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[原创] 2017年大学生电子竞赛F题 方案级制作过程分享 求精!!!

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发表于 2017-8-10 19:30:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
经过2天的时间,我已经进了我最大的努力了,关键手里没有板子和器件,无法完全实现,但是也几乎都实现了,下面我把我的方案全部无私的分享出来,仅供大家参考

有一些死人懒人在我的帖子下面这里打广告的出售成品的死远点,自己开帖子买去,不要脸!!!不要让我在说脏话!!!


我个人觉得真的花了多少钱去买了个实物,弄好了得个奖,弄不好还弄不到奖,其实大赛就是为了检验下学生真正学到多少东西,就算买来个实物,拿到奖了,出去说的时候自己的脸不红么???要珍惜参赛的机会,自己在这期间真正学到东西,不要单纯为了那个奖,太不值得了。我也不多说了。


说实话,我下午都么怎么好好工作,一直写这个方案了,下面我把我这里出来的所有资料全部分享出来。在这里,我把我的图片打上logo了,主要是不想让大家直接搬去用,只是为了让大家参考,懂我的意思吧!先说声抱歉了。。。
010101.jpg
这个是我的整体方案图,这两天有很多天线都在找我问方案多少钱,我现在全部公开,还是现在理论分下,
输入信号为调幅度50% AM信号。其载波频率为250MHz~300MHz,幅度有效值Virms10μV~1mV-87dbm----47dbm,调制频率为300Hz~5kHz
低噪声放大器的输入阻抗为50Ω,中频放大器输出阻抗为50Ω
中频滤波器中心频率为10.7MHz
基带放大器输出阻抗为600Ω
负载电阻为600Ω
本振信号自制。
有题目知,输入信号为-87dbm--- -47dbm,下面咱们就以-90dbm---- -50dbm设计这个接收机,看下频率是250---300MHz,由于题目没有要求制作前端滤波器,但是我觉得这个滤波器加上更好,带宽可以宽一点,正好发挥部分有要求,提升带宽,所以我采用高通和低通组合形成带通的形式

接收机系统设计需要考虑的三个要素有:
选择性的分配
增益的分配
噪声的分配
选择性是衡量接收机抗干扰能力的一项重要指标,也是保证接收机能正常工作的一个重要手段。选择性的实现由带通滤波器(BPF)来完成;其中,频段的选择在射频部分完成,信道的选择在中频部分完成。
两个射频带通滤波器分别位于低噪声放大器(LNA)的输入和输出级,由于带外抑制和带内插损两个指标相互矛盾,且低噪放前级滤波器的插损对系统的噪声系数影响较大,所以射频频带选择性的分配以低噪放输出级优于输入级为好,一般应使低噪放输入级滤波器的插损在2dB以内。
增益的分配
接收机高频部分总的增益(射频增益、中频增益和变频增益的和)的大小取决于解调器的性能和整机设计指标。
以二极管包络检波为例,由于本人实际测试,频率为10.7MHz,功率-20dbm,调制度为50%,调制信号为2.5KHz,信号能正常解调出来,无明显失真。
整机设计指标-90dbm,到达解调器口的电平为-20dbm就能解调出来,所以射频与中频增益为70db就能满足。
低噪声放大器的增益太低会降低系统噪声系数,太高会减小接收机的动态范围,所以低噪放的增益一般设置在15—20dB之间。而射频滤波
器、变频器、中频滤波器的插入损耗的总和一般在10dB左右,所以射频和中频总增益要在80db
噪声的分配
接收机的本底噪声主要取决于系统增益和有源器件的噪声系数,所以在分配系统增益时,在满足接收灵敏度对增益的要求时,应尽量减小系统增益;另外在选择放大器时,除低噪声放大器(LNA)外,其它放大器也应尽量选用噪声系数低的管子。

以上是理论的分析。下面开始我实际只做的过程,
1、高通滤波器
接收机最前端的射频滤波器,我采用LC高通滤波器,,然后低噪放,在是低通滤波器,正好形成了一个带通滤波器。实测图如下
08999.jpg
高通滤波器忘记拍单独的照片了,这是带着低噪放测试的。

2、低噪声放大器

低噪声放大器我采用的RFMD公司的SPF5043,是个宽带的放大器,噪声系数只有0.6db左右,增益为20db。实际测试如下
001低噪放.jpg
实际测试出来的在250---300MHz处增益为18.5db左右,因为我的测试线比较长有损耗,要用demo板测试肯定在20db以上。蓝色和紫色的线为输入输出驻波,实际测试在1.5以下。
3、低通滤波器

低通滤波器我也采用的LC形式,这个我单独拍照片了如下
002低噪放.jpg
带内损耗1db,在500MHz处抑制40db

下面是低噪放和滤波器组合测试如下图
003低噪放.jpg
带内还算平坦,增益稍稍降低了点,并无大碍,在后面的中频部分补进去。
004低噪放.jpg
这是实物,高通滤波器,低噪放,低通滤波器。

4、混频器
混频器我采用的是二极管双平衡混频器,虽然没有变频增益,但通过引入平衡电路可以抵消本振信号及本振信号的偶次谐波分量,使其性能更接近理想相乘器;二极管双平衡混频器的形式相对比较固定,调试也相对简单。
001混频器.jpg
这个就是二极管双平衡混频器,不需要外设复杂的电路。用起来方便。

混频器输出波形
002混频器.jpg
这个是经过下变频的AM信号,示波器观看到,载波已经降到10.7MHz,包络是600Hz左右。
5、本地振荡器
对于接收机来说本振也不次于低噪声放大器,也是接收机的心脏,
这里面完全可以采用分立器件构建频率合成器,200---300MHz左右的VCO还是很好搭建的,主要就是时间问题。
还可以采用芯片形式的PLL。例如ADF4360-9ADF4350之类的,我本打算用ADF4360-9的,但是实际中调试程序没有通过,结果时间都不浪费到这上面了,我在09年上大学的时候就开始接触ADF4350了,这个芯片很好用,现在我做的很多产品也使用的这个芯片,程序也比较成熟了。直接换成ADF4350.

001本振.jpg
这里是ADF4360-9,程序没有调通,直接外挂一个ADF4350本振
002本振.jpg
6、中频滤波器
中频滤波器我采用的是晶体滤波器,最主要的就是匹配,由于题目要求,中频放大器阻抗为50欧姆,这样滤波器肯定要匹配到50欧姆上,否则增益大打折扣。实测图
001中频.jpg
主要就是输入输出的阻抗匹配,再加耐心的调试,肯定能成功。
003中频.jpg


调试的结果图,带内很平坦,3db带宽14KHz,损耗不到3db

002中频.jpg
带外抑制非常好。都在70db以下
8、中频放大器
这个部件是本次题目的重点,经过上面的计算分析,此方案的中频增益要达到60db,在低频部分做到60db还是很容易的,而且还要做40dbAGC功能,这个也是发挥部分的要求。
在这里我只有方案,我没有实现,以为我手里没有现成的东西,所以没办法实现,就算不用AGC功能,最起码的基本部分可以完成的,
第一、  可以采数控衰减器与单片机结合控制,进过包络检波后变成直流信号,用单片机的AD去采样,然后控制数控衰减器调节中放的增益。
第二、  是采用三极管自身的特性,随着Ic的增大,增益下降,这样也比较简单,但是得要对模拟电路很熟练,加上实际的动手能力。
目前这个两种方案都可以,第一种是数模结合的,第二种是纯模拟的,是很考验学生的功底的。

9、包络检波
说道包络检波,有的同学问我可不可以用同步检波,当然可以了,AM信号可以用同步检波,也可以用包络检波,但是DSBSSB就不能用包络检波了,只能用同步检波,能用包络检波的干嘛还要用同步检波呢,而且同步检波电路很繁琐的,要载波提取,在用乘法器相乘后在低通滤波,才能实现解调。
而包络检波就用一只高频二极管就搞定了,要是效果不好,调节后面的RC电路,把高频分量滤除就解决了。
我简单的测试了几个频点,
由于我目前做的中放只有20db的增益,所以我测试的时候只能把输入信号加大,就是为了测试。

输入250MHz  调制度50%  调制频率1KHz    输入功率-30dbm(只为了测试)

001解调.jpg
002解调.jpg
解调输出的波形,这个输出的幅度,不用管,因为没有中放,所以后面的增益只做参考,

输入300MHz  调制度50%  调制频率2.5KHz    输入功率-30dbm(只为了测试)
003解调.jpg
004解调.jpg

题目要求是步进1MHz,所以下面测试个251MHz的信号

输入251MHz  调制度50%  调制频率2.5KHz    输入功率-30dbm(只为了测试)
005解调.jpg
006解调.jpg

昨晚也是太晚了,不愿意调了,发现个问题,就是我改变调制频率(300Hz---5KHz)的时候,输出的幅度在变化,我就找这个原因,我把示波器探头放在10.7MHz输出端,改变调制频率,输出幅度没有变换,我想想明白了,是二极管检波后面的RC问题,其实RC就是个低通滤波器,之前做的项目调制频率是固定的1KHz,所以没有在乎这个问题,今天到公司上班我从新调试了,用信号源进行测试,结果幅度很稳定,如下图

输入10.7MHz  调制度50%  调制频率300Hz    输入功率-20dbm,这里也证明了二极管检波最小信号的测试,也为了前面计算整机增益做的必要测试。

007解调.jpg
在示波器上面解调出300Hz,幅度40mVp-p(此值没有任何意义)
只是用来与调制频率变为5KHz的时候做对比。

其它设置没有变化,只是把调制频率改为5KHz

输入10.7MHz  调制度50%  调制频率5KHz    输入功率-20dbm
008解调.jpg


通过示波器看出来,输出频率为5KHz,幅度40mVp-p
通过以上证明,只改变了检波电路的RC值,就完全可以改变输出的幅度。
以上是我在这两天中的结果,我已经把我的所有成果都毫无保留的分享给大家了,为大家做个参考,我相信有很多同学还是摸不到头脑,不知道从哪里下手,我这个分享出来了,可以作为个参考吧。

还有就是下面的基带信号放大,我建议大家用NE5532运放就可已实现,负载600欧姆电阻。肯定能实现,我手里没有这个器件和适当的板子,所以我也没有再去做,希望大家自己多动动手,
关键白天还得上班,只能晚上回去搞一会,昨晚弄到半夜3点钟才休息,早上还得正常上班。。。苦逼呀。。。。
0001.jpg
我的战场
祝大家都能赛出个好成绩,说实话为了那个奖项一切都不顾,真的不值得,等你们毕业出来工作了就全明白了,外面需要的是真才实学,。。。。。
我15年为了大赛搞了几套题目卖给了学生赚了几千块,但是我想想赚这个钱真的不值得,所以从此往后我绝对不会赚这个钱。。。。。
此内容由EEWORLD论坛网友RF-刘海石原创,如需转载或用于商业用途需征得作者同意并注明出处




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 楼主| 发表于 2017-8-10 21:25:50 | 显示全部楼层
静默之旅 发表于 2017-8-10 21:11
楼主真的非常大气,能把方案给出来帮助更多的同学。也希望同学们在比赛中多加尝试,不必为了拿奖用尽手段, ...

我公司之前来个同事,那个简历很花哨,最后附了各个比赛那的各种奖项,最后我们面试的时候,问他做了什么,描述下方案和原理,怎么实现的,结果就来两字,忘了。。。。我们老板几个人都笑了。。。。你说这样不就是硬生生打自己的脸的。。。。你说有什么必要吧。我本人就是做技术的,我认为的会就是会,不会就是不会,不去弄那些虚头巴脑的事情。要对得起自己,可能现在学生都在学校,心里想的不一样,但是出来工作了之后谁去管你拿什么奖,干出成绩来才是真的!!!
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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-8-10 19:59:11 | 显示全部楼层
膜拜,这个得真心赞一赞

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 楼主| 发表于 2017-8-10 20:10:12 | 显示全部楼层
dql2016 发表于 2017-8-10 19:59
膜拜,这个得真心赞一赞

多谢多谢。。。
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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-8-10 20:23:57 | 显示全部楼层
赞一个,楼主说的很对

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 20:24:04 来自手机 | 显示全部楼层
楼主太棒了!

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 楼主| 发表于 2017-8-10 20:31:26 | 显示全部楼层
yhsy1002 发表于 2017-8-10 20:23
赞一个,楼主说的很对

我做这个题的目的不是为了钱,只是为了兴趣爱好。。。
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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 20:38:10 | 显示全部楼层
楼主,我们前级放大准备用OPA847,你觉得怎么样

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 20:41:16 来自手机 | 显示全部楼层
楼主请问 你前级的滤波器设计时的截止频率是多少啊?调幅信号既有低频又有高频,设计起来会不会很复杂

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 楼主| 发表于 2017-8-10 20:54:07 | 显示全部楼层
paralyzer 发表于 2017-8-10 20:38
楼主,我们前级放大准备用OPA847,你觉得怎么样

这个估计是TI公司的,我没有用过,我很少用TI公司的芯片
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 楼主| 发表于 2017-8-10 20:57:33 | 显示全部楼层
hebingze 发表于 2017-8-10 20:41
楼主请问 你前级的滤波器设计时的截止频率是多少啊?调幅信号既有低频又有高频,设计起来会不会很复杂

前面的低通截至我预留到310MHz,以提升带宽,后面你说的我没懂什么意思?
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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 21:11:21 | 显示全部楼层
楼主真的非常大气,能把方案给出来帮助更多的同学。也希望同学们在比赛中多加尝试,不必为了拿奖用尽手段,学到东西就好。

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一粒金砂(中级)

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发表于 2017-8-10 21:19:26 | 显示全部楼层
必须顶

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 21:32:05 | 显示全部楼层
楼主可贵的精神真的真的值得我们学习啊!

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 21:45:25 | 显示全部楼层
您好,我想请问一下,10uV到1mv 中间不需要加AGC吗

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 21:48:04 | 显示全部楼层
楼主,前级你的高通低通滤波器拿谐振电路来代替效果如何

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一粒金砂(初级)

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发表于 2017-8-10 21:59:04 | 显示全部楼层
谢谢楼主   很大的学习帮助  楼主辛苦了:

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 楼主| 发表于 2017-8-10 22:19:00 | 显示全部楼层
然生96 发表于 2017-8-10 21:45
您好,我想请问一下,10uV到1mv 中间不需要加AGC吗

你要实现40db的动态范围,那就一定要加AGC的,要不然就失真了,但是小信号,不用加在低噪放上,会影响噪声系数的,而且频率在200多MHz上,也不好处理,直接去加在中放上面,频率也低了,有人容易做了。懂了吧
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 楼主| 发表于 2017-8-10 22:22:25 | 显示全部楼层
paralyzer 发表于 2017-8-10 21:48
楼主,前级你的高通低通滤波器拿谐振电路来代替效果如何

谐振电路也可以,但是你谐振到200MHz带宽50多MHz,容易么?我觉得不容易,不像窄带的,容易谐振。由于题目没有说一定要加滤波器,所以不好做,也不用考虑。
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发表于 2017-8-10 23:17:53 | 显示全部楼层
RF-刘海石 发表于 2017-8-10 22:22
谐振电路也可以,但是你谐振到200MHz带宽50多MHz,容易么?我觉得不容易,不像窄带的,容易谐振。由于题 ...

滤波是肯定要加的吧。。我们直接用OPA847放大10uv小信号,基本就被噪声淹没了,不过没试过楼主的那款芯片,换成你的那个会好些吗?

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