基于运放的幅移键控发生器(ASK)设计

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）

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。

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。
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。

实验思考题

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：

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
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。