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达尔闻说：2019年最后一个假期过半，此刻回归学习。G题分享极少，寻得一组国一，方案和思路都毫无保留罗列了。
我们是来自桂林电子科技大学的陈李坤、张宗昌、刘昊鑫，在2019年电赛中选择G题，并有幸获得国一。应达尔闻Momo的邀请，在“达尔闻说”分享我们组的方案与心得，希望能帮助到未来继续参加电赛的同学。
写在前面的话
奇数年的国赛，每次都是学电子的同学们的一次“狂欢”，而通信类题目作为历年来热门方向，2019年G题的出现毫无意外。
我从大一起就开始接触到了电赛，从大二就开始跟着指导老师学习，无论区赛国赛，他每年都会在赛前进行电赛历年方案分析，对于通信类题目，他的看法是：门槛高。无论是在里面蕴含的理论知识还是真正实际操作需要用到的昂贵的仪器设备、复杂的电路模块，都会让人望而却步。而这也是我们选择这道题的原因之一。
设计制作一个双路语音同传的无线收发系统，实现在一个信道上同时传输两路话音信号。
制作一套FM无线收发系统。其中 ，FM 信号的载波频率设定为的载波频率设定为48.5MHz，相对误差的绝对值不大于1‰；峰值频偏不大于25kHz；天线长度不大于0.5m。通过FM 无线收发系统任意传输一路语音信号A 或者B，语音信号的带宽不大于3400Hz。通过FM 无线收发系统同时传输双路语音信号A 和B。
Plan A：一开始我拿到题目，想到的就是正交调制，具体来说就是将两路信号用sinx、cosx调制混在一起，再通过FM调制发射出去。从理论上来说这是行得通的，但遗憾的是由于之前并没有做过相关的项目作品，时间紧任务重，为了求稳，团队还是否决了这个方案；Plan B：这个方案思路其实很简单，其中一路语音信号在0~3.4Khz保持不动，另外一路语音信号进行一个低频的DSB调制，将其搬到3.4Khz以外，相加之后得到基带信号，然后进行FM调制即可。基带信号在频谱里看是如下图：
Plan C：第三个方案是用专门的立体声调制解调芯片，把AB路信号作为左右声道来调制之后调频发送出去，但是我们找了很多芯片，但是用在这道题目上都感觉不合适，遂放弃。（但是我个人感觉肯定有同学用这种方案，如果有同学知道有合适的立体声调制解调芯片，可以在下面评论调制解调芯片的型号。）
第一部分：发射机。先解释一下发射机的芯片选型，下图是发射机的框图。篇幅有限，只挑一些关键模块方案来详述，其他的点到即可。
导频信号发生器：因为在接收端处理基带信号时，解调A路信号需要一个相干载波，所以得用一款双通道输出的DDS模块，我们是直接用买的AD9959 DDS模块（这个玩意儿还自带了配套的主控板，可以说是特别省时省力了），这样才能做到在接收端解调A路信号的时候，两个输入信号相位差恒定，而AD9959 拥有4通道输出，绰绰有余了。乘法器：乘法器使用的是AD835乘法器模块，原因是这一款乘法器的输入为差分输入，输入输出关系为W=(X1-X2)(Y1-Y2)，众所周知DSB调制的调制信号是需要滤去直流的（这一点不清楚的同学可以去看一下AM信号与DSB信号的数学表达式），而这一款芯片可以在X1输入调制信号，调整X2端的正负直流电平，即可很方便地调整载波抑制。下图为AD835输入输出信号关系部分截图：
带通滤波器：这个电路把调制后的DSB信号滤出来，这一点直接关系到AB两路信号的隔离度的好坏，如果滤得不好，会导致A路语音信号出现在0~3.4Khz之内，干扰了不做处理的B路信号。ARM控制器：我们选择的是STM32F407，无论是在自带AD的采样速度还是IO口速度都已经满足我的要求。在主控板的选择上，个人认为是越熟悉的越好！最好是用自己一直以来都在用的核心板，这样子你就可以直接用原来已有的代码，无须做任何移植工作。直接数字频率合成器：这个部分我们是选择了AD9910，拥有高达1 GSPS的采样速率，作为48.5Mhz的FM调制源使用完全足够，分辨率能做到1hz以下，可以精准的控制中心频率。拥有16bit的并行数据口，可以进行快速跳频以完成FM调制。事实上以STM32F407的IO口速度，只有配合AD9910的并行数据口的情况下，速度才能满足本题的要求。带通滤波器：用的是OPA2227芯片的8阶有源滤波器，使用TI的Filterpro可以很容易设计出来。加法器：加法器使用的是LM358芯片，具体结构为一个三路信号相加的反相加法器，在同相端接入一个直流电平即可把电平抬高至0~3.3V。第二部分：接收机。接下来是接收机的框图，接收机的设计是本题的难点，不但要实现信号的解调还要分离，最后还得跟踪。
FM解调器：这个模块我们用的是学校电子实习训练时用的CD1691 套件，这款片子的特点是接收灵敏度很高，配合上发射机劲爆的发射功率，2m的距离根本不是问题！锁相环B：这个锁相环的作用是把基带信号中插入的导频信号给提取出来，用到的是LA3361，这是一款FM立体声锁相环解码器，但是我们只用到了其中的锁相环部分，将基带信号从Pin2(STEREO IN)输入，调整Pin16(fADJ)的外围电路，就可以从该引脚得到基带信号中额外插入的导频信号。乘法器：这个模块依旧用的买的AD831模块（混频器模块），这款芯片的特点是在本振输入和射频输入口的内部有放大器，FM解调下来的信号通过高通滤波器之后无需二次放大，直接连到AD831的射频输入口即可。接收带通滤波器；这个带通滤波器用的是16阶的椭圆滤波器，用Filter Solution就可以很容易设计出来，具体作用后面再说。低噪放：低噪放这个随便一款就可以了，没什么特殊要求，我这里是用了一个20dB的低噪放。锁相环A：这个锁相环我们选择了比较熟悉的ADF4351，在这里是用锁相环来作为解调三角波跟踪信号来使用。高/低通滤波器：用的是LM358芯片的8阶有源滤波器，使用TI的Filter Pro可以很容易设计出来。
发射端：导频信号发生器发生两个信号，一个为10Khz，一个为20Khz。通过导频放大器放大之后，10Khz直接接到加法器上，20Khz和A路语音信号在AD835进行DSB调制，得到一个20Khz的DSB信号。在AD835上可以通过调整X2端口的直流电平来调整载波抑制。乘法器输出滤波，将DSB信号滤出来送到加法器上。B路信号则直接接到加法器上。最后加法器输出的即为图1所示的基带信号。使用STM32自带的AD采集基带信号，同时改变AD9910的频率字，即可得到一个FM信号。将此FM信号通过一个功率放大器接上天线，就可以发射出去了。
另外，三角波漂移信号用STM32另外一个AD来采集，不断改变AD9910的中心频率即可。由于AD9910的跳频速度很快，所以完全可以在规定时间内完成中心频率的漂移。接收端：先说一下AB路信号的解调分离。在接收端，天线直接接到FM解调芯片上，本振信号由STM32控制的AD9910提供。解调下来的基带信号分为三路，一路接到低通滤波器即可把B路语音信号提取出来，第二路接到锁相环B上，虽然LA3361本身也是一款FM解调芯片，但是我只用到了其中的锁相环部分，他能够锁定住基带信号中的10Khz导频信号，锁定之后会在Pin16输出一个40Khz的三角波，通过比较器比较成方波，再通过D触发器构成的二分频电路（这个电路很很经典，同学们可以自行查阅）得到20Khz，占空比50%的方波。将20Khz的方波送到乘法器AD831和第三路基带信号进行相乘，即可把A路语音信号提取出来。接下来介绍一下跟踪环。天线接收到的信号通过带通滤波器，通过低噪放放大，再经无源LC滤波器滤除48.5Mhz±2Mhz频带以外的信号，从ADF4351的Pin29(REFin)输入，之后从ADF4351的环路滤波器之后，将三角波提取出来。宏观上看，相当于用ADF4351进行对低频三角波的解调（如果同学们不理解这里，可以查阅一下锁相环解调FM的相关内容）。之后用STM32对三角波采样，根据三角波的变化和所需要跟踪的FM信号中心频率的变化，用Matlab的Curve Fitting工具箱来拟合出一条二元一次函数关系式，根据关系式来不断改变接收端的AD9910的输出频率，即可不断地对FM信号进行跟踪，遗憾的是ADF4351的环路滤波器没时间调整了，根据指导老师的说法，这样会导致内部鉴相器的鉴相宽度很窄，最后也只能做到±1Mhz左右的跟踪频宽。
我见过有的同学，由于痴迷技术，每天都泡在实验室调板子敲代码，以至于把自己的理论课程给落下来了。这点我非常不赞同，理论课程上学的知识虽然枯燥乏味，但是理论知识能够决定你的技术起点和技术高度。比如这道题目就蕴含了FM调制解调、DSB的调制解调、锁相环的应用等等知识，这些知识都会在《通信原理》、《高频电子电路》、《锁相环基本原理》等课程里面学到。如果连最基本的DSB信号公式、FM信号公式都不了解的话，要做出这道题简直就是无稽之谈。仿真不一定真：去年和今年，在每次综合测评之前，我们都会把往年综测题目用multisim仿真软件给全部仿真一遍，但是我们发现，有一些电路在仿真时工作很理想，但是跟实际在洞洞板上搭出来往往有不小的差别，差别最大的往往就是一些振荡电路（例如ne555，文氏电桥等），这可能是跟仿真软件的仿真时间跨度有关。而很不凑巧的是，一些振荡电路往往就是最最基础的第一题，做不出来后面的分全都拿不到。所以我建议是同学们在仿真之后，对于一些很重要的振荡电路，都亲自动手焊一遍、调一遍，再把合适的参数记下来，这样到了综测现场才不会在最基本的点上翻车。指标不要压线：比如综测指标要求波形幅度大于等于1.0 V，就不要把波形调成刚好1.x V，留多一些余量，最好是用滑阻弄成可调。这一点是我们队在综测时唯一的遗憾，我们队在产生正交波形的时候，利用的是类似RC电路构成的低通滤波器去移相90°，但是在自己测的时候，忽略了RC低通在不同频率对幅度的影响，导致了在验收时把频率变高之后幅度下降到了0.96V左右，刚好调节放大倍数的电阻用的是定阻动不了，只能被扣分了。仔细审题：在广西区，今年综合测评十个队有九个队把正交误当成反相的。现在的电赛题目是越来越难了，所要用到的电路模块也越来越多，推荐同学们平时就要准备一些常用的、好用的模块，比如电平抬高电路、移相器电路、各种组态的运放电路、单片机核心板、DDS，在模块成熟之后去开板备用。这样在比赛的时候才能信手拈来，做到有备无患，避免在一些简单模块上临时做、当场调，而浪费了大量宝贵的时间。致谢：写在最后却最重要的，是要感谢桂林电子科技大学，感谢赵中华老师、刘涛老师、童有为老师，感谢他们在比赛中对我们的付出，感谢他们在平时的学习上、生活上对我们的帮助，没有他们就没有我们如今的这份成绩！达尔闻为参加电赛的同学们准备了以下课程：
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