武汉凌特电子技术有限公司 LTE-TX-02E型通信原理实验指导
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实验三 抽样定理和PAM调制解调实验
一、实验目的
1、 通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。
2、 通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。
二、实验内容
1、 观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观察它们之
间的相互关系及特点。
2、 改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。
三、实验器材
1、 信号源模块 一块 2、 ①号模块 一块 3、 20M双踪示波器 一台 4、 连接线 若干
四、实验原理
（一）基本原理 1、抽样定理
抽样定理表明：一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m(t)，如果以T≤的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。
假定将信号m(t)和周期为T的冲激函数?T(t）相乘，如图3-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上m(t)的值，它表示对函数m(t)的抽样。若用ms(t)表示此抽样函数，则有：
1秒2fHms(t)?m(t)?T(t)
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图3-1 抽样与恢复
假设m(t)、?T(t)和ms(t)的频谱分别为M(?)、?T(?)和Ms(?)。按照频率卷积定理，m(t)?T(t)的傅立叶变换是M(?)和?T(?)的卷积：
Ms(?)?1?M(?)??T(?)? 2?2??因为 ?T??T(??n?s) ?Tn??? ?s?2? T?1??所以 Ms(?)??M(?)???T(??n?s)?
T?n????由卷积关系，上式可写成
1? Ms(?)??M(??n?s)
Tn???该式表明，已抽样信号ms(t)的频谱Ms(?)是无穷多个间隔为ωs的M(?)相迭加而成。这就意味着Ms(?)中包含M(?)的全部信息。
需要注意，若抽样间隔T变得大于
1，则M(?)和?(?)的卷积在相邻的周期内存
T2fH?1是抽样的最大间隔，2fH在重叠（亦称混叠），因此不能由Ms(?)恢复M(?)。可见，T它被称为奈奎斯特间隔。
上面讨论了低通型连续信号的抽样。如果连续信号的频带不是限于0与限制在
fH之间，而是
fL（信号的最低频率）与fH（信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么，
其抽样频率两倍。
fs并不要求达到2fH，而是达到2B即可，即要求抽样频率为带通信号带宽的
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图3-2画出抽样频率号的频谱。
fs≥2B（无混叠）和fs＜2B（有混叠）时两种情况下冲激抽样信
f(t) F(?) 0 t (a) 连续信号的频谱
??m0 ?m ? fs(t)Fs(?) 1 TS1 0 Ts t ??s
??m 0 ?m ?s ?
（b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）
fs(t) Fs(?) 1 TS1 0 Ts t
??s ??m 0 ?m ?s ? （c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）
图3-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱
2、脉冲振幅调制（PAM）
所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。
但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而通常只能采用窄脉冲串来实现。因而，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式，将具有实际意义。
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自然抽样m(t)平顶抽样?T(t)
图3-3 自然抽样及平顶抽样波形
PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶”抽样，已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部”是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律（如图3-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。 （二) 电路组成
脉冲幅度调制实验系统如图3-4所示，主要由抽样保持芯片LF398和解调滤波电路两部分组成，电路原理图如图3-5所示。
话音输入N1模拟开关S自然抽样/平顶抽样选择N2PAM解调抽样脉冲LF398
图3-4 脉冲振幅调制电路原理框图
E2+12VTP21PAM-SIN104-12VC2010410uF/16VC1-12VR7104C29104R9150VEED44.3VTH1THYout31U2LF3981234567141312111098U3INPUTVosNCNCV-V+NCLOGICNCLOGIC REFNCNCOUTPUTCh1524OUTPUT12141511C31222E1OUTPUT10uF/16VCLK-INK1R41KU1A274LS0411PAMCLK109Y0Y1Y2Y3X0X1X2X3ABCD4052CLK-IN平顶抽样输出XoutVDDINHVEEVSS1316678VCCGNDVEEGNDPAM TH3TH1PAM C2104C4104自然抽样输出 图3-5 脉冲幅度调制电路原理图
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（三）实验电路工作原理
1、 PAM调制电路
如图3-5所示，LF398是一个专用的采样保持芯片，它具有很高的直流精度和较高的采样速率，器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。
LF398的内部结构如图3-6所示；
OFAD30K。ViMCTR。-+N1C1S-+N2150OUT。。。MREF。HOCLF398
图3-6 LF398的内部电路结构
N1是输入缓冲放大器，N2是高输入阻抗射极输出器。S为逻辑控制采样/保持开关，当S接通时，开始采样；当S断开时，开始保持。 LF398的引脚功能为：
3、12脚：正负电源输入端。 1脚：Vi，模拟电压输入端。
11脚：MCTR，逻辑控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。 10脚：MREF，逻辑控制电平参考端，一般接地。 8脚：HOC，采样/保持电容接入端。 7脚：OUT，采样/保持输出端。
如图3-5所示，被抽样信号从PAM-SIN输入，进入LF398的1脚Vi端，经内部输入缓冲放大器N1放大后送到模拟开关S，此时，将抽样脉冲作为S的控制信号，当LF398的11脚MCTR端为高电平时开关接通，为低电平时开关断开。然后经过射极输出器N2输出比较理想的脉冲幅度调制信号。K1为“平顶抽样”、“自然抽样”选择开关。
2、PAM解调与滤波电路
解调滤波电路由集成运放电路TL084组成。组成了一个二阶有源低通滤波器，其截止频率设计在3.4KHz左右，因为该滤波器有着解调的作用，因此它的质量好坏直接影响着系统的工作状态。该电路还在后续实验接收部分有用到。电路如图3-7所示