以被广泛用在通信电路系统中。锁相环的原理是先由鉴相器检测输入信号与输出信号的相位差,并将其转换为电压信号输出,接着用低通滤波器对该电压信号进行滤波后便形成压控振荡器的控制电压,并且这个电压信号还可以对振荡器输出信号的频率进行实时控制。该部分主要采用2FSK
15、的调制电路,其功能为数字基带信号经过调制输出一个模拟信号,最后采用Multisim软件进行仿真。2.2.1 锁相环基本原理很多电子设备想要正常工作,通常需要使外部的输入信号和内部的振荡信号同步,而利用锁相环路就可以实现该目的。锁相环路是一种反馈控制电路,所以简称锁相环(PLL)。锁相环的主要特点是:利用外部输入的参考信号来控制环路内部振荡信号的相位以及频率。因此锁相环在工作的过程中,当输出信号的频率和输入信号的频率相等时,输出电压和输入电压保持固定的相位差值,即输出电压与输入电压的相位已经被锁住。锁相环通常由三个部分组成分别是鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO),锁相环原理
16、的框图如图6所示。PDLFVCO图6 锁相环基本组成锁相环中的鉴相器是由模拟乘法器组成的,设从外界输入的信号电压以及压控振荡器输出的信号电压为(4)(5)式中的为电路的固有振荡角频率时,压控振荡器在输入控制电压为零或者为直流电压时的振荡角频率。则该模拟乘法器的输出电压为:(6)(7)上式中包括和频分量和差频分量,用低通滤波器LF将前者滤掉,后者作为压控振荡器的输入控制电压。即为: (8)式中的为输入信号的瞬时振荡角频率,和分别为输入信号与输出信号的瞬时相位,所以由相量的关系可以得到瞬时频率和瞬时相位之间的关系为:即则,瞬时的相位差为,;两边分别求微分,可以得到频率差的关系为:(9)若上式为零时
17、则说明此时锁相环已经进入了相位锁定状态,输出与输入信号的频率以及相位都保持不变,其中为恒定值。由压控振荡器的压控特性可以看出压控振荡器的振荡频率是以为中心的,随着输入信号电压的变化而发生变化。该特性的表达式为(10)上式说明了当与压控振荡器的振荡频率随着时间而变化时,说明锁相环已经进入了“频率牵引”,开始自动的跟踪捕捉输入信号的频率,此时锁相环便进入锁定状态,并保持=的状态不变。2.2.2 2FSK调制电路设计2FSK信号产生的方法一般有两种:直接调频法和频移键控法(如图7所示)。该文采用键控法产生2FSK信号,即用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出(如图8所示)。
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- 有线电视 高频 信号 模块 设计