基于ads對pcm發(fā)射機(jī)調(diào)制特性的仿真分析1

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1、基于ADS對PCM發(fā)射機(jī)調(diào)制特性的仿真分析摘要：為了改善PCM發(fā)射機(jī)的調(diào)制特性，本文給出了2MbpsPCM發(fā)射機(jī)調(diào)頻源的相位模型，并在ADS環(huán)境中進(jìn)行關(guān)鍵器件的建模，通過仿真加深了對頻源瞬態(tài)特性的理解。其次根據(jù)仿真結(jié)果來指導(dǎo)實(shí)際調(diào)試，實(shí)驗(yàn)證明非常有效，從而為下一步改善發(fā)射機(jī)調(diào)頻源提供重要參考。1引言在再入遙測領(lǐng)域，由于遙測系統(tǒng)的發(fā)展使飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)容量和參數(shù)種類劇增，同時(shí)為了有效解決再入遙測記憶重發(fā)技術(shù)的局限性，要求再入遙測設(shè)備向更高傳輸速率的方向發(fā)展，即要求PCM信號的碼速率由目前的幾百kbps增加到2Mbps以上。P

2、CM發(fā)射機(jī)是遙測設(shè)備的重要組成部分。高碼速率PCM發(fā)射機(jī)調(diào)頻源一般可以按照準(zhǔn)兩點(diǎn)注入式鎖相調(diào)頻方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要由壓控振蕩器（VoltageControlledOscillator，VCO）、鑒相器（PhaseDiscriminator，PD）、環(huán)路濾波器（LoopFilter，LF）、分頻器鏈路、晶振等組成。2關(guān)鍵器件建模為了進(jìn)行調(diào)頻源的調(diào)制響應(yīng)分析，必須建立關(guān)鍵器件相應(yīng)的相位模型。在調(diào)頻源的鎖相環(huán)路中，處理的是相位信息，所以各個(gè)關(guān)鍵器件的建模要以相位為依據(jù)。圖2-1給出發(fā)射機(jī)調(diào)頻源的相位模型。圖2-1高碼速率發(fā)射機(jī)

3、調(diào)頻源相位模型在上面調(diào)頻源相位模型中，要實(shí)現(xiàn)與環(huán)路響應(yīng)無關(guān)的寬帶調(diào)制特性，就是設(shè)定鑒相器、有源積分濾波器、VCO以及分頻器等的相關(guān)參數(shù)，使?jié)M足Km=KvKd/N（其中Km為積分常數(shù),Kv、Kd分別為壓控靈敏度和鑒相靈敏度,6N為分頻數(shù)）。因此，要進(jìn)行建模的器件是鑒相器、分頻器、有源環(huán)路濾波器和積分器以及VCO。對于鑒相器而言，鑒相后輸出相差θe(S)=θi(S)-θo(S)/N利用ADS中的壓控電壓源（VCVS）即可構(gòu)成線性鑒相器如圖2-2所示。同理對于分頻器，由于輸入輸出前后相位是以分頻數(shù)為因子線性變化的，所以也可以

4、利用VCVS構(gòu)成一個(gè)線性分頻器，此時(shí)的VCVS的復(fù)數(shù)電壓增益（complexvolt-agegain）要取1/N。圖2-3所示為線性分頻器的仿真模型。圖2-2線性鑒相器模型圖2-3線性分頻器模型根據(jù)調(diào)頻理論可得，理想的線性VCO的瞬時(shí)輸出相位:θo(t)=ωot+Kvtune(τ)dτ其中ωo為VCO的振蕩頻率,Kv為壓控靈敏度。由此可見，理想的VCO的傳輸函數(shù)類似于一個(gè)積分器，在仿真中可以利用一個(gè)電容、一個(gè)VCVS和一個(gè)壓控電流源（VCCS）模擬此線性VCO。圖2-4所示為線性VCO的仿真模型。6圖2-4線性VCO仿

5、真模型最后是根據(jù)有源積分濾波器的經(jīng)典電路進(jìn)行濾波積分鏈路的建模，建模時(shí)考慮了利用輔助低通濾波器來改善邊帶抑制。同時(shí)，在設(shè)定電路中分立元器件的數(shù)值時(shí)，綜合考慮環(huán)路的阻尼系數(shù)、環(huán)路諧振角頻率以及相關(guān)部件的鑒相靈敏度、壓控靈敏度、積分常數(shù)等參數(shù)。實(shí)際電路中采用的運(yùn)放為National公司的CA3140E，在此采用ADS提供的OpAmp單元來模擬此運(yùn)放，增益設(shè)為40dB。如2-5圖所示。圖2-5有緣積分濾波器及輔助低通濾波器上圖中，鑒相器輸出信號通過PDin1、PDin2輸入端加載到有源濾波器上，PCM信號經(jīng)過輸入調(diào)制電路后加

6、到有源積分器上。利用上述各種仿真模型，在ADS中搭建調(diào)頻源的原理圖，并利用Source-TimeDomain中的VtLFSR_DT單元來模擬產(chǎn)生2MbpsPCM信號。在產(chǎn)生的模擬信號中人為地加入一些0000、1111信號，如圖2-6所示。6圖2-6模擬產(chǎn)生的2MbpsPCM信號3調(diào)制響應(yīng)仿真分析根據(jù)上述設(shè)置，在ADS中進(jìn)行仿真。理論上，當(dāng)滿足寬帶調(diào)制與環(huán)路響應(yīng)無關(guān)的特性時(shí)，調(diào)制頻偏應(yīng)該和調(diào)制信號滿足線性關(guān)系。圖3-1所示為VCO輸出頻偏隨調(diào)制信號變化的、時(shí)域仿真波形。圖3-1頻偏隨調(diào)制信號變化時(shí)的時(shí)域仿真波形經(jīng)過對上圖

7、粗略測量，VCO輸出頻偏約±700kHz，說明理論上可以實(shí)現(xiàn)2MbpsPCM信號的調(diào)頻。產(chǎn)生的信號相對PCM調(diào)制信號有較大畸變，尤其是在長0、長1時(shí)。一方面可能是因?yàn)榄h(huán)路濾波器設(shè)計(jì)得不夠理想以及輸入預(yù)調(diào)電路未達(dá)到最佳所致;另一方面可能是因?yàn)樗罱ㄏ到y(tǒng)原理圖中的部分器件如運(yùn)放、鑒相器等的精度不夠或者與實(shí)際器件相差太多。根據(jù)上面的分析，調(diào)整輸入預(yù)調(diào)電路的電阻電容值，同時(shí)改變環(huán)路的阻尼系數(shù)，6VCO輸出的波形有所改善。在長0、長1情況下，信號下降的斜率有所減小，在接受解調(diào)時(shí)，可以減小誤碼率，如圖3-2所示：圖3-2調(diào)整后的頻

8、偏時(shí)域波形根據(jù)上述建模仿真過程，對發(fā)射機(jī)調(diào)頻源電路進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試初期，無法將2MbpsPCM信號調(diào)制到發(fā)射機(jī)工作頻率上。通過調(diào)整環(huán)路積分濾波器和輸入預(yù)調(diào)電路的有關(guān)參數(shù)，主要是調(diào)整這些電路中分立元件的數(shù)值，經(jīng)過精心調(diào)試，發(fā)射機(jī)調(diào)頻源實(shí)現(xiàn)了2MbpsPCM信號的調(diào)頻。從頻譜分析儀上看，頻譜中間的峰峰值約1.4MHz，滿足調(diào)頻發(fā)射機(jī)最佳