AM信号的调制与解调 总结(智能车运放包络检波理解)

总述调制解调过程:

首先,调制可以分为模拟调制和数字调制,这里的AM信号调幅用的是模拟调制。
普通调幅信号的产生可将调制信号与直流相加,再与载波信号相乘,即可实现普通调幅。可采用低电平调幅方法和高电平调幅方法。

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上图后面的部分就是检波过程,前面是调制过程。

调制:将需要传送的基带信号加载到高频信号的过程

从频谱上看,检波也是一种信号频谱的线性搬移过程,是将调幅波的边频或边带频谱搬移到原调制信号的频谱处。(减小天线尺寸)

小知识:通常天线的尺寸应该为波长的十分之一及以上,这样信号才能更好传输。而我们又从公式:光速=波长*频率
波长和频率成反比,因为光速不变。如果我们的基带信号不调制,那么可能我们的天线的尺寸需要几公里,但是我们调制之后将信号调到高频载波上,频率变高,波长减小,这样天线的尺寸就可以非常小。

原理:

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这里的这个振幅我的理解:在信号的振幅基础上加上一个直流分量(对信号而言,高频载波特别密,相当于直流量)

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根据调幅的定义,当载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化时,即为调幅信号。

由图可见,已调幅波振幅变化的包络形状与调制信号的变化规律相同,而其包络内的高频振荡频率仍与载波频率相同,表明已调幅波实际上是一个高频信号。可见,调幅过程只是改变载波的振幅,使载波振幅与调制信号成线性关系,即使Ucm变为Ucm+KaUΩmcosΩt

(另外一个ppt中的图)

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AM信号的调制与解调 总结(智能车运放包络检波理解)插图14

TO CC :如果只了解包络解调,下面这三个图就不用看了

AM信号的调制与解调 总结(智能车运放包络检波理解)插图16

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解调:从调幅波中不失真地还原出原调制信号。

1、包络检波(只讨论二极管检波)

利用普通调幅信号的包络反映调制信号波形变化这一特点,如能包络提取出来,就可以恢复原来的调制信号。

普通条幅波AM可以用包络检波来得到中频信号

下面是包络检波电路:

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注意:上图电路中经推算输入电阻约等于R/2 (左端电压除以流经二极管的电流)

基本原理:左端输入电压正向作用于二极管时,电流经过电阻R流入地(一切正常)同时R两端的电压又给电容器充电,当反向电压作用于二极管时,电流不能通过,此时已充满电的电容开始放电了,放电的速度和时间常数=R*C有关,当R*C远大于高频频率的倒数时(就是最短周期),就可以滤除高频分量(对高频而言,电容电压来不及变化)。

在图中可以看出充电速度明显快于放电速度,每当信号电压将要大于电容两端电压的时候,电容将要充电,而每当信号电压将要小于电容两端电压的时候,电容将要放电,放电速度取决于R*C

当输入为小信号时(<100mV)为保证二极管导通,应加偏置电压Vq,此时二极管的非线性特性可以用幂级数来逼近,当输入为大信号时,可以用两段折线来描述(包络前者是光滑的后者是折线)

当输入为大信号时有以下两种失真

为不产生如下惰性失真,R*C不能太大

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产生失真的原因:包络的变化率>RC的放电速率

在输入信号幅度下降的任何时候都应满足电容器通过R的放电速度大于包络下降的速度。

这样的话,输出电压的变化规律就不能反映输入电压的变化规律,从而产生失真。

这样选择的电阻,该放电是足够慢以平滑载波频率和足够快,以不平滑包络频率。

经推导必须满足如下式子:

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当然另有 5~10/w<=R*C 其中5~10为估计值,w为高频率载波角频率

角频率w=2*pi*f 这个不用多说,f为频率

同时,为了去除直流影响,检波器与下一级间采用加隔直流电容的交流耦合方式

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为了不产生负峰切割失真,还必须满足:

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ma*(R=/R~)<1

其中R=为从电容往右看去的直流总电阻,R~为交流总电阻

如上图中R=为Rl,R~为Rl//R`l

2、同步检波(孩子也不懂)

同步检波必须采用一个与发射端载波同频率同相的信号,这个信号称为同步信号。

注意:双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅只能采用同步检波。

 

运放检波:

智能车中虽然没有使用高频调制,但是当车的位置发生变化时,电感电容对采集到的电压波形是和调制信号是一样的,因此可以用包络检波来采集峰值电压。

那么Ma怎么求呢

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画出小车正常情况下,最大移动时候产生的波形变化,就可以确定Ma

AM信号的调制与解调 总结(智能车运放包络检波理解)插图34

 

对于检波电路,组委会给过一个参考设计:
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经运放放大过的电磁信号经过C3耦合,去除直流偏置,D1和D2进行半波检波(单独D2也可以检波,D1起到了倍压的作用),再经C4和R3滤波,输出变为直流。

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检波完成后加了一级放大器,一方面可以进一步放大直流信号,另一方面可以降低信号输出阻抗,在一些单片机ADC输入阻抗较低时,加上这一级比较好。

 

下面列出几家智能车相关的淘宝店售卖的、部分队伍技术报告中出现的运放:

以下均为轨到轨运放:

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OPA2350,在智能车的相关店铺中比较常见,报告中也出现频繁,看参数是不错的选择。

OPA2340,零漂相较于OPA2350更小,但增益小一些,300倍也够用。

AD8629,低噪声、低漂移、低失调电压,但增益不是很高,如果所需增益在100倍左右,那么这个运放可以说是上表中参数最漂亮的了,当然,具体增益大小,需要实验。另外,有国产的替代IC:MS8629,价格更低,增益更高。

OPA4377,在智能车店铺中有卖,性价比很高,它对应的双路运放型号为OPA2377,4路的型号价格更划算。

AD620,一款比较常见的仪放,外围电路非常简单,在前几年的技术报告中相当常见,除了最大增益偏低,其他各项参数都不错,但成本很高,我不打算使用。

TLV4316,在一篇设计报告中发现的,这个价格很吸引人,唯一的瑕疵是,失调电压最大值偏高。

INA2332,也是在一篇技术报告中发现,查阅手册时,发现失调电压有些高。

 

相关链接:

(1)调制信号 ppt

(2)【可能是全宇宙最通俗易懂的通信课】-说说调制

(3)“高频电子线路”阳昌汉版第6章_调幅信号的解调解调

(4)CC给的 包络检波PPT课件

(5)二极管大信号检波器

(6)为何使用峰值检波电路?峰值检波原理分析与改进

(7)电磁检测方案、运放选型

(8)电磁检波电路、运放模块原理图

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