基于STM32F1的調幅信號處理電路系統設計研究

摘? 要：本實驗設計的是調幅信號處理電路系統，采用STM32F1控制本振源，與AM信號混頻，經過中頻濾波器濾出帶有AM調制波的10.7M信號，再用AGC增益控制一個穩定的幅度，通過無源高頻檢波將帶有AM調制波的信號解調，通過基帶放大器將幅度放大到1V±0.1V使整個系統穩定性增強。

關鍵詞：STM32F1;本振源;放大器;自動增益控制

中圖分類號：TN763.1;TN92-4? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）20-0035-03

Abstract：This experiment is designed to be an amplitude modulation signal processing circuit. The STM32F1 is used to control the local oscillator source，and mixed with the AM signal. The 10.7M signal with AM modulation wave is filtered out by the IF filter，and the AGC gain is controlled in a stable amplitude，the modulated signal with AM is demodulated by passive high frequency detection，and the amplitude is amplified to 1V±0.1V by a baseband amplifier. The stability of the entire system is strong.

Keywords：STM32F1;local oscillator source;amplifier;automatic gain control

0? 引? 言

隨著信息化時代的到來，對于信息傳遞的要求越來越高，原有的工具越來越難以滿足要求，這時嵌入式系統便進入了大家的視線之中，文章討論了基于嵌入式系統的調幅信號處理電路的設計與實現，它實現了通過嵌入式系統完成對無用信號的濾除。

1? 調幅信號處理電路系統硬件選用及分析

1.1? 系統基本方案

本實驗采用STM32F1放大器、本振源、混頻器、中頻濾波器、AGC自動增益控制、無源檢波等模塊組成的方式來實現調幅信號的檢調。其主要原理為：由AM信號源產生信號，與相差10.7MHz的本振源混頻后再經過10.7M陶瓷濾波器得到一個帶有AM調制波的中頻信號，經過AGC自動增益控制給衰減做一個補償，然后經過高頻檢波模塊，得到解調波，最后經過基帶放大器對所得信號進行放大即可。

1.2? 方案論證與選擇

使用以下幾個模塊：混頻器、中頻濾波器、中頻放大器、AGC壓控增益檢波電路、基帶放大器進行選用方案的論證。

1.2.1? 本振源的選擇

方案一：使用集成頻率合成器芯片MC145152，配合前置分頻器芯片MC12022和壓控振蕩器MC1648進行電路設計，可通過簡單的單片機控制實現較小步進調整，較寬的頻帶輸出，性能穩定，但是系統相對復雜，設計周期長，調試難度大。

方案二：使用Maxim公司的MB1504，MB1504是一種使用極其方便的振蕩器芯片，芯片中內置鑒相器，這種鑒頻-鑒相工作方式擴大了環路的快捕帶，縮短了頻率牽引過程，從而使環路快速進入相位鎖定區，最終實現快捕鎖定。

綜合考慮，選擇方案二。

1.2.2? 混頻器的選擇

方案一：利用二極管或者三極管的非線性器件特性實現混頻器。這樣你用分立式原件設計出的混頻器具有動態范圍寬，噪聲低等優點，但是對于這樣的混頻器容易發生本振泄露，且調試難度大。

方案二：利用集成的混頻芯片實現，如ADI公司的AD 831混頻器芯片，該芯片是高性能，低失真的混頻器，具有500MHz射頻信號和本振信號的輸入帶寬，250MHz中頻輸出帶寬，集成有放大器和濾波器，最重要的是芯片輸出頻率精確穩定，外圍電路簡單，容易操作。

綜合考慮，選擇方案二。

1.2.3? 中頻濾波器的選擇

方案一：使用電阻、電容和電感等分立元件設計無源濾波器。此濾波器電路簡單，但是輸出特性差，容易受到前后級影響，調試難度也比較大。

方案二：使用集成的濾波器芯片。外圍電路雖然簡單，但是能實現較大的階數。不過普遍價格偏高，設計成本高。

方案三：采用陶瓷濾波器。

陶瓷濾波器具有較高的頻率選擇性，寬帶窄，陶瓷濾波器可以做到相對寬度的千分之幾。插入損耗少，容易操作，穩定且成本低，陶瓷濾波器能較好地滿足本設計的要求。

綜合考慮，選擇方案三。

1.2.4? 增益模塊的選擇

方案一：以VCA810為AGC模塊的核心，VCA810是一款帶寬、線性、連續可變電壓控制增益放大器，能夠提供差分輸入和單端輸入，具有出色的共模抑制比，可以通過設定兩個電阻值設定增益大小，設計靈活，由VCA810為核心設計AGC模塊，電路相對簡單，但是VCA810芯片價格昂貴。

方案二：以AD603為AGC模塊的核心，AD603是美國AD公司繼AD600后推出的寬頻帶、低噪聲、低畸變、高增益精度的壓控VGA芯片，而且可通過級聯方式增加帶寬和增益。以AD603為核心設計AGC模塊，電路相對復雜，偏移量大，價格低廉，不過AD603寬帶最大只能達到8M，由于從中頻放大器處理之后頻率還是10.7M，AD603不能滿足10.7M的要求就會產生失真。

綜合考慮，選擇方案一。

1.2.5? 檢波器的選擇

采用無源高頻檢波器，該模塊價格低廉，結構簡單，使用起來非常的方便，該模塊使用兩個高頻二極管、一個10K的電阻、兩個1nF和0.1uF的電容構成。

1.2.6? 基帶放大器的選擇

我們采用頻帶寬度適中，高性能低噪聲的NE5532，增益寬帶為10MHz。在同相輸入端串聯一個100nF的電容，并聯一個8.2kΩ的電阻，形成一個高通濾波，方向輸入端并聯一個1kΩ的電阻，反饋端接入一個10kΩ的滑動變阻器可實現對放大倍數的控制。

2? 調幅信號處理系統理論分析與計算

2.1? 中頻濾波器模塊的分析

此模塊采用10.7MHz的陶瓷濾波器作為中頻濾波器，為了在測試過程中防止發生干擾，中頻頻率選擇滿足以下關系：250+f>300-f。

其中250MHz、300MHz分別指上下限頻率，f為中心頻率。所以這里選用具有頻率選擇性高，且中心頻率為10.7MHz的陶瓷濾波器。

2.2? 混頻器模塊的分析

AD831是一款低失真、寬動態范圍、單芯片混頻器。該混頻器內置一個LO驅動器和一個低噪聲輸出放大器，同時提供用戶可編程功耗和三階交調截取點。AD831提供+24dBm三階交調截取點，可實現-10dBm LO功耗，無需高功耗LO驅動器，也不存在相應的屏蔽和隔離問題，因而與無源混頻器相比，能夠改善系統性能，降低系統成本。該混頻器的IF輸出可作為差分電流輸出或單端電壓輸出。差分輸出來自一對開集，并可通過一個變壓器或電容進行交流耦合，以提供250MHz輸出帶寬。在下變頻應用中，可將單電容跨接在這些輸出上來實現低通濾波器，以便直接在混頻器內核處減小諧波，簡化輸出濾波。

2.3? 可控增益模塊的分析

VCA810依靠反饋得到的控制電壓VC控制放大倍數;比較器AD8561比較的是VCA810輸出信號和設置電壓使用二極管和RC對比較器輸出信號進行檢波;TL082將檢波得到的電壓轉換至VCA810的控制電壓范圍內，使VCA810能正常放大;OPA690做高速緩沖器，以增加模塊驅動能力。AGC模塊框圖如圖1所示。

2.4? 基帶放大器模塊的分析

此模塊采用高性能低噪聲雙運算放大器NE5532芯片，對前級晶體濾波器產生的中頻信號進行放大處理。輸出端串聯及并聯兩個600Ω負載電阻，以達到題目中要求的基帶放大器輸出阻抗為600Ω。

3? 調幅信號處理系統測試方案及結果

3.1? 測試方案

第一次分開，單獨測試，第二次級聯測試。信號源產生10uV-1mV小信號通過示波器對各級電路進行點測，分析各級輸出信號的參數指標。觀測STM32F1是否能夠控制本振源，從而調節本征信號頻率。改變系統調制頻率或載波頻率，通過示波器檢測輸出。記錄數據，進而優化方案。

3.2? 測試結果

（1）調節載波頻率為275MHz，輸入信號幅度在10uV- 1mV，第一次測試數據如表1所示。

（2）調節載波頻率為250～300MHz，輸入信號幅度在10uV～1mV，第二次測試數據如表2所示。

根據表1和表2的測試數據可以得知，該調幅信號處理實驗電路輸出波形不失真，可以達到基礎部分要求。改變調制頻率及載波頻率，除輸入信號為10uV時，其它幅度的輸出信號幅度均在1V±0.1V范圍，大部分滿足發揮部分前兩個要求。且陶瓷濾波器可濾出10.7MHz的中頻信號，綜上所述，本設計總體來說可以達到大部分設計要求。

4? 結? 論

文章給出了一種基于嵌入式的調制信號處理電路的設計方案，并成功地設計了電路的硬件與軟件部分，最終構成了一個調制信號處理電路系統。為了驗證系統是否有效，進行了多次實驗，最終得出的結果表明本設計是成功的。本系統對于多種問題都提供了解決思路，例如收音機的AM信號接收時的雜波濾除，用于部分對講機的接收時的濾波等都有重要的參考價值和借鑒意義。

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作者簡介：鄧新宇（1998.06-），男，漢族，四川眉山人，本科在讀，研究方向：嵌入式軟件開發、嵌入式硬件設計。