EDA技术在通信电子线路教学中的应用

东华大学信息学院 叶建芳 刘婉茹 孙一萍

解放军华南计算机技术服务中心 叶建威

无线通信领域新技术、新理论和新体系的不断涌现对《通信电子电路》教学提出越来越高的要求。教学要传授给学生的不仅仅是一些重要概念和理论，更重要的目标是学习掌握现代化设计思想和方法，培养学生运用现代化设计工具解决工程实践问题的能力。Multisim是业界一流的SPICE仿真标准环境，具有强大的电路仿真能力，可将抽象难懂的电路理论对电路性能的影响通过仿真分析用可视化图形直观地展现出来，进一步与NI ELVIS平台结合可完成电路设计与仿真分析、原型开发、电路性能测试，实现理论、仿真及实践环节之间的无缝连接，从而有效解决传统教学中普遍存在的系统设计及理论与实践脱节的问题。调幅与检波电路是《通信电路》教学中的重要内容，论文将以调幅电路为例，阐述如何将传统实验中普遍采用的“验证”过程升级为“设计分析”的过程，把理论公式中参数值的改变导致电路性能的变化用图形直观展示出来，非常完美的解决了电路教学中“如果……会怎么样”的问题。鼓励学生参与交互仿真过程，探索“假设”情景，可加深学生对课堂所学基本理论的理解，掌握影响电路性能的关键因素，切实提高电路设计能力，使其具备应对通信与电子技术飞速发展给他们职业生涯带来巨大挑战的能力。

一、调幅与检波电路性能研究

（一）调幅电路

采用集成模拟乘法器MC1496构成调幅电路，如图1所示。 MC1496是一个四象限模拟乘法器电路，进行调幅时，载波信号加在V1、V4的输入端，即引脚8，10之间；调制信号加在差分放大器V5、V6的输入端，即引脚1，4之间，2、3脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围；已调制信号由双差分放大器的两个集电极（即引脚6，12之间）输出。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时）。引脚5外接电阻用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。 图中Rp1用来调节脚1，4之间的电压，即UAB。调节Rp1使UAB=0 时，电路产生DSB信号； 当UAB≠0 时，电路产生AM信号。Rp2用来调节8，10脚之间的平衡，三极管V为射极跟随器，用以提高调幅电路带负载的能力。

图1 调幅电路原理图

（二）调幅电路性能仿真分析

1.创建模拟乘法器MC1496子电路模块

首先根据芯片内部结构图在Multisim仿真平台上完成MC1496电路模块的构建，如图2所示。

图2 Multisim 中MC1496模型

启动Multisim程序，使用Crtrl+N命令新建子电路文件，按照MC1496内部结构图，在Multisim平台的电路窗口中完成电路连接。单击Place/HB/SB Connector命令或使用Ctrl+I快捷操作，屏幕上弹出输入/输出功能窗口，将其与子电路模块中相应的输入/输出引脚连接。按住鼠标左键拖动完成全部选中，之后单击Place/Replace by Sub-circuit命令，屏幕上出现Sub-circuit Name对话框，在对话框中输入MC1496，单击OK，即可完成MC1496子电路模块的创建。

2.基于MC1496调幅电路调制特性的仿真分析

启动Multisim程序，键入Crtrl+B调用MC1496电路模块，将元器件放置于仿真平台的电路窗口中，根据图1完成调幅电路仿真平台的创建，图3给出Multisim仿真环境中的调幅电路。

图3 Multisim仿真环境中的调幅电路。

一是通过改变Rp1(UAB)实现对AM普通调幅波调制度ma的控制。

对于AM调制，通过调节电位器Rp1使①脚与④脚之间产生电位差UAB，调制信号与直流电压UAB叠加后作为模拟乘法器Y通道的输入，调节电位器可改变UAB的大小，从而改变调制指数ma。图3中的信号源XFG1、XGF2分别为载波信号与调制信号。

二是通过改变调制信号的幅值实现AM普通调幅波调制度ma的控制。

使载波信号100KHz,60mv正弦信号及Uab =20.387mv保持不变，调制信号频率设定为1KHz,使其幅值分别为30mv、47 mv和60 mv时，图4-图6给出调幅电路输出的仿真波形。

图4 ma＜1的AM信号仿真波形

图5 ma=1的AM信号仿真波形

图6 ma＞1的AM仿真波形

三是实现抑制载波的DSB调制。

保持载波与调制信号不变，调整Rp1使Uab=0，这时载波与调制信号直接相乘产生抑制载波的双边带DSB信号。

（三）研究载漏和音漏现象

1.载漏

若载波输入端直流平衡，而调制信号端直流不平衡，则调制信号端存在一个小的直流电压，输出电压为：

式（1）表明，输出信号中出现了载波分量，称为载漏，波形如图15所示。

2.音漏

若调制信号输入端直流平衡，而载波信号输入端不平衡，则载波输入端存在一个小的直流电压，输出电压表示式为：

式（2）表明，输出信号中含有调制信号分量，称为音漏，它是一个DSB信号与一个调制信号叠加的结果。

二、结论

在课堂理论教学中，学生对电路数学模型的理解只停留在公式层面上，对参数如何影响电路中信号的变化，以及各公式间的关联性缺乏形象而具体的理解，基于Multisim通信电子线路仿真实验可以方便地改变各种参数，即刻观察仿真结果，使学生深刻理解数学模型中的各物理参数对电路性能的影响，最为重要的是仿真实验的开放性突破了时间和空间的限制，为学生课后充分发挥主观能动性开展自主学习活动提供了极大的灵活性和很好的探索平台，这一点对于培养学生的电路设计能力及实践创新能力是至关重要。