protel課程設計--模擬乘法器調幅電路

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 模擬乘法器電路的原理及設計1</p><p>　　1.1課程設計性質1</p><p>　　1.2課程設計目的1</p><p>　　1.3課程設計內容及要求1</p><p>　　1.4課程設計基本原理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幅度調制5</p><p>　　1.4.4設計原理圖說明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布局與自動布線13</p><p>　　3.4自動布線結果：15</p><p>　　3.5設置敷銅16</p><p><b>　　4 總結體會18</b></p><p>

5、;<b>　　參考文獻19</b></p><p>　　1 模擬乘法器電路的原理及設計</p><p><b>　　課程設計性質 </b></p><p>　　綜合設計性試驗，本課程設計涉及的主要學科分支為通信電子線路。</p><p><b>　　課程設計目的</b><

6、;/p><p>　　掌握用集成模擬乘法器實現(xiàn)全載波 調幅、抑止載波雙邊帶調幅的方法。研究已調波與調制信號以及載波信號的關系。</p><p>　　通過實驗對比全載波調幅、抑止載波雙邊帶調幅波形。</p><p>　　了解并掌握模擬乘法器（MC1496）的工作原理，掌握調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仿真軟件進行仿真，獨立完整地設計一定功能的電子電路，以及仿真和調試等的綜合能力。</p><p><b>　　課程設計內容及要求</b></p><p>　　繪制具有一定規(guī)模、一定復雜程度的電路原理圖*.sch（自選）?？梢陨婕澳M、數(shù)字、高頻、單片機等等電路。</p><p>　　繪制電路原理圖相應的雙面印刷版圖*.p

8、cb</p><p><b>　　。</b></p><p>　　本課設內容與要求：主要利用MC1496設計幅度調制器，在已知電源電壓為 +12V和-12V下，工作頻率，設計幅度調制器，要求輸出功率：，效率</p><p><b>　　課程設計基本原理</b></p><p><b>　　

9、基本原理：</b></p><p>　　幅度調制就是載波的振幅（包絡）隨調制信號的參數(shù)變化而變化。本實驗中載波是由實驗箱的高頻信號源產(chǎn)生的10MHz高頻信號，利用DDS信號發(fā)生器輸出1KHz的低頻信號為調制信號。振幅調制器即為產(chǎn)生調幅信號的裝置。</p><p>　　集成模擬乘法器MC1496</p><p>　　(1)內部結構以及圖形</p>

10、;<p>　　本次課程設計主要采用集成芯片MC1496來實現(xiàn)幅度調制器的設計。在本設計中采用集成模擬乘法器MC1496來完成調幅作用，圖1.1為1496芯片內部電路圖，它是一個四象限模擬乘法器的基本電路，電路采用了兩組差動對由V1－V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源又組成一對差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負，以此實現(xiàn)了四象限工作。D、V7、V8為差動放大器V5與V6的恒流源。進行調幅時

11、，載波信號加在V1－V4的輸入端，即引腳的⑧、⑩之間；調制信號加在差動放大器V5、V6的輸入端，即引腳的①、④之間，②、③腳外接1KΩ電位器，以擴大調制信號動態(tài)范圍，已調制信號取自雙差動放大器的兩集電極（即引出腳⑹、⑿之間）輸出。</p><p>　　圖1.1 MC1496內部電路圖</p><p>　　用MC1496集成電路構成的調幅器電路圖如圖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，保證器件內部的各個晶體管工作在放大狀態(tài)。調幅波的解調是調幅的逆過程，即從調幅信號中取出調制信號，通常稱之為檢波。調幅波解調方法主要有二極管峰值包絡檢波器，同步檢波器。本實驗板上主要完成二極管包絡檢波。二極管包絡檢波器主要用于解調含有較大載波分量的大信號，它具有電路簡單，易于實現(xiàn)的優(yōu)點。實驗電

13、路如圖所示，主要由二極管D7及RC低通濾波器組成，利用二極管的單向導電特性和檢波負載RC的充放電過程實現(xiàn)檢波.所以RC時間常數(shù)的選擇很重要，RC時間常數(shù)過大，則會產(chǎn)生對角切割失真又稱惰性失真。RC常數(shù)太小，高頻分量會濾不干凈.綜合考慮要求滿足下式：</p><p>　　其中：ma為調幅系數(shù)，Ωmax為調制信號最高角頻率。</p><p>　　當檢波器的直流負載電阻R與交流音頻負載電阻RΩ不

14、相等，而且調幅度 又相當大時會產(chǎn)生負峰切割失真（又稱底邊切割失真），為了保證不產(chǎn)生負峰切割失真應滿足：</p><p>　　(2)模擬乘法器調幅電路原理</p><p>　　本設計采用雙平衡四象限模擬乘法器電路進行振幅調制，電路參考了集成模擬芯片MC1496的內部電路（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Q1~Q4。Q7,Q8及其偏置電路構成恒流源電路。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，對差分放大器Q5，Q6產(chǎn)生電流負反饋，可調節(jié)乘法器的信號增益，擴展輸入電壓Vy的線性動態(tài)范圍。JO14為負電源端（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)工作點設置</p><p>　　靜態(tài)偏置電壓的設置應保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集-基極間的電壓應大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對于圖1.1所示的內部電路，在應用時，靜態(tài)偏置電壓應滿足下列關系：</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。對于圖1.2，三對差分放大器的基極電流I8,I10,I1和I4可以忽略不計，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源I0的值確定。當單電源供電時，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可以調節(jié)I0的大小。</p><p

19、>　　當器件為雙電源工作時，JO14接負電源（一般接-8V），JO5通過電阻R5接地，因此，改變R5也可以調節(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>　　幅度調制</b></p><p>　　振幅調制就是使載波信號的振幅隨信號的變化規(guī)律而變化的技術。通常載波信號為高頻信號，調制信號

20、為低頻信號。幅度調制也是是正弦波或脈沖序列的幅度隨調制信號線形變化的過程。調幅信號的表達式為：</p><p>　　其中為外加直流，表示調制信號</p><p><b>　　設計原理圖說明</b></p><p>　　本設計采用圖1.3的原理圖，載波信號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。調制信號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。調幅信號Uo從JO12與JO6后經(jīng)一電壓跟隨器變?yōu)閱味诵盘柡筝敵觥Ｆ骷捎秒p電源供電方式，所以JO5的偏置電阻R5接地， JO2與JO3之間接入負反饋電阻R14，以擴展調制信號的線性動態(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組成平衡調節(jié)電路，改變R16可以使乘法器實現(xiàn)抑制載波的振幅調制或有載波的振幅調制。</p><

22、;p><b>　　圖1.3設計原理圖</b></p><p>　　2 Protel繪制原理圖</p><p>　　模擬乘法器調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行仿真以及pcb板制作的基礎，否則會產(chǎn)生仿真錯誤以及無法由原理圖

23、將原件導入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源（包括正弦，方波，指數(shù)，受控源）和一些常用的數(shù)學運算電路，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或對工程右鍵選擇給工程添加新的Schematic新建一張原理圖，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)絡交叉報表統(tǒng)計所需元

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，打開右側浮動面板中的Library，然后單擊libraries，在彈出對話框中單擊installs選擇相應的元件庫即可完成安裝。</p><p>　　圖2.2 添加刪除元件庫對

26、話框</p><p>　　在繪制原理圖時元件的標號默認是加“？”的，繪制過程中需要修改，可以采用放置歷史元件的方法對元件自動編號。將Designator后修改為所需的起始編號，放元件時會隨元件數(shù)目增加，標號也會自動增加。</p><p><b>　　圖2.3 查找元件</b></p><p>　　圖2.4 放置元件對話框</p>

27、<p>　　為增加原理圖的可讀性和方便仿真，一般要對關鍵的節(jié)點加網(wǎng)絡標號，通過菜單中的Place→Net Label（也可用工具欄的快捷按鈕）進行添加，雙擊相應的網(wǎng)絡標號可對其做必要的修改。</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 鏡像設置</b></p>

28、;<p>　　模擬乘法器調幅電路元件布局</p><p>　　根據(jù)元件清單進行元件布局如圖：</p><p>　　圖2.6 模擬乘法器調幅電路元件布局圖</p><p><b>　　電路原理圖</b></p><p>　　載波信號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。調制信

29、號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。調幅信號Uo從JO12與JO6后經(jīng)一電壓跟隨器變?yōu)閱味诵盘柡筝敵?。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之間接入負反饋電阻R14，以擴展調制信號的線性動態(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組成平衡調節(jié)電路，改變R16可以使乘法器實現(xiàn)抑制載波的振幅調制或有載波的振幅調制。</p&g

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

31、t;<p>　　圖2.8 Protel設計原理圖(2)</p><p>　　3 模擬乘法器調幅電路PCB制作</p><p><b>　　PCB簡要說明</b></p><p>　　Protel提供了非常強大的PCB電路板的繪制功能，可以通過原理圖直接經(jīng)網(wǎng)絡報表生成PCB，Protel還提供了非常強大的自動布局與自動布線功能，并且

32、用戶有更多的選擇余地，例如，在自動布局中有最短連線，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，在自動布線上，Protel提供了布線規(guī)則的設置，可以設置布線的寬度、方向，布線的優(yōu)先級，布線速度與過孔數(shù)目之間的衡量等多種選項。</p><p>　　雖然通過Protel的自動布局和自動布線功能十分方便，但在自動布局方面有時人不十分理想，尤其是在涉及高頻時，在對元件的擺放有特別的限制是，自動布局的效果往往不

33、是很理想，因而一般以自動布局為參考，適當?shù)氖止じ哪承┰臄[放位置的設計方式。</p><p><b>　　封裝</b></p><p>　　在進行PCB的制作前，必須對原理圖中的元器件進行封裝。點擊工具→封裝管理器，對元件進行如圖3.1所示封裝。</p><p><b>　　圖3.1 封裝設置</b></p>

34、;<p><b>　　布局與自動布線</b></p><p>　　由于本次設計所涉及的元件數(shù)目較少，因而采用手動布局的方式(設計→Update)，對于板子形狀選取，點擊設計→重新定義板子外形，如圖3.2，手動布局結果如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.2 定義板子外形</p><p>　　圖3.3 手動布局結果</p

35、><p>　　手動布局結束后，采用自動布線器進行布線。</p><p>　　設置自動布線規(guī)則，在菜單中選擇Auto Route→All，在對話框中選擇編輯規(guī)則，在彈出對話框（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)則設置對話框</p><p><b>　　自動布線結果：</b>&l

36、t;/p><p>　　圖3.5 自動布線結果</p><p>　　圖3.6 自動布線頂層效果</p><p>　　圖3.7 自動布線底層效果</p><p><b>　　設置敷銅</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，如果不進

37、行接地線敷銅操作，那么整個電路板的接地面積過小，將導致整個電路板的地電平不穩(wěn)定，噪聲很大，容易產(chǎn)生干擾信號，從而導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在彈出對話框中進行敷銅設置，將敷銅放在底層，與GND網(wǎng)路相連，去除死銅。</p><p>　　圖3.8 敷銅設置對話框</p><p

38、><b>　　敷銅效果：</b></p><p>　　圖3.9 敷銅效果圖</p><p><b>　　4總結體會</b></p><p>　　本次課程設計主要是針對于Protel軟件進行的，與以往的課程設計有所不同，此次接到設計題目之后不僅要查相關的電路設計資料，還要學習Protel軟件的操作，設計原理圖的設計以及

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

40、單的了解，但在此次設計中仍然遇到不少的問題，在設計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MC1496應該選擇dip-14。而仿真部分對于電源參數(shù)設置比較重要，一旦設置錯誤將會失敗，但是由于部分原因并未進行仿真。通過不斷地思考與查閱資料對于部分屬性設置方面也有了一定的了解，比如設

41、置鏡像，只要雙擊元件勾選相應的鏡像選項即可。</p><p>　　通過這次課程設計，我學會了Protel 的使用，完成了課程設計，收獲頗多。 </p><p><b>　　參考文獻</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、 電路設計 清華大學出版社,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 電路設計入門與應用 中國鐵道出版社,2004年</p><p>　　[5].谷樹忠,閆勝利. Protel 2004實用教程 電子工業(yè)出版社，2005年</p><p>