设计一用于RFID读卡器测试的幅移键控发生器(ASK),其结构如图4-1所示。正弦振荡器输出频率为125kHz,幅度为3V;脉冲源输出频率为10kHz。

图4-1 ASK测试发生器

实验具体要求如下:

(1)设计电路,使用专业软件绘制电路原理图。

(2)阐述振荡器、脉冲源的设计原理,给出必要的参数计算过程;说明模拟开关电路的控制原理。

(3)对正弦振荡器进行仿真,给出仿真电路图和正弦波输出波形,验证输出频率和幅度的正确性,给出误差说明。

(4)对振荡源进行仿真,给出仿真电路图和正弦波输出波形,验证输出频率的正确性,给出误差说明。

(5)若所设计的方案中,模拟开关可以仿真,则对整机进行仿真,给出ASK输出仿真图,说明波形的正确性。(选做)

2. 实验结果

图4-2整机电路图

Pcb设计

 

阐述振荡器、脉冲源的设计原理,给出必要的参数计算过程;说明模拟开关电路的控制原理。

1.振荡器采用RC文氏桥振荡电路,由f0=125kHz=,取C1=C2为0.01μF,算得R15=R16为127Ω。根据起振条件AF>1,取R4=45kΩ,R3=15kΩ。因为幅值参数难以确定,所以在输出后加一级同相比例放大电路,根据振荡电路输出幅值,确定同相比例放大倍数

,故确定R11和R12的值。以此达到输出3v的目的。

脉冲源由滞回比较器和RC电路构成。其f0=10kHz=取C3为0.01μF,算得R1为1000Ω,R2=40kΩ,R6=25kΩ。由两个稳压管控制输出幅度。

模拟开关采用CD4066,将脉冲信号输入控制端,当脉冲信号为高电平时,模拟开关导通,实现振荡信号输出。当脉冲信号为低电平时,模拟开关断开,进而实现ASK信号输出。

(3)对正弦振荡器进行仿真,给出仿真电路图和正弦波输出波形,验证输出频率和幅度的正确性,给出误差说明。

图4-3 正弦输出波形仿真图

频率误差:(8.799-8.000)/8.000=9.9%

幅度误差:(3.045-3.00)/3.00=1.5%

由误差分析可得,正弦波频率误差较大,但仍满足题目要求,误差可能来源于

元件参数选择的匹配度

元件实际值与理论值存在的误差

幅度的误差较小,误差来源可能是

元件实际值与理论值存在的误差

同相比例放大倍数不够精确

对振荡源进行仿真,给出仿真电路图和脉冲波输出波形,验证输出频率的正确性,给出误差说明。

图4-4 方波输出波形仿真图

频率误差:(98.139-100.00)/100.00=1.8%

由误差分析可得,频率误差较小,但波形有所失真,不过仍可以触发模拟开关,仍满足题目要求,误差可能来源于

(1)元件参数选择的匹配度

(2)元件实际值与理论值存在的误差

(3)运放芯片的选择

给出ASK输出仿真图,说明波形的正确性。

图中红色波形即为ASK信号,蓝色为脉冲信号,由图可得当脉冲信号为高电平时,正弦信号正常输出,满足题目要求。

三、实验思考题

1、模拟信号发生器的设计中,影响频率准确性的因素有哪些?

答:

1.元件参数的匹配度

元件实际参数与理论的误差

元件参数受温度的影响

Pcb的布局

信号之间的串扰

集成运放的选择

电路阻抗因素的影响

有源器件截止频率的因素

电容在电路中分布的影响

线圈元件的自感现象

2、为什么在高频振荡器的设计中,通常不使用集成运放作为放大环节。

答:集成运放也有频率参数,需要考虑频率以及增益带宽等参数,高频对非线性元件的影响也较大,集成运放内部的元件也受到高频影响。

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