一種接收機AFC電路的設計與實現
2014-04-18 18:24:45董茂林周鵬王傳剛
現代電子技術 2014年7期
董茂林+周鵬+王傳剛
摘 要： 針對AFC電路在接收機信號處理電路中的重要性，設計實現了一種基于MC1590的AFC電路。該電路在反饋回路中通過鑒頻器取樣控制VCO產生的本振信號，使輸出的中頻信號頻率穩定，具有輸出穩定、失真度小、帶負載能力強等優點，滿足了接收機信號處理的使用要求。
關鍵詞： 混頻器； 鑒頻器； 壓控振蕩器； 取樣反饋電路
中圖分類號： TN773?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0071?02
Design and implementation of a receiver circuit with AFC
DONG Mao?lin， ZHOU Peng， WANG Chuan?gang
（Navy Aeronautical Engineering College Qingdao Branch， Qingdao 266041， China）
Abstract： For the importance of AFC in data processing of receiver， an AFC circuit based on MC1590 is designed and implemented. The vibration signals generated by VCO is controlled through the discriminator sampling in the feedback loop， which makes the intermediate frequency signal stable， and has the advantages of output stable， small distortion， strong load capacity， can meet the use requirements of the receiver signal processing.
Keywords： mixer； discriminator； VCO； sampling feedback circuit
0 引 言
接收機要獲取有用信號，通常是將接收信號經過射頻放大、混頻，將射頻信號變成固定的中頻信號后，對接收信號進行解調處理，得到有用信號。在解調過程中需要對接收信號的頻率進行跟蹤與鎖定，現實應用中常常通過AFC電路來實現。AFC電路的作用主要是完成頻率的自動微調功能，以抵消外來信號的頻率漂移對解調電路的影響，被廣泛應用于重要穩頻或鎖相的電路中。本文介紹了一種基于MC1590的接收機AFC電路。
1 整體結構設計
接收機回路中用于變頻、穩頻的AFC電路通常由混頻模塊、鑒頻模塊、本振模塊三部分組成。混頻模塊將信號頻率變換到指定頻率。鑒頻模塊判斷信號頻率與指定頻率是否有頻差，若存在頻差，鑒頻模塊將產生一個與頻差成正比的電壓，通過該電壓控制本振模塊，使本振模塊產生的本振信號發生相應地變化，從而使AFC電路輸出信號頻率穩定于指定頻率，由此實現了AFC電路的穩頻輸出。AFC電路整體結構設計框圖如圖1所示。
圖1 AFC電路整體結構設計框圖
2 混頻模塊設計
混頻模塊采用MC1590及其附屬電路構成。MC1590是一種中頻放大器，最高工作頻率為150 MHz，具有高效自動增益控制的特點，它采用8腳金屬圓管殼封裝，封裝形式如圖2所示。
圖2 MC1590封裝形式
MC1590用作混頻器，混頻器原理電路圖如圖3所示。當把本振信號加到自動增益控制端（2腳），輸入信號加在輸入端時，就會在輸出端產生差頻信號。圖3所示電路除了有很高的混頻增益外，還在信號源和本機振蕩電路之間提供了良好的隔離。
圖3 混頻器原理電路圖
3 鑒頻模塊設計
為了保證輸出信號的頻率穩定可靠，同時又針對該電路對非線性失真和噪聲門限要求低而對零點漂移要求較高的特點，鑒頻模塊選用了平衡雙失諧回路斜率鑒頻器。平衡雙失諧回路斜率鑒頻器在回路失諧時諧振特性曲線較好，鑒頻特性的線性較好，可以保證調頻信號的瞬時頻率發生變化時，在負載上可得到與調制信號變化規律相同的輸出。平衡雙失諧回路斜率鑒頻器電路如圖4所示，圖4中[V1、][V2]構成放大電路， [L1、][C5]和[L2、][C6]構成諧振回路，二極管[VD1、][VD2]作為檢波器件。
圖4 鑒頻器原理電路圖
輸入信號[Ui]同時加到兩個共基放大器的發射極。晶體管輸出端并聯回路[L1C1]的諧振頻率分別為[f01]和[f02，]它們各自失諧于輸入信號中心頻率[f0]的兩側，且與[f0]的失諧間隔相等即：
[f01=f0+Δf0 f02=f0-Δf0]
平衡雙失諧回路斜率鑒頻器電路的兩個回路的參數是相同的，使兩個回路的幅頻特性和失諧量都是對稱相等的，檢波器[VD1、][VD2]輸出電壓中的直流分量和偶次項分量相互抵消，使線性鑒頻范圍擴大，在[f0]附近可得到線性較好的鑒頻特性曲線，如圖5所示。
4 本振模塊設計
本振模塊是一種由負阻器件和諧振回路組成的負阻型壓控振蕩器電路，利用V5，V6管的負跨導補償振蕩中的電路損耗，使諧振回路能夠穩定振蕩，同時通過Vr控制變容二極管電容使本振模塊的振蕩頻率發生變化，從而使混頻模塊輸出的差頻信號頻率保持穩定。原理電路圖如圖6所示。
圖5 鑒頻器特性曲線
圖6 壓控振蕩器原理電路圖
5 結 論
該設計保證了接收機中頻信號的頻率穩定，方便了有用信息的解調獲取，提高了接收機的接收靈敏度，主要具有以下優點：
（1） 采用MC1590作混頻器，混頻增益高，帶負載能力強。
（2） 采用平衡雙失諧回路斜率鑒頻器非線性失真小，噪聲門限低。
（3） 壓控振蕩器采用差分形式交叉耦合電路結構實現，通過射極跟隨器與外部電路相接時，消除了外部電路的影響，保證了混頻器輸出的中頻信號更加穩定。
參考文獻
[1] 凌云志.一種高靈敏度TD?LTE通信接收機設計[J].微波學報，2012（6）：84?88.
[2] 杜福鵬.混頻器設計方法與實現[J].工業計量，2012（5）：15?16.
[3] 張銀行，宋志國，鄧小飛.低電壓高增益下變頻混頻器設計[J]. 微計算機信息，2012（9）：32?36.
[4] 周志宇.低頻接收機自動增益控制電路的分析與設計[J].艦船電子工程，2011，31（5）：98?100.
[5] 王迎棟.基于CMOS模擬開關實現平衡混頻器[J].計算機與網絡，2012（15）：70?72.
[6] 孫敏.一種多頻帶高線性度CMOS單邊帶混頻器[J].半導體技術，2011（6）：455?458.
[7] 魏志強，劉祖深，黃武，等.低成本高性能混合頻率合成器的設計[J].電子測量技術，2011（8）：10?12.
[8] 李曉磊.CMOS有源混頻器噪聲的分析與仿真[J].微電子學， 2011，41（2）：315?318.
[9] 朱志平.壓控振蕩器中振蕩電路的設計[J].渭南師范學院學報，2011（10）：71?74.
[10] 邢立冬，蔣林.一種中心頻率可調的VCO電路設計[J].微電子學與計算機，2011（4）：21?25.
摘 要： 針對AFC電路在接收機信號處理電路中的重要性，設計實現了一種基于MC1590的AFC電路。該電路在反饋回路中通過鑒頻器取樣控制VCO產生的本振信號，使輸出的中頻信號頻率穩定，具有輸出穩定、失真度小、帶負載能力強等優點，滿足了接收機信號處理的使用要求。
關鍵詞： 混頻器； 鑒頻器； 壓控振蕩器； 取樣反饋電路
中圖分類號： TN773?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0071?02
Design and implementation of a receiver circuit with AFC
DONG Mao?lin， ZHOU Peng， WANG Chuan?gang
（Navy Aeronautical Engineering College Qingdao Branch， Qingdao 266041， China）
Abstract： For the importance of AFC in data processing of receiver， an AFC circuit based on MC1590 is designed and implemented. The vibration signals generated by VCO is controlled through the discriminator sampling in the feedback loop， which makes the intermediate frequency signal stable， and has the advantages of output stable， small distortion， strong load capacity， can meet the use requirements of the receiver signal processing.
Keywords： mixer； discriminator； VCO； sampling feedback circuit
0 引 言
接收機要獲取有用信號，通常是將接收信號經過射頻放大、混頻，將射頻信號變成固定的中頻信號后，對接收信號進行解調處理，得到有用信號。在解調過程中需要對接收信號的頻率進行跟蹤與鎖定，現實應用中常常通過AFC電路來實現。AFC電路的作用主要是完成頻率的自動微調功能，以抵消外來信號的頻率漂移對解調電路的影響，被廣泛應用于重要穩頻或鎖相的電路中。本文介紹了一種基于MC1590的接收機AFC電路。
1 整體結構設計
接收機回路中用于變頻、穩頻的AFC電路通常由混頻模塊、鑒頻模塊、本振模塊三部分組成。混頻模塊將信號頻率變換到指定頻率。鑒頻模塊判斷信號頻率與指定頻率是否有頻差，若存在頻差，鑒頻模塊將產生一個與頻差成正比的電壓，通過該電壓控制本振模塊，使本振模塊產生的本振信號發生相應地變化，從而使AFC電路輸出信號頻率穩定于指定頻率，由此實現了AFC電路的穩頻輸出。AFC電路整體結構設計框圖如圖1所示。
圖1 AFC電路整體結構設計框圖
2 混頻模塊設計
混頻模塊采用MC1590及其附屬電路構成。MC1590是一種中頻放大器，最高工作頻率為150 MHz，具有高效自動增益控制的特點，它采用8腳金屬圓管殼封裝，封裝形式如圖2所示。
圖2 MC1590封裝形式
MC1590用作混頻器，混頻器原理電路圖如圖3所示。當把本振信號加到自動增益控制端（2腳），輸入信號加在輸入端時，就會在輸出端產生差頻信號。圖3所示電路除了有很高的混頻增益外，還在信號源和本機振蕩電路之間提供了良好的隔離。
圖3 混頻器原理電路圖
3 鑒頻模塊設計
為了保證輸出信號的頻率穩定可靠，同時又針對該電路對非線性失真和噪聲門限要求低而對零點漂移要求較高的特點，鑒頻模塊選用了平衡雙失諧回路斜率鑒頻器。平衡雙失諧回路斜率鑒頻器在回路失諧時諧振特性曲線較好，鑒頻特性的線性較好，可以保證調頻信號的瞬時頻率發生變化時，在負載上可得到與調制信號變化規律相同的輸出。平衡雙失諧回路斜率鑒頻器電路如圖4所示，圖4中[V1、][V2]構成放大電路， [L1、][C5]和[L2、][C6]構成諧振回路，二極管[VD1、][VD2]作為檢波器件。
圖4 鑒頻器原理電路圖
輸入信號[Ui]同時加到兩個共基放大器的發射極。晶體管輸出端并聯回路[L1C1]的諧振頻率分別為[f01]和[f02，]它們各自失諧于輸入信號中心頻率[f0]的兩側，且與[f0]的失諧間隔相等即：
[f01=f0+Δf0 f02=f0-Δf0]
平衡雙失諧回路斜率鑒頻器電路的兩個回路的參數是相同的，使兩個回路的幅頻特性和失諧量都是對稱相等的，檢波器[VD1、][VD2]輸出電壓中的直流分量和偶次項分量相互抵消，使線性鑒頻范圍擴大，在[f0]附近可得到線性較好的鑒頻特性曲線，如圖5所示。
4 本振模塊設計
本振模塊是一種由負阻器件和諧振回路組成的負阻型壓控振蕩器電路，利用V5，V6管的負跨導補償振蕩中的電路損耗，使諧振回路能夠穩定振蕩，同時通過Vr控制變容二極管電容使本振模塊的振蕩頻率發生變化，從而使混頻模塊輸出的差頻信號頻率保持穩定。原理電路圖如圖6所示。
圖5 鑒頻器特性曲線
圖6 壓控振蕩器原理電路圖
5 結 論
該設計保證了接收機中頻信號的頻率穩定，方便了有用信息的解調獲取，提高了接收機的接收靈敏度，主要具有以下優點：
（1） 采用MC1590作混頻器，混頻增益高，帶負載能力強。
（2） 采用平衡雙失諧回路斜率鑒頻器非線性失真小，噪聲門限低。
（3） 壓控振蕩器采用差分形式交叉耦合電路結構實現，通過射極跟隨器與外部電路相接時，消除了外部電路的影響，保證了混頻器輸出的中頻信號更加穩定。
參考文獻
[1] 凌云志.一種高靈敏度TD?LTE通信接收機設計[J].微波學報，2012（6）：84?88.
[2] 杜福鵬.混頻器設計方法與實現[J].工業計量，2012（5）：15?16.
[3] 張銀行，宋志國，鄧小飛.低電壓高增益下變頻混頻器設計[J]. 微計算機信息，2012（9）：32?36.
[4] 周志宇.低頻接收機自動增益控制電路的分析與設計[J].艦船電子工程，2011，31（5）：98?100.
[5] 王迎棟.基于CMOS模擬開關實現平衡混頻器[J].計算機與網絡，2012（15）：70?72.
[6] 孫敏.一種多頻帶高線性度CMOS單邊帶混頻器[J].半導體技術，2011（6）：455?458.
[7] 魏志強，劉祖深，黃武，等.低成本高性能混合頻率合成器的設計[J].電子測量技術，2011（8）：10?12.
[8] 李曉磊.CMOS有源混頻器噪聲的分析與仿真[J].微電子學， 2011，41（2）：315?318.
[9] 朱志平.壓控振蕩器中振蕩電路的設計[J].渭南師范學院學報，2011（10）：71?74.
[10] 邢立冬，蔣林.一種中心頻率可調的VCO電路設計[J].微電子學與計算機，2011（4）：21?25.
摘 要： 針對AFC電路在接收機信號處理電路中的重要性，設計實現了一種基于MC1590的AFC電路。該電路在反饋回路中通過鑒頻器取樣控制VCO產生的本振信號，使輸出的中頻信號頻率穩定，具有輸出穩定、失真度小、帶負載能力強等優點，滿足了接收機信號處理的使用要求。
關鍵詞： 混頻器； 鑒頻器； 壓控振蕩器； 取樣反饋電路
中圖分類號： TN773?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0071?02
Design and implementation of a receiver circuit with AFC
DONG Mao?lin， ZHOU Peng， WANG Chuan?gang
（Navy Aeronautical Engineering College Qingdao Branch， Qingdao 266041， China）
Abstract： For the importance of AFC in data processing of receiver， an AFC circuit based on MC1590 is designed and implemented. The vibration signals generated by VCO is controlled through the discriminator sampling in the feedback loop， which makes the intermediate frequency signal stable， and has the advantages of output stable， small distortion， strong load capacity， can meet the use requirements of the receiver signal processing.
Keywords： mixer； discriminator； VCO； sampling feedback circuit
0 引 言
接收機要獲取有用信號，通常是將接收信號經過射頻放大、混頻，將射頻信號變成固定的中頻信號后，對接收信號進行解調處理，得到有用信號。在解調過程中需要對接收信號的頻率進行跟蹤與鎖定，現實應用中常常通過AFC電路來實現。AFC電路的作用主要是完成頻率的自動微調功能，以抵消外來信號的頻率漂移對解調電路的影響，被廣泛應用于重要穩頻或鎖相的電路中。本文介紹了一種基于MC1590的接收機AFC電路。
1 整體結構設計
接收機回路中用于變頻、穩頻的AFC電路通常由混頻模塊、鑒頻模塊、本振模塊三部分組成。混頻模塊將信號頻率變換到指定頻率。鑒頻模塊判斷信號頻率與指定頻率是否有頻差，若存在頻差，鑒頻模塊將產生一個與頻差成正比的電壓，通過該電壓控制本振模塊，使本振模塊產生的本振信號發生相應地變化，從而使AFC電路輸出信號頻率穩定于指定頻率，由此實現了AFC電路的穩頻輸出。AFC電路整體結構設計框圖如圖1所示。
圖1 AFC電路整體結構設計框圖
2 混頻模塊設計
混頻模塊采用MC1590及其附屬電路構成。MC1590是一種中頻放大器，最高工作頻率為150 MHz，具有高效自動增益控制的特點，它采用8腳金屬圓管殼封裝，封裝形式如圖2所示。
圖2 MC1590封裝形式
MC1590用作混頻器，混頻器原理電路圖如圖3所示。當把本振信號加到自動增益控制端（2腳），輸入信號加在輸入端時，就會在輸出端產生差頻信號。圖3所示電路除了有很高的混頻增益外，還在信號源和本機振蕩電路之間提供了良好的隔離。
圖3 混頻器原理電路圖
3 鑒頻模塊設計
為了保證輸出信號的頻率穩定可靠，同時又針對該電路對非線性失真和噪聲門限要求低而對零點漂移要求較高的特點，鑒頻模塊選用了平衡雙失諧回路斜率鑒頻器。平衡雙失諧回路斜率鑒頻器在回路失諧時諧振特性曲線較好，鑒頻特性的線性較好，可以保證調頻信號的瞬時頻率發生變化時，在負載上可得到與調制信號變化規律相同的輸出。平衡雙失諧回路斜率鑒頻器電路如圖4所示，圖4中[V1、][V2]構成放大電路， [L1、][C5]和[L2、][C6]構成諧振回路，二極管[VD1、][VD2]作為檢波器件。
圖4 鑒頻器原理電路圖
輸入信號[Ui]同時加到兩個共基放大器的發射極。晶體管輸出端并聯回路[L1C1]的諧振頻率分別為[f01]和[f02，]它們各自失諧于輸入信號中心頻率[f0]的兩側，且與[f0]的失諧間隔相等即：
[f01=f0+Δf0 f02=f0-Δf0]
平衡雙失諧回路斜率鑒頻器電路的兩個回路的參數是相同的，使兩個回路的幅頻特性和失諧量都是對稱相等的，檢波器[VD1、][VD2]輸出電壓中的直流分量和偶次項分量相互抵消，使線性鑒頻范圍擴大，在[f0]附近可得到線性較好的鑒頻特性曲線，如圖5所示。
4 本振模塊設計
本振模塊是一種由負阻器件和諧振回路組成的負阻型壓控振蕩器電路，利用V5，V6管的負跨導補償振蕩中的電路損耗，使諧振回路能夠穩定振蕩，同時通過Vr控制變容二極管電容使本振模塊的振蕩頻率發生變化，從而使混頻模塊輸出的差頻信號頻率保持穩定。原理電路圖如圖6所示。
圖5 鑒頻器特性曲線
圖6 壓控振蕩器原理電路圖
5 結 論
該設計保證了接收機中頻信號的頻率穩定，方便了有用信息的解調獲取，提高了接收機的接收靈敏度，主要具有以下優點：
（1） 采用MC1590作混頻器，混頻增益高，帶負載能力強。
（2） 采用平衡雙失諧回路斜率鑒頻器非線性失真小，噪聲門限低。
（3） 壓控振蕩器采用差分形式交叉耦合電路結構實現，通過射極跟隨器與外部電路相接時，消除了外部電路的影響，保證了混頻器輸出的中頻信號更加穩定。
參考文獻
[1] 凌云志.一種高靈敏度TD?LTE通信接收機設計[J].微波學報，2012（6）：84?88.
[2] 杜福鵬.混頻器設計方法與實現[J].工業計量，2012（5）：15?16.
[3] 張銀行，宋志國，鄧小飛.低電壓高增益下變頻混頻器設計[J]. 微計算機信息，2012（9）：32?36.
[4] 周志宇.低頻接收機自動增益控制電路的分析與設計[J].艦船電子工程，2011，31（5）：98?100.
[5] 王迎棟.基于CMOS模擬開關實現平衡混頻器[J].計算機與網絡，2012（15）：70?72.
[6] 孫敏.一種多頻帶高線性度CMOS單邊帶混頻器[J].半導體技術，2011（6）：455?458.
[7] 魏志強，劉祖深，黃武，等.低成本高性能混合頻率合成器的設計[J].電子測量技術，2011（8）：10?12.
[8] 李曉磊.CMOS有源混頻器噪聲的分析與仿真[J].微電子學， 2011，41（2）：315?318.
[9] 朱志平.壓控振蕩器中振蕩電路的設計[J].渭南師范學院學報，2011（10）：71?74.
[10] 邢立冬，蔣林.一種中心頻率可調的VCO電路設計[J].微電子學與計算機，2011（4）：21?25.
