2FSK调制解调电路设计

S(t) 2FSK 图3-1

直接调频法是频移键控通信方式早期采用的实现方法。其优点是调制方便，设备简单，得出的是2FSK信号，相位连续。

（2）键控法：即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。本课程设计采用键控法产生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3-2所示：

图 3-2

2FSK键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛，但设备要复杂些，得出的是2FSK信号，相位不连续。

实验采用开关法产生2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生的信号，故相邻码的相位不一定是连续的，数字基带信号以及2FSK调制信号如图3-3所示:

图 3-3

3.2、2FSK调制单元电路的设计

要将NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立的频率源的真的作为输出。键控法产生的FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过度频率，它的转换速度快，波形好。

3.2.1、模拟开关电路

输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到2FSK已调信号。如图3-4所示:

图 3-4 模拟开关

3.2.2、变频电路

变频电路是将输入的二进制数字基带信号通过控制载频转换成已调信号，即2FSK调制信号。电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生，经过开关K901、K902送入。两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关。其中LC选频电路函数：，选频网络如图3-5所示：

图3-5 变频电路图

3.3、2FSK调制的整体电路图的设计

图3-6 2FSK的Multisim调制仿真电路图

3.4、2FSK调制电路的仿真

图3-7 振荡电路输出波形

图3-8变频电路输出波形

图3-9 2FSK的仿真效果图

四. 2FSK解调电路的设计

4.1、锁相环的工作原理 1）、锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图4-1所示：

图4-1

鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：

式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压uD为： 2）、用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控

制电压uC（t）。即uC（t）为：

式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：

即

则，瞬时相位差θd为

对两边求微分，可得频差的关系式为

上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，uc（t）为恒定值。当上式不等于零时，说明锁相环的相位还未锁定，输入信号和输出信号的频率不等，uc（t）随时间而变。低通滤波器如图4-2所示：

图4-2 3）、压控振荡器的压控特性如图4-3所示，该特性说明压控振荡器的振荡频率ωu以ω0为中心，随输入信号电压uc（t）的变化而变化。该特性的表达式为

图4-3

上式说明当uc（t）随时间而变时，压控振荡器的振荡频率ωu也随时间而变，锁相环进入“频率牵引”，自动跟踪捕捉输入信号的频率，使锁相环进入锁定的状态，并保持ω0=ωi的状态不变。压控振荡器的电路图如图4-4所示：

图4-4

4.2、2FSK解调电路的设计原理

2FSK信号的解调是处于载波跟踪状态中。在载波跟踪状态中，环路只跟踪载波变化，输出一个未调制的载波。而2FSK信号是由两个载频f1、f2分别对0、1序列进行调制，其中心频率为f0。所以，解调时，只需对载波f0进行锁定，且两个频差均在捕获范围内，则可以顺利得出解调信号。

锁相环是实现相位同步的自动控制系统，为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法。锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。

鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差，并输出误差电压Ud 。Ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器（VCO）的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两

个输入信号间留有一定的相位差。Ud(t)经LF滤波，取出其中缓慢变化的直流或低频电压分量uC(t)作为控制电压。显然，uC(t)也将随着相位差的变动作相应变化。uC(t)加到VCO上，从而控制VCO的振荡频率，使ωo不断改变，ui(t)和uo(t)的相位差不断减小，直至锁相环路进入“锁定”状态。

4.3、2FSK解调电路的整体设计

2FSK解调电路的设计是采用锁相环进行解调，2FSK信号通过锁相环最终解调出数字基带信号。2FSK基于multisim仿真的解调电路的整体电路设计图如图4-5所示：

图4-5 2FSK的Multisim的解调仿真电路

4.4、2FSK解调电路的仿真

图4-6 2FSK的Multisim解调电路的仿真

五. 设计总结

通过这次对2FSK调制解调电路的设计，让我学到了很多新的知识，对自己的知识面有了很大的扩展，对各元器件的功能都有了进一步的了解，而且对Multisim的仿真软件的应用有了进一步的认识，很多模块的实用性功能对我们的专业知识的学习很有帮助。

本课程设计中调制电路采用的是键控法，而解调电路采用的是锁相环解调出数字基带信号。由于对课本的学习，了解了对2FSK调制解调的基本原理，因此对电路的设计有了基础的认识。但对各电路的分解的具体设计不是很清楚。通过查阅资料和自己的努力下最终设计出一个完整的2FSK调制解调电路。通过设计，让自己对整个过程的理解得更加彻底，同时在电路设计的过程中，我认真复习了很多相关的知识，尤其是在滤波电路和锁相环电路中各元件以及参数的设置，我们必须得明确。

这次设计进一步端了我的学习态度，学会了实事求是，严谨的作风，提高了动手能力。对自己要严格要求，不能够一知半解，要力求明明白白。急于求成是不好的，我有所感受。如果省略了那些必要的步骤，急于求成，不仅会浪费时间，还会适得其反。我觉得动手之前，头脑里必须清楚该怎么做，这一点是很重要的。就目前来说，我的动手能力虽然差一点，但我想，通过我的不懈努力，在这方面，我总会得到提高。这一点，我坚信。因为别人能做到的，