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ReceivingsystemFrequencycompensationAGC
目录
1绪论1
1.1研究背景1
1.2研究目的1
1.3研究概况2
1.4研究内容3
2接收机概述4
2.1接收机历史回顾4
2.2现代射频接收机6
3数字化接收机正交解调理论分析7
3.1正交解调理论分析7
3.2相应正交解调模型9
3.2.1直接乘
法9
3.2.2希尔伯特变换法10
3.2.3数字内插法11
3.2.4直接数字混频法12
3.3相比单通道数字接收机所具有的特点13
3.4后端数字信号处理分析说明13
4自动增益控制电路15
4.1工作原理15
4.1.1电路组成15
4.1.2比较过程15
4.1.3滤波器的作用16
4.1.4控制过程说明16
4.2主要性能指标17
4.2.1动态范围18
4.2.2响应时间19
4.3电路类型20
4.3.1简单AGC电路20
4.3.2延迟AGC电路20
4.4可控增益放大器21
4.4.1体管增益控制电路21
4.4.2发射极负反馈增益控制电路22
5接收刺激器设计24
5.1数字逻辑电路设计25
5.1.1包络检波和时钟提取电路25
5.1.2预分频和同步检测器26
5.1.3错误检测器27
5.1.4状态计数器28
5.1.5模式选择和电极计数器28
5.1.6有源电极锁存器29
5.1.7输出开关网络29
5.1.8数字电路小结34
5.2模拟部分电路设计35
5.2.1参考电流发生器及电流微调电路36
5.2.2电源电压监测器39
5.2.3可编程电流源40
5.2.4双相电流脉冲发生器44
结束语46
致谢48
参考文献49
1绪论
1.1研究背景
近十年来,世界上开发出了几种人工电子耳蜗,目前具有代表性的是澳大利亚的Nucleus、美国的Clarion;
和奥地利的Med-E1。
近来的人工电子耳蜗系统一般包括:
体外有麦克风和语音信号处理器,体内有接收刺激器和电极。
其简单的工作原理:
由麦克风拾音,将信号送入语音处理器,处理器根据不同的处理策略对语音进行处理,对刺激信息进行编码,然后经人体皮肤传送到体内的接收刺激器。
接收刺激器根据输入的信号经解码,产生相应的刺激脉冲,驱动电极,刺激残留的听力神经,从而达到使耳聋者恢复听力的目的。
根据刺激通道的数目,人工电子耳蜗可分为单通道系统和多通道系统。
在单通道系统中,电极只能在耳蜗内某一位置产生刺激,所以只有300-500Hz的带宽,如此窄的带宽说明了单通道系统不能实现较好的语音识别。
从理论和实验证明,要获得较好的语言理解,必须是一个多通道系统。
多通道必须有多根电极,多根电极(电极阵列)被植入耳蜗内以便不同的听觉神经可以在不同的位置被刺激,这正是利用了频率编码的位置理论。
1.2研究目的
据美国健康统计中心(NCHS)的统计数据表明,大约有两百分之一的人完全失去了听觉,听觉障碍是所有身体残疾中最为普遍的。
听力丧失有许多原因,归纳起来有两类:
一类是传导性耳聋,另一类是传感性耳聋。
传导性听力丧失是由于听力系统中的机械通道有障碍,例如三小骨的损坏。
这类耳聋可用助听器或者通过外科手术来消除,但对传感性耳聋,传统的助听器毫无作用,因为耳蜗内的毛细胞受到了严重的损坏,以致于无法将声波转换成生物电信号,但是耳蜗内的大部分听觉神经是完好无损的,要使这类耳聋恢复听觉必须直接用电刺激听觉神经,这正是人工电子耳蜗所要完成的任务和目标。
为了使耳聋者获得更好的语音理解,人工电子耳蜗必须是一个多通道系统。
多道(22根电极)电子耳蜗接收刺激器是人工电子耳蜗系统中的重要组成部分,它将直接被置入患者耳蜗附近的乳突骨腔中,通过电感耦合接收从体外语音处理器发射的数据信号,通过整流滤波为接收刺激器提供电源.同时提取时钟信号和数据包络。
I发射的每帧数据中包含同步头、有源电极选择、刺激模式选择、刺激幅度控制_第一相刺激和第二相刺激时间控制脉冲。
根据这一数据格式,接收刺激器将接收的信号经译码,获得同步脉冲,分离出各个不同作用的控制信号,来选择刺激电极和控制可编程电流源,使刺激器根据不同的控制信号产生不同的双相恒流脉冲,驱动不同组合的电极,去刺激耳蜗内不同位置的听觉神经,使耳聋患者恢复听觉。
1.3研究概况
两百年前,科学家AlessandroVolta在他的耳朵里插入一根带有有源电路的金属棒,他描述了类似于开水声音的感觉,这是最早的具有文字记载的直接电刺激听觉系统的尝试。
尽管在接下来的50年里进行了其它的尝试,到十九世纪中叶,用电刺激的想法作为一种治疗方法被拒绝。
直到1930年代初,电刺激在听力方面的影响才再被开始研究。
然而由于当时所面临的技术难题难以克服,所以并没有使人工电子耳蜗进入实质性的应用。
到1950年代后期,法国科学家报告了第一次通过在一个聋者内耳里插入一跟电极获得了成功的听觉神经电刺激,患者觉察到了语音的韵律,并报告了电刺激在唇读方面提供的帮助。
这正是今天现代的人工电子耳蜗系统研究与开发的开始。
1960年代在研究和开发电子耳蜗投入了大量的工作。
到1970进行了临床应用。
这些早期的电子耳蜗都是单通道系统,它只能将刺激信息送到耳蜗中的一个电极位置。
单通道应用效果不佳,一般不能提供语言识别,只能给患者提供一些声音和语音的知觉,增强一些唇读能力。
1.4研究内容
第1章内容主要阐述了本课题研究的背景和研究目的,介绍了相关的研究概况;
第2章将主要介绍了接收机的基础知识,包括接收机的发展历程和现代射频接收机;
第3章主要介绍了数字化接收机相关理论知识并进行了分析说明;
第4章内容主要介绍了自动增益控制电路的工作原理和性能指标;
第5章主要介绍了本课题的设计过程;
2接收机概述
近年来,随着无线电通信技术的进步,通信接收机(射频前端)也在飞速地发展。
作为一个适用性非常广泛的技术,无线电通信接收机的用途覆盖了无线电通信、电视广播、无线电广播、雷达定位、遥测遥控、卫星通信以及现在已经完全进入普通人家的蜂窝移动通信系统等各个领域。
2.1接收机历史回顾
接收机是法国人EdouardBranly发明金属屑检波器(Coherer)后出现的,俄国人AlexanderPopov首先宣称据此制作了一个可接收几英里外的电磁扰动的接收机,但这个接收机没有天线,接收距离有限,意大利人Marconi发现在接收机和发射机的终端接上两端含有大金属盘的导线后,接收距离得到大幅度提高。
1906年,美国海军Dunwoody将军发明石英检波器,这导致一种比金属屑检波器接收机更灵敏的石英接收机的诞生,但这种接收机很快被真空电子管和真空三极管接收机所代替,此时电子管和三极管是被当作检波管取代石英检波器。
“无线电”这一名称大约起源于1919年,为的是把接收话音的无线接收机与更早期的仅接收脉冲电码的接收机区别开。
最早的接收机没有放大信号的能力,但随着晶体管的发明很快克服了此缺陷,不久E.H.阿姆斯特朗发明了“再生式接收机”,这种接收机采用了从输出端到输入端的正反馈来提高增益,其原理如图2.1所示。
图2.1早期再生式接收机原理图
电路中的真空管同时作放大器和检波器。
反馈的交流输出信号与输入信号同相,从而增加了环路增益。
再生式接收机大概是电子反馈的最初应用,由于这种电路易于自激振荡,他迅速导致了振荡器的发明。
不久,调谐直放式接收机就取代了再生式接收机。
它由多级级联的射频调谐放大器以及其后的检波器组成,这种结构的接收机的最大困难在于难以将全部的射频放大器调谐到同一频率上,而且由于调谐滤波器的通带很宽,接收机的选择性差、灵敏度差。
TRF结构接收机的所有增益都在好级完成,因此随着频率的升高,这种接收机的实现难度加大。
利用真空三极管作本地振荡器和射频信号放大器,阿姆斯特朗发明了超外差接收机。
图2.2给出了超外差结构的结构框图。
“超外差”是指将射频输入信号与本地振荡器产生地信号相乘或差拍,即由混频器后地中频滤波器选出射频信号与本振信号频率两者的和频或差频。
主要优点是低中频上容易实现相对带宽较窄,矩形系数较高的中频滤波器,以提高接收机的选择性,而且增益可以从中频级获得,降低了射频级实高增益的难度。
当射频信号频率上升到微波甚至毫米波时,可以采用二次变频方法,以降低滤波器实现的难度,保证接收机的选择性,既使在射频频率较低时,也可以采用二次变频,且第一中频设计为高中频的方法来获得较好的镜像频率抑制。
实际上,现代接收机射频前端绝大多数设计为超外差结构。
图2.2通用超外差结构接收机
2.2现代射频接收机
现代接收机设计对高集成度、低功耗、低成本的要求越来越高,强烈地推进对先进的射频接收机结构的研究。
射频接收机设计中的传统问题是下变频的镜像响应问题。
超外差接收机的问世很好地解决了这个问题。
超外差接收机由一个可调前端抑制滤波器和一个可调初级本振源组成,与一个相当高的固定初级中频相结合减弱对滤波器的带宽要求。
这样构成的接收机具有突出的选择性和灵敏度,在现代许多移动无线装置中被广泛采用,如GSM,CDMA等。
低插损的可调前端滤波器很难以固态形式实现,在传统的机械构造中它的体积很大。
可调预选器可以由一组低插损、具有非常陡峭的截止频率和相对较宽的固定滤波器来代替,可以用SAW器件的简单方式来实现。
但是SAW滤波器自身有很多问题,包括实际尺寸大小、高插入损耗和高成本。
因此,接收机本身的结构也应该具有一定的镜像抑制能力
此处省略
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结束语
本毕业设计通过对声电接收系统高频补偿研究,着重分析了本文介绍了声电接收系统高频补偿研究国内外的发展状态、接收系统高频补偿的原理及其影响因素、组成及常见故障等内容。
介绍了数字化接收机相关理论知识并进行了分析说明;
最后内容介绍了自动增益控制电路的工作原理和性能指标,同时介绍了本课题的设计过程;
通过此次毕业设计,我收获了很多东西,以前的学习一直仅限于理论知识的学习,很多实际的问题没有碰到,理论的设计往往是在理想的情况下进行的,以至于让我误认为设计是一项简单的工作。
刚开始接触到毕业设计时我仍然抱着原来的心态,结果发现真正的设计是需要考虑很多实际问题的,于是我开始认真的研究我所需要设计的课题。
在老师的指导下,我努力的搜索一些与本课题相关的资料,认真的听老师的讲解,最后终于理解了声电接收系统高频补偿研究的工作原理,实现了生产实践和理论知识的融合与飞跃。
在此次毕业设计中,经过这段时间指导老师的谆谆教诲,使我巩固了以前好多似是而非的机械概念和设计理念,也使我对机械有了一个更加明确清晰的概念,并且对本行业有了一个全新的认识,亲身体会到了作为设计师在设计过程中认真和严谨的重要性。
随着本学期毕业设计的结束,我的大学生活也即将画上了句号。
回想大学里经历的种种,很多事情都深深的印在了我的脑海里,那些值得记忆的事情,那些值得回味的时光,那些让我敬畏的老师,那些让我感动的同学,那么多次携手共事,那些英姿飒爽的身影,那些激情澎湃的演说,还有这次花费很大心血所做的毕业设计,这些东西都如烙铁一般深深的印在了我的心里。
“我的大学需要一辈子去忘记”,也许一辈子也忘不了,每一次付出,每一份收获,点点滴滴的感动,点点滴滴的欣慰,简简单单的快乐和悲伤,这一切将会激励着我勇往直前。
致谢
时光如梭,光阴似箭,丰富、充实的求学生活即将成为过去,在此,我衷心感谢所以关心支持我的老师、亲人和朋友,并向他们表示崇高的敬意
在这半年的设计学习中,我得到了王飞老师的精心指导和帮助,从设计的选题、开题论证、资料的收集整理,到正式的设计、撰写修改,无不渗透着云老师的心血和汗水,在此表示衷心的感谢!
同时与同学和老师间的交流也让我受益匪浅。
通过设计,我深深的感受到了自己知识的浅薄。
学海无涯,在将来的学习中我一定会更加的勤奋、谦虚。
在这里我向在大学期间教导我、帮助我的各位老师表示最诚挚的谢意!
祝老师们身体健康、万事如意!
由于时间仓促,自己水平有限,同时缺乏经验,设计中的不足和错误在所难免,恳请各位老师和同学批评指正,提出宝贵意见。
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