清华大学：《通信电路原理》教学资源（PPT课件）第6章 调制与解调 6.2 角度调制（6.2.4 调频波的解调方法与电路 6.2.5 数字信号的相位调制）

笫6章调制与解调 6.1幅度调制 62角度调制 62.4调频波的解调方法与电路 624.1解调方法 6242频率解调器的技术指标 624.3频率解调器电路 6244与频率解调器配合使用的限幅器 62.5数字信号的相位调制 62.51数字调相信号的特点 62.52两相调相信号的解调 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 1 笫6章 调制与解调 6.1 幅度调制 6.2 角度调制 6.2.4 调频波的解调方法与电路 6.2.4.1 解调方法 6.2.4.2 频率解调器的技术指标 6.2.4.3 频率解调器电路 6.2.4.4 与频率解调器配合使用的限幅器 6.2.5 数字信号的相位调制 6.2.5.1 数字调相信号的特点 6.2.5.2 两相调相信号的解调

62.4调频波的解调方法与电路 (讲义下册P59) 62.4.1解调方法 1、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容将在 第7章锁相环路中讨论。 2、利用调频波的过零信息实现解调。因为调频波的频率是 随调制信号变化的,所以它们在相同的时间间隔内过零点的 数目将不同。当瞬时频率高时,过零点的数目就多,瞬时频 率低时,过零点的数目就少。(讲义下册P59图62.15)利 用调频波的这个特点,可以实现解调。例如BE调制度测量 仪 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 2 6.2.4 调频波的解调方法与电路 6.2.4.1 解调方法 1、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容将在 第7章锁相环路中讨论。 2、利用调频波的过零信息实现解调。因为调频波的频率是 随调制信号变化的，所以它们在相同的时间间隔内过零点的 数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的数目就多，瞬时频 率低时，过零点的数目就少。（讲义下册P59 图6.2.15）利 用调频波的这个特点，可以实现解调。例如BE1调制度测量 仪。 （讲义下册P59）

62.4.1解调方法(续1) 3、将调频波变换为调相一调频波,使相位的变化与瞬时频率 的变化成正比,然后用相位检波器解调,即可得到所需信号。 这种方法的方框图如下图所示 调频波变为 ( 调相-调频波 相位检波器 为了实现调频波到调相——-调频波的变换,通常是用将调频 波延时t时间的方法 在to满足一定条件时,可以得到相位变化与瞬时频率变化 成正比的调相一调频波 对于由单频余弦信号小()=列coe5对载波调频 所得到的调频信号将其延时to后可表示为 vEM(t-to)=cosla(t-to)+mF sin Q2(t-to) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 3 6.2.4.1 解调方法（续1） 3、将调频波变换为调相─调频波，使相位的变化与瞬时频率 的变化成正比，然后用相位检波器解调，即可得到所需信号。 这种方法的方框图如下图所示。 ▪ 为了实现调频波到调相──调频波的变换，通常是用将调频 波延时 时间的方法。 0 t ▪ 在 满足一定条件时，可以得到相位变化与瞬时频率变化 成正比的调相─调频波。 0 t ▪ 对于由单频余弦信号 对载波调频 所得到的调频信号将其延时 t 0 后可表示为： v t V t f ( ) = m cos ( ) cos[ ( ) sin ( )] 0 0 0 v t t t t m t t FM − = c − + F  −

62.4.1解调方法(续2) 如果乙的值较小,使得Sng≈Ωto,cOS20≈ 则上式可简化为: VEM(t-to)=cos[o t+mp sin Q2t-ato-mQ2to cos S2t) 可以看出,这是一个调相-调频波。 其中Ot+ msin g2t为原调频信号的相角 而O1+m2cs9t则为一附加相位,该附加相位与 调制信号成正比。因此,这个附加相位部分包含了调制信号的 该式表明,调频波延时to后,得到一个调相调频波。 这里需要注意,这个结果是在假定乙较小的情况下得到的, 通常取O5?0J),即要求延时o≤0.2/g2。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 4 6.2.4.1 解调方法（续2） ▪ 如果 的值较小，使得 ， 0 t sin t 0  t 0 ,cost 0 1 则上式可简化为： ( ) cos[ sin cos )] 0 0 0 v t t t m t t m t t FM − = c + F  −c − F   可以看出，这是一个调相-调频波。 其中 c t + mF sin t 为原调频信号的相角； 而 则为一附加相位，该附加相位与 调制信号成正比。因此，这个附加相位部分包含了调制信号的 信息。 t m t t c 0 + F  0 cos 该式表明，调频波延时 t 0 后，得到一个调相-调频波。 ▪ 这里需要注意，这个结果是在假定 较小的情况下得到的， 通常取 ，即要求延时 。 0 t 0.2( ) 0 t  rad t 0  0.2/

6241解调方法(续3) 4、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频 波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比,所以变换后信号 的幅度变化也与调制信号成正比。然后用幅度解调器解调,即可 得到所需信号。这种方法的方框图如下图所示。(讲义下册P60) 调频波变为D/(O D 调幅-调频波 幅度检波器 ()=1mo+k(4)d+l 为了实现调频波到调幅一调频波的变换,可以采用将调频波 对时间域微分(差分)的办法;(相位鉴频器) 对频率域微分(差分)的办法。(双失谐回路鉴频器) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 5 6.2.4.1 解调方法（续3） 4、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频 波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号 的幅度变化也与调制信号成正比。然后用幅度解调器解调，即可 得到所需信号。这种方法的方框图如下图所示。（讲义下册P60） ( ) cos[ ( ) ]0 0 =  +   +  v t V t K vf d t F M cm c F 为了实现调频波到调幅─调频波的变换，可以采用将调频波 ▪ 对时间域微分（差分）的办法；（相位鉴频器） ▪ 对频率域微分（差分）的办法。（双失谐回路鉴频器）

6242频率解调器的技术指标 通常将频率解调器称为频率检波器或鉴频器。它的主要特性 是鉴频特性(S曲线)。 衡量鉴频特性的主要指标有 D 1、灵敏度。鉴频器鉴频特性的 灵敏度通常用f处鉴频特性的 △ 斜率定义,即Sn=△Vn/ 鉴频灵敏度的单位为VHz 2、线性范围。线性范围是指 鉴频特性近似为直线的范围, -BWoI 如图BWD所示。这个范围应该 大于调频信号最大频偏的两倍。 3、非线性失真。由于鉴频特性不是理想直线而使解调信号产生 的失真称为鉴频器的非线性失真。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 6 6.2.4.2 频率解调器的技术指标 通常将频率解调器称为频率检波器或鉴频器。它的主要特性 是鉴频特性（S曲线）。 VD c f 0 BWD VD f f 衡量鉴频特性的主要指标有： 1、灵敏度。鉴频器鉴频特性的 灵敏度通常用 处鉴频特性的 斜率定义，即 c f S V f D =  D /  鉴频灵敏度的单位为V/Hz。 2、线性范围。线性范围是指 鉴频特性近似为直线的范围， 如图 所示。这个范围应该 大于调频信号最大频偏的两倍。 BWD 3、非线性失真。由于鉴频特性不是理想直线而使解调信号产生 的失真称为鉴频器的非线性失真

62.4.3频率解调器电路:1、双失谐回路鉴频器 这种鉴频器是利用对调频波中心频率失谐的LC回路,将调频波 变换为调幅一调频波,然后用二极管峰值包络检波器进行幅度 检波完成频率解调的。 (讲义下册P62) FM 图中R、L1、C1构成 谐振回路,实现调频波到 D 调幅——调频波的变换 R 5C2D)-D、、C2构成二极管峰值 包络检波器,完成幅度检波。 假定调频波的中心频率=2丌f。,偏离谐振回路的谐振频 率O0=2丌f6,且∫。>」,并假定调频波的频偏较小, 在瞬时频率变化范围内,谐振回路的幅频与相频特性可分别用 直线近似。下面定性说明。(讲义下册P63) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 7 6.2.4.3 频率解调器电路：1、双失谐回路鉴频器 这种鉴频器是利用对调频波中心频率失谐的LC回路，将调频波 变换为调幅─调频波，然后用二极管峰值包络检波器进行幅度 检波完成频率解调的。 R1 1 2 R C2 L C1 D i (t) FM v (t) D （讲义下册P62） ▪ 图中 、 、 构成 谐振回路，实现调频波到 调幅──调频波的变换。 R1 L1 C1 ▪ D、 、 构成二极管峰值 包络检波器，完成幅度检波。 2 RC2 ▪ 假定调频波的中心频率 c = 2 f c ，偏离谐振回路的谐振频 率 0 = 2 f 0 ，且 f c  f 0 ，并假定调频波的频偏较小， 在瞬时频率变化范围内，谐振回路的幅频与相频特性可分别用 直线近似。下面定性说明。（讲义下册P63）

1、双失谐回路鉴频器(续1) 定性 D 说明: f (讲义下册P65 为了扩大单失谐回路鉴频器鉴频特性线性工作范围和灵敏度, 可使用两个单失谐回路鉴频器的组合,如下图所示。 其中回路1的谐振频率f1<f,回路Ⅱ的谐振频率 02 (f为调频信号中心频率),f01-f=f6-f 02 两谐振回路的特性曲线相同,仅谐振频率不同,并将两个鉴频 器的输出之差作为总的输出,即V02=V2。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 8 1、双失谐回路鉴频器（续1） ▪ 定性 说明： 0 f 0 t ' D v t c f 0 f (t) F v (t) D ▪ 为了扩大单失谐回路鉴频器鉴频特性线性工作范围和灵敏度， 可使用两个单失谐回路鉴频器的组合，如下图所示。 ▪ 其中回路1的谐振频率 ，回路II的谐振频率 （ 为调频信号中心频率）， 。 c f  f 01 c f  f 02 c f 01 02 f f f f − c = c − ▪ 两谐振回路的特性曲线相同，仅谐振频率不同，并将两个鉴频 器的输出之差作为总的输出，即 vD = vD1 −vD2 。 （讲义下册P65）

1、双失谐回路鉴频器(续2)返回一返回二 (讲义下册P66) D CTAVD D C- D D2 01 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 9 1、双失谐回路鉴频器（续2） DC C R R D v (t) FM 0 v (t) D f • • • D v D1 v D 2 v （讲义下册P66） c f 01 f 02 f 返回一 返回二

2、利用相位解调器的鉴频器 FM (t) V() p(t) →低通滤波器 延时 VEM(t-to) 0 前已说明,将调频波延时to,当t满足一定条件时,可少 得到相位变化规律与调制信号变化规律基本相同的调相波 检测出这个相位变化就可获得解调信号。一种相位检测方法 是将调频信号与其延时后的信号相乘,其方框图如上图所示 这种方案多用于集成电路鉴频器中。 下面分析相乘过程 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 10 2、利用相位解调器的鉴频器 ▪ 前已说明，将调频波延时 ，当 满足一定条件时，可以 得到相位变化规律与调制信号变化规律基本相同的调相波。 0 t 0 t ▪ 下面分析相乘过程。 ▪ 检测出这个相位变化就可获得解调信号。一种相位检测方法 是将调频信号与其延时后的信号相乘，其方框图如上图所示。 这种方案多用于集成电路鉴频器中