基于STM32F1的调幅信号处理电路系统设计研究

摘  要：本实验设计的是调幅信号处理电路系统，采用STM32F1控制本振源，与AM信号混频，经过中频滤波器滤出带有AM调制波的10.7M信号，再用AGC增益控制一个稳定的幅度，通过无源高频检波将带有AM调制波的信号解调，通过基带放大器将幅度放大到1V±0.1V使整个系统稳定性增强。

关键词：STM32F1;本振源;放大器;自动增益控制

中图分类号：TN763.1;TN92-4       文献标识码：A 文章编号：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

随着信息化时代的到来，对于信息传递的要求越来越高，原有的工具越来越难以满足要求，这时嵌入式系统便进入了大家的视线之中，文章讨论了基于嵌入式系统的调幅信号处理电路的设计与实现，它实现了通过嵌入式系统完成对无用信号的滤除。

1  调幅信号处理电路系统硬件选用及分析

1.1  系统基本方案

本实验采用STM32F1放大器、本振源、混频器、中频滤波器、AGC自动增益控制、无源检波等模块组成的方式来实现调幅信号的检调。其主要原理为：由AM信号源产生信号，与相差10.7MHz的本振源混频后再经过10.7M陶瓷滤波器得到一个带有AM调制波的中频信号，经过AGC自动增益控制给衰减做一个补偿，然后经过高频检波模块，得到解调波，最后经过基带放大器对所得信号进行放大即可。

1.2  方案论证与选择

使用以下几个模块：混频器、中频滤波器、中频放大器、AGC压控增益检波电路、基带放大器进行选用方案的论证。

1.2.1  本振源的选择

方案一：使用集成频率合成器芯片MC145152，配合前置分频器芯片MC12022和压控振荡器MC1648进行电路设计，可通过简单的单片机控制实现较小步进调整，较宽的频带输出，性能稳定，但是系统相对复杂，设计周期长，调试难度大。

方案二：使用Maxim公司的MB1504，MB1504是一种使用极其方便的振荡器芯片，芯片中内置鉴相器，这种鉴频-鉴相工作方式扩大了环路的快捕带，缩短了频率牵引过程，从而使环路快速进入相位锁定区，最终实现快捕锁定。

综合考虑，选择方案二。

1.2.2  混频器的选择

方案一：利用二极管或者三极管的非线性器件特性实现混频器。这样你用分立式原件设计出的混频器具有动态范围宽，噪声低等优点，但是对于这样的混频器容易发生本振泄露，且调试难度大。

方案二：利用集成的混频芯片实现，如ADI公司的AD 831混频器芯片，该芯片是高性能，低失真的混频器，具有500MHz射頻信号和本振信号的输入带宽，250MHz中频输出带宽，集成有放大器和滤波器，最重要的是芯片输出频率精确稳定，外围电路简单，容易操作。

综合考虑，选择方案二。

1.2.3  中频滤波器的选择

方案一：使用电阻、电容和电感等分立元件设计无源滤波器。此滤波器电路简单，但是输出特性差，容易受到前后级影响，调试难度也比较大。

方案二：使用集成的滤波器芯片。外围电路虽然简单，但是能实现较大的阶数。不过普遍价格偏高，设计成本高。

方案三：采用陶瓷滤波器。

陶瓷滤波器具有较高的频率选择性，宽带窄，陶瓷滤波器可以做到相对宽度的千分之几。插入损耗少，容易操作，稳定且成本低，陶瓷滤波器能较好地满足本设计的要求。

综合考虑，选择方案三。

1.2.4  增益模块的选择

方案一：以VCA810为AGC模块的核心，VCA810是一款带宽、线性、连续可变电压控制增益放大器，能够提供差分输入和单端输入，具有出色的共模抑制比，可以通过设定两个电阻值设定增益大小，设计灵活，由VCA810为核心设计AGC模块，电路相对简单，但是VCA810芯片价格昂贵。

方案二：以AD603为AGC模块的核心，AD603是美国AD公司继AD600后推出的宽频带、低噪声、低畸变、高增益精度的压控VGA芯片，而且可通过级联方式增加带宽和增益。以AD603为核心设计AGC模块，电路相对复杂，偏移量大，价格低廉，不过AD603宽带最大只能达到8M，由于从中频放大器处理之后频率还是10.7M，AD603不能满足10.7M的要求就会产生失真。

综合考虑，选择方案一。

1.2.5  检波器的选择

采用无源高频检波器，该模块价格低廉，结构简单，使用起来非常的方便，该模块使用两个高频二极管、一个10K的电阻、两个1nF和0.1uF的电容构成。

1.2.6  基带放大器的选擇

我们采用频带宽度适中，高性能低噪声的NE5532，增益宽带为10MHz。在同相输入端串联一个100nF的电容，并联一个8.2kΩ的电阻，形成一个高通滤波，方向输入端并联一个1kΩ的电阻，反馈端接入一个10kΩ的滑动变阻器可实现对放大倍数的控制。

2  调幅信号处理系统理论分析与计算

2.1  中频滤波器模块的分析

此模块采用10.7MHz的陶瓷滤波器作为中频滤波器，为了在测试过程中防止发生干扰，中频频率选择满足以下关系：250+f>300-f。

其中250MHz、300MHz分别指上下限频率，f为中心频率。所以这里选用具有频率选择性高，且中心频率为10.7MHz的陶瓷滤波器。

2.2  混频器模块的分析

AD831是一款低失真、宽动态范围、单芯片混频器。该混频器内置一个LO驱动器和一个低噪声输出放大器，同时提供用户可编程功耗和三阶交调截取点。AD831提供+24dBm三阶交调截取点，可实现-10dBm LO功耗，无需高功耗LO驱动器，也不存在相应的屏蔽和隔离问题，因而与无源混频器相比，能够改善系统性能，降低系统成本。该混频器的IF输出可作为差分电流输出或单端电压输出。差分输出来自一对开集，并可通过一个变压器或电容进行交流耦合，以提供250MHz输出带宽。在下变频应用中，可将单电容跨接在这些输出上来实现低通滤波器，以便直接在混频器内核处减小谐波，简化输出滤波。

2.3  可控增益模块的分析

VCA810依靠反馈得到的控制电压VC控制放大倍数;比较器AD8561比较的是VCA810输出信号和设置电压使用二极管和RC对比较器输出信号进行检波;TL082将检波得到的电压转换至VCA810的控制电压范围内，使VCA810能正常放大;OPA690做高速缓冲器，以增加模块驱动能力。AGC模块框图如图1所示。

2.4  基带放大器模块的分析

此模块采用高性能低噪声双运算放大器NE5532芯片，对前级晶体滤波器产生的中频信号进行放大处理。输出端串联及并联两个600Ω负载电阻，以达到题目中要求的基带放大器输出阻抗为600Ω。

3  调幅信号处理系统测试方案及结果

3.1  测试方案

第一次分开，单独测试，第二次级联测试。信号源产生10uV-1mV小信号通过示波器对各级电路进行点测，分析各级输出信号的参数指标。观测STM32F1是否能够控制本振源，从而调节本征信号频率。改变系统调制频率或载波频率，通过示波器检测输出。记录数据，进而优化方案。

3.2  测试结果

（1）调节载波频率为275MHz，输入信号幅度在10uV- 1mV，第一次测试数据如表1所示。

（2）调节载波频率为250～300MHz，输入信号幅度在10uV～1mV，第二次测试数据如表2所示。

根据表1和表2的测试数据可以得知，该调幅信号处理实验电路输出波形不失真，可以达到基础部分要求。改变调制频率及载波频率，除输入信号为10uV时，其它幅度的输出信号幅度均在1V±0.1V范围，大部分满足发挥部分前两个要求。且陶瓷滤波器可滤出10.7MHz的中频信号，综上所述，本设计总体来说可以达到大部分设计要求。

4  结  论

文章给出了一种基于嵌入式的调制信号处理电路的设计方案，并成功地设计了电路的硬件与软件部分，最终构成了一个调制信号处理电路系统。为了验证系统是否有效，进行了多次实验，最终得出的结果表明本设计是成功的。本系统对于多种问题都提供了解决思路，例如收音机的AM信号接收时的杂波滤除，用于部分对讲机的接收时的滤波等都有重要的参考价值和借鉴意义。

参考文献：

[1] 孙睦光.全国大学生电子设计大赛指导体会 [J].中国西部科技，2014，13（6）：123-124.

[2] 黄笑庭.抗干扰短波接收机前端研究 [D].成都：电子科技大学，2018.

[3] 朱敏超.基于软件无线电的VHF跳频电台射频接收前端电路的设计与实现 [D].桂林：桂林电子科技大学，2012.

[4] 刘建.AIS&ACARS中频数字接收机的设计与实现 [D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.

作者简介：邓新宇（1998.06-），男，汉族，四川眉山人，本科在读，研究方向：嵌入式软件开发、嵌入式硬件设计。