protel課程設(shè)計(jì)--模擬乘法器調(diào)幅電路

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 模擬乘法器電路的原理及設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)性質(zhì)1</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)目的1</p><p>　　1.3課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1</p><p>　　1.4課程設(shè)計(jì)基本原理1<

2、;/p><p>　　1.4.1基本原理：1</p><p>　　1.4.2集成模擬乘法器MC14962</p><p>　　1.4.3幅度調(diào)制5</p><p>　　1.4.4設(shè)計(jì)原理圖說明5</p><p>　　2 Protel繪制原理圖6</p><p>　　2.1模擬乘法器

3、調(diào)幅電路原理圖的繪制6</p><p>　　2.2Protel具體繪制步驟6</p><p>　　2.3模擬乘法器調(diào)幅電路元件布局10</p><p>　　2.4電路原理圖10</p><p>　　3 模擬乘法器調(diào)幅電路PCB制作11</p><p>　　3.1PCB簡要說明12</p>

4、<p><b>　　3.2封裝12</b></p><p>　　3.3布局與自動(dòng)布線13</p><p>　　3.4自動(dòng)布線結(jié)果：15</p><p>　　3.5設(shè)置敷銅16</p><p><b>　　4 總結(jié)體會(huì)18</b></p><p>

5、;<b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p>　　1 模擬乘法器電路的原理及設(shè)計(jì)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)性質(zhì) </b></p><p>　　綜合設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，本課程設(shè)計(jì)涉及的主要學(xué)科分支為通信電子線路。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)目的</b><

6、;/p><p>　　掌握用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)全載波 調(diào)幅、抑止載波雙邊帶調(diào)幅的方法。研究已調(diào)波與調(diào)制信號(hào)以及載波信號(hào)的關(guān)系。</p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比全載波調(diào)幅、抑止載波雙邊帶調(diào)幅波形。</p><p>　　了解并掌握模擬乘法器（MC1496）的工作原理，掌握調(diào)整與測量其特性參數(shù)的方法</p><p>　　熟悉并鞏固Protel軟件畫原理

7、圖，以及Multisum仿真軟件進(jìn)行仿真，獨(dú)立完整地設(shè)計(jì)一定功能的電子電路，以及仿真和調(diào)試等的綜合能力。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</b></p><p>　　繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖*.sch（自選）。可以涉及模擬、數(shù)字、高頻、單片機(jī)等等電路。</p><p>　　繪制電路原理圖相應(yīng)的雙面印刷版圖*.p

8、cb</p><p><b>　　。</b></p><p>　　本課設(shè)內(nèi)容與要求：主要利用MC1496設(shè)計(jì)幅度調(diào)制器，在已知電源電壓為 +12V和-12V下，工作頻率，設(shè)計(jì)幅度調(diào)制器，要求輸出功率：，效率</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)基本原理</b></p><p><b>　　

9、基本原理：</b></p><p>　　幅度調(diào)制就是載波的振幅（包絡(luò)）隨調(diào)制信號(hào)的參數(shù)變化而變化。本實(shí)驗(yàn)中載波是由實(shí)驗(yàn)箱的高頻信號(hào)源產(chǎn)生的10MHz高頻信號(hào)，利用DDS信號(hào)發(fā)生器輸出1KHz的低頻信號(hào)為調(diào)制信號(hào)。振幅調(diào)制器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)的裝置。</p><p>　　集成模擬乘法器MC1496</p><p>　　(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及圖形</p>

10、;<p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要采用集成芯片MC1496來實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制器的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中采用集成模擬乘法器MC1496來完成調(diào)幅作用，圖1.1為1496芯片內(nèi)部電路圖，它是一個(gè)四象限模擬乘法器的基本電路，電路采用了兩組差動(dòng)對(duì)由V1－V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對(duì)的恒流源又組成一對(duì)差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作。D、V7、V8為差動(dòng)放大器V5與V6的恒流源。進(jìn)行調(diào)幅時(shí)

11、，載波信號(hào)加在V1－V4的輸入端，即引腳的⑧、⑩之間；調(diào)制信號(hào)加在差動(dòng)放大器V5、V6的輸入端，即引腳的①、④之間，②、③腳外接1KΩ電位器，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，已調(diào)制信號(hào)取自雙差動(dòng)放大器的兩集電極（即引出腳⑹、⑿之間）輸出。</p><p>　　圖1.1 MC1496內(nèi)部電路圖</p><p>　　用MC1496集成電路構(gòu)成的調(diào)幅器電路圖如圖1.1所示，圖中VR8用來節(jié)引出腳①、④之

12、間的平衡，VR7用來調(diào)節(jié)⑤腳的偏置。器件采用雙電源供電方式（＋12V，－12V），電阻R29、R30、R31、R32、R52為器件提供靜態(tài)偏置電壓，保證器件內(nèi)部的各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)。調(diào)幅波的解調(diào)是調(diào)幅的逆過程，即從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)，通常稱之為檢波。調(diào)幅波解調(diào)方法主要有二極管峰值包絡(luò)檢波器，同步檢波器。本實(shí)驗(yàn)板上主要完成二極管包絡(luò)檢波。二極管包絡(luò)檢波器主要用于解調(diào)含有較大載波分量的大信號(hào)，它具有電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)電

13、路如圖所示，主要由二極管D7及RC低通濾波器組成，利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程實(shí)現(xiàn)檢波.所以RC時(shí)間常數(shù)的選擇很重要，RC時(shí)間常數(shù)過大，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)角切割失真又稱惰性失真。RC常數(shù)太小，高頻分量會(huì)濾不干凈.綜合考慮要求滿足下式：</p><p>　　其中：ma為調(diào)幅系數(shù)，Ωmax為調(diào)制信號(hào)最高角頻率。</p><p>　　當(dāng)檢波器的直流負(fù)載電阻R與交流音頻負(fù)載電阻RΩ不

14、相等，而且調(diào)幅度 又相當(dāng)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)峰切割失真（又稱底邊切割失真），為了保證不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真應(yīng)滿足：</p><p>　　(2)模擬乘法器調(diào)幅電路原理</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用雙平衡四象限模擬乘法器電路進(jìn)行振幅調(diào)制，電路參考了集成模擬芯片MC1496的內(nèi)部電路（圖1.2），其原理簡單說明如下：Q1,Q2,Q3,Q4組成雙差分放大器集電極電阻由外接電阻于JO6與JO12提供。Q5,Q

15、6組成的單差分放大電路用于激勵(lì)Q1~Q4。Q7,Q8及其偏置電路構(gòu)成恒流源電路。JO8與JO10接輸入電壓Vx，JO1與JO4接另一輸入電壓Vy，輸出電壓Vo從JO6和JO12輸出。JO2與JO3外接電阻RE，對(duì)差分放大器Q5，Q6產(chǎn)生電流負(fù)反饋，可調(diào)節(jié)乘法器的信號(hào)增益，擴(kuò)展輸入電壓Vy的線性動(dòng)態(tài)范圍。JO14為負(fù)電源端（雙電源供電）或接地端（單電源供電），JO5外接電阻R5用來調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流I0的值。</p>

16、<p>　　圖1.2 MC1496原理圖</p><p>　　(3)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置</p><p>　　靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集-基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對(duì)于圖1.1所示的內(nèi)部電路，在應(yīng)用時(shí)，靜態(tài)偏置電壓應(yīng)滿足下列關(guān)系：</p><p>　　V8 = V1

17、0 V1 = V4 V6 = V12</p><p>　　15V ≥ (V6-V8) ≥ 2V </p><p>　　15V ≥ (V8-V1) ≥ 2.7V </p><p>　　15V ≥ (V1-V4) ≥ 2

18、.7V </p><p>　　一般情況下，晶體管的基極電流很小。對(duì)于圖1.2，三對(duì)差分放大器的基極電流I8,I10,I1和I4可以忽略不計(jì)，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源I0的值確定。當(dāng)單電源供電時(shí)，引腳JO14接地，JO5通過一電阻接的正電源（典型值為+12V），由于I0是I5的鏡像電流，所以改變電阻R5可以調(diào)節(jié)I0的大小。</p><p

19、>　　當(dāng)器件為雙電源工作時(shí)，JO14接負(fù)電源（一般接-8V），JO5通過電阻R5接地，因此，改變R5也可以調(diào)節(jié)I0的大小，依據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流小于4mA，一般取I0=I5=1mA左右。</p><p><b>　　幅度調(diào)制</b></p><p>　　振幅調(diào)制就是使載波信號(hào)的振幅隨信號(hào)的變化規(guī)律而變化的技術(shù)。通常載波信號(hào)為高頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)

20、為低頻信號(hào)。幅度調(diào)制也是是正弦波或脈沖序列的幅度隨調(diào)制信號(hào)線形變化的過程。調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為：</p><p>　　其中為外加直流，表示調(diào)制信號(hào)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理圖說明</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用圖1.3的原理圖，載波信號(hào)Um經(jīng)高頻耦合電容C2從JO10輸入，C1為高頻旁路電容，使JO8接地。調(diào)制信號(hào)Us經(jīng)低頻耦

21、合電容C3從JO1輸入，C5為低頻旁路電容，使JO4接地。調(diào)幅信號(hào)Uo從JO12與JO6后經(jīng)一電壓跟隨器變?yōu)閱味诵盘?hào)后輸出。器件采用雙電源供電方式，所以JO5的偏置電阻R5接地， JO2與JO3之間接入負(fù)反饋電阻R14，以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)的線性動(dòng)態(tài)范圍，R14增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。R11，R12與電位器R16組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變R16可以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。</p><

22、;p><b>　　圖1.3設(shè)計(jì)原理圖</b></p><p>　　2 Protel繪制原理圖</p><p>　　模擬乘法器調(diào)幅電路原理圖的繪制</p><p>　　Protel的原理圖繪制是十分方便的，首先要新建一個(gè)工程，將所需的文件都保存在工程里，工程是在繪制完原理圖后進(jìn)行仿真以及pcb板制作的基礎(chǔ)，否則會(huì)產(chǎn)生仿真錯(cuò)誤以及無法由原理圖

23、將原件導(dǎo)入pcb中，新建工程的類型選擇為PCB project。</p><p>　　Protel自帶了豐富的元件庫，可以很方便的繪制原理圖，并且還提供了一些專門用于仿真的元件庫，包括一些常用的元器件的仿真模型以及一些常用的信號(hào)源（包括正弦，方波，指數(shù)，受控源）和一些常用的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，可以很方便的用于仿真。</p><p>　　Protel具體繪制步驟</p><p&

24、gt;　　打開protel然后依次選File→New→Project→PCB Project，然后將工程保存。</p><p>　　新建原理圖，在菜單中選File→New→Schematic或?qū)こ逃益I選擇給工程添加新的Schematic新建一張?jiān)韴D，保存后便可開始繪制原理圖。</p><p>　　圖2.1 新建原理圖</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)交叉報(bào)表統(tǒng)計(jì)所需元

25、器件，在Protel中Reports→Cross reference生成。</p><p>　　表 2.1 元件清單表</p><p>　　繪制原理圖，首先要添加所需的元件庫，具體做法是，打開右側(cè)浮動(dòng)面板中的Library，然后單擊libraries，在彈出對(duì)話框中單擊installs選擇相應(yīng)的元件庫即可完成安裝。</p><p>　　圖2.2 添加刪除元件庫對(duì)

26、話框</p><p>　　在繪制原理圖時(shí)元件的標(biāo)號(hào)默認(rèn)是加“？”的，繪制過程中需要修改，可以采用放置歷史元件的方法對(duì)元件自動(dòng)編號(hào)。將Designator后修改為所需的起始編號(hào)，放元件時(shí)會(huì)隨元件數(shù)目增加，標(biāo)號(hào)也會(huì)自動(dòng)增加。</p><p><b>　　圖2.3 查找元件</b></p><p>　　圖2.4 放置元件對(duì)話框</p>

27、<p>　　為增加原理圖的可讀性和方便仿真，一般要對(duì)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，通過菜單中的Place→Net Label（也可用工具欄的快捷按鈕）進(jìn)行添加，雙擊相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)可對(duì)其做必要的修改。</p><p>　　MC1496中部分三極管采用反極性連接方式，需要如圖雙擊元件勾選“鏡像”。</p><p><b>　　圖2.5 鏡像設(shè)置</b></p>

28、;<p>　　模擬乘法器調(diào)幅電路元件布局</p><p>　　根據(jù)元件清單進(jìn)行元件布局如圖：</p><p>　　圖2.6 模擬乘法器調(diào)幅電路元件布局圖</p><p><b>　　電路原理圖</b></p><p>　　載波信號(hào)Um經(jīng)高頻耦合電容C2從JO10輸入，C1為高頻旁路電容，使JO8接地。調(diào)制信

29、號(hào)Us經(jīng)低頻耦合電容C3從JO1輸入，C5為低頻旁路電容，使JO4接地。調(diào)幅信號(hào)Uo從JO12與JO6后經(jīng)一電壓跟隨器變?yōu)閱味诵盘?hào)后輸出。器件采用雙電源供電方式，所以JO5的偏置電阻R5接地， JO2與JO3之間接入負(fù)反饋電阻R14，以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)的線性動(dòng)態(tài)范圍，R14增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。R11，R12與電位器R16組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變R16可以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。</p&g

30、t;<p>　　本次模擬乘法器調(diào)幅電路用到的MC1496集成電路在protel中并沒有提供仿真模型，而MC1496的內(nèi)部基本原理有較為簡單，因而采用了依據(jù)其內(nèi)部基本原理用分立元件搭建MC1496乘法器的方法設(shè)計(jì)的該調(diào)幅電路。在乘法器的輸出采用了以受控電壓源將雙端輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱味溯敵觯唧w電路如圖2.6所示（圖2.7同理）：</p><p>　　圖2.7 Protel設(shè)計(jì)原理圖(1)</p&g

31、t;<p>　　圖2.8 Protel設(shè)計(jì)原理圖(2)</p><p>　　3 模擬乘法器調(diào)幅電路PCB制作</p><p><b>　　PCB簡要說明</b></p><p>　　Protel提供了非常強(qiáng)大的PCB電路板的繪制功能，可以通過原理圖直接經(jīng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)表生成PCB，Protel還提供了非常強(qiáng)大的自動(dòng)布局與自動(dòng)布線功能，并且

32、用戶有更多的選擇余地，例如，在自動(dòng)布局中有最短連線，最小板面積兩種布局方式，并且每種方式還有其他的參數(shù)選擇，在自動(dòng)布線上，Protel提供了布線規(guī)則的設(shè)置，可以設(shè)置布線的寬度、方向，布線的優(yōu)先級(jí)，布線速度與過孔數(shù)目之間的衡量等多種選項(xiàng)。</p><p>　　雖然通過Protel的自動(dòng)布局和自動(dòng)布線功能十分方便，但在自動(dòng)布局方面有時(shí)人不十分理想，尤其是在涉及高頻時(shí)，在對(duì)元件的擺放有特別的限制是，自動(dòng)布局的效果往往不

33、是很理想，因而一般以自動(dòng)布局為參考，適當(dāng)?shù)氖止じ哪承┰臄[放位置的設(shè)計(jì)方式。</p><p><b>　　封裝</b></p><p>　　在進(jìn)行PCB的制作前，必須對(duì)原理圖中的元器件進(jìn)行封裝。點(diǎn)擊工具→封裝管理器，對(duì)元件進(jìn)行如圖3.1所示封裝。</p><p><b>　　圖3.1 封裝設(shè)置</b></p>

34、;<p><b>　　布局與自動(dòng)布線</b></p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)所涉及的元件數(shù)目較少，因而采用手動(dòng)布局的方式(設(shè)計(jì)→Update)，對(duì)于板子形狀選取，點(diǎn)擊設(shè)計(jì)→重新定義板子外形，如圖3.2，手動(dòng)布局結(jié)果如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.2 定義板子外形</p><p>　　圖3.3 手動(dòng)布局結(jié)果</p

35、><p>　　手動(dòng)布局結(jié)束后，采用自動(dòng)布線器進(jìn)行布線。</p><p>　　設(shè)置自動(dòng)布線規(guī)則，在菜單中選擇Auto Route→All，在對(duì)話框中選擇編輯規(guī)則，在彈出對(duì)話框（圖3.4）中修改Width的布線規(guī)則完成布線。</p><p>　　圖3.4 布線規(guī)則設(shè)置對(duì)話框</p><p><b>　　自動(dòng)布線結(jié)果：</b>&l

36、t;/p><p>　　圖3.5 自動(dòng)布線結(jié)果</p><p>　　圖3.6 自動(dòng)布線頂層效果</p><p>　　圖3.7 自動(dòng)布線底層效果</p><p><b>　　設(shè)置敷銅</b></p><p>　　敷銅主要是為了提高電路板的抗干擾能力，由于電路板上的電路的工作頻率較高，電磁干擾較強(qiáng)，如果不進(jìn)

37、行接地線敷銅操作，那么整個(gè)電路板的接地面積過小，將導(dǎo)致整個(gè)電路板的地電平不穩(wěn)定，噪聲很大，容易產(chǎn)生干擾信號(hào)，從而導(dǎo)致電路板無法正常工作。</p><p>　　在Protel中放置敷銅也非常簡單，從菜單中的Place→Polygon Pour在彈出對(duì)話框中進(jìn)行敷銅設(shè)置，將敷銅放在底層，與GND網(wǎng)路相連，去除死銅。</p><p>　　圖3.8 敷銅設(shè)置對(duì)話框</p><p

38、><b>　　敷銅效果：</b></p><p>　　圖3.9 敷銅效果圖</p><p><b>　　4總結(jié)體會(huì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要是針對(duì)于Protel軟件進(jìn)行的，與以往的課程設(shè)計(jì)有所不同，此次接到設(shè)計(jì)題目之后不僅要查相關(guān)的電路設(shè)計(jì)資料，還要學(xué)習(xí)Protel軟件的操作，設(shè)計(jì)原理圖的設(shè)計(jì)以及

39、PCB板的制作，雖然之前也接觸過一些相關(guān)工具，但是對(duì)于Protel并不是很了解，通過這次課設(shè)，我對(duì)Protel有了一定程度的了解，能夠利用該軟件進(jìn)行一些電路的原理圖的設(shè)計(jì)并利用它來繪制PCB板，從剛開始對(duì)于Protel幾乎一無所知到現(xiàn)在能夠利用該軟件的基本功能，我在這個(gè)過程中收獲很多。當(dāng)然要想充分利用該軟件的各種功能，我還需要不斷地學(xué)習(xí)。</p><p>　　關(guān)于模擬乘法器，雖然之前在模電書上學(xué)過，并對(duì)其應(yīng)用有簡

40、單的了解，但在此次設(shè)計(jì)中仍然遇到不少的問題，在設(shè)計(jì)電路上也遇到不少的問題，但通過查閱各種資源，最終確定了原理圖，確定原理圖之后，在原理圖的繪制上遇到了一些問題，許多不常見的元件很難尋找，比如ESRC在simulation sources中，還有封裝時(shí)MC1496應(yīng)該選擇dip-14。而仿真部分對(duì)于電源參數(shù)設(shè)置比較重要，一旦設(shè)置錯(cuò)誤將會(huì)失敗，但是由于部分原因并未進(jìn)行仿真。通過不斷地思考與查閱資料對(duì)于部分屬性設(shè)置方面也有了一定的了解，比如設(shè)

41、置鏡像，只要雙擊元件勾選相應(yīng)的鏡像選項(xiàng)即可。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了Protel 的使用，完成了課程設(shè)計(jì)，收獲頗多。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].王衛(wèi)東. 高頻電子電路 電子工業(yè)出版社,2011年</p><p>　　[2].程昱. 精通Protel

42、 電路設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社,2004年</p><p>　　[3].傅豐林. 低頻電子線路 高等教育出版社,2011年</p><p>　　[4].韓曉東. Protel 電路設(shè)計(jì)入門與應(yīng)用 中國鐵道出版社,2004年</p><p>　　[5].谷樹忠,閆勝利. Protel 2004實(shí)用教程 電子工業(yè)出版社，2005年</p><p>