itc49617050

東南科技大學 

資訊科技與通訊學系 

九十九年度實務專題報告 

 年制部別：  四年制大學部　　　　　 　　　 

 班    級：  四年甲班　　　　　　　　 　　 

 姓    名：鄭鈺  劉尚霖                    

 學    號：49617046 49617050            

 指導老師：  林煌彰 老師　　　　 　　　　

中華民國九十九年十二月 

學校名稱：東南科技大學 

系    別：資訊科技與通訊學系 

題目名稱：音頻脈波訊號應用 

指導老師：林煌彰 老師 

學生學號：49617046 49617050

學生姓名：鄭鈺      劉尚霖          

完成年月：中華民國九十九年十二月 

指導老師簽名： 

目                     錄 

項        目                       頁      次 

一、緒    論．．．．．．．．．．．．．．．．．． 

二、研究背景與目的．．．．．．．．．．．．．．

三、工作原理  ．．．．．．．．．．．．．．．．．

   PAM原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．

   PAM延伸．．．．．．．．．．．．．．．．．．

四、製作過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．

五、結論．．．．．．．．．．．．．．．．．

六、參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．

七、成品展示．．．．．．．．．．．．．．．．．

緒論

    調變以及解調變系統，是日常生活中與我們緊緊相關的，無論是在手機通信、影像或是影音的傳輸中都有調變及解調變的系統存在，雖然調變與解調變系統僅僅是一個電子產品的某一個小小的部分，但這個部分卻是一個非常重要的部分，他負責將訊號調變以使訊號傳輸更快速，更能傳到較遠的距離，但我們卻不能感覺得到它的存在以及其重要性。

一個調變解調變器，必須要訊號不失真，並能完整的解讀訊號，使系統或是使用者可以正確無誤的收到資訊；並且可使資料的傳輸距離越拉長，周邊的成本也會因此降低。

因為需要所有有三種不同的調變方法，分別是振幅調變、頻率調變以及相位調變，而這次主我們探討的是脈波振幅調變(Pulse-amplitude modulation,PAM)的訊號變化以及其工作原理，並利用較簡單的方法製作電路板，來降低成本，從中可學習一個製作電路板的簡略流程。

1

研究背景與目的

    在通訊系統中，信號就是調變和解調變所要傳送的資訊。而在數位通信中，傳送的資訊是數據。數據調變是將數據資料載在射頻載波的過程而解調變即是將數據資料從射頻信號中取出的過程。

調變是通訊系統中一個極重要的技術，其原理是把要傳輸的資料加入載波後在介質間傳輸，達目的後再把載波濾除，就可還原出資料；利用訊號對載波的振幅、頻率或相位進行某種程度的改變，以便使訊號在傳輸過程中，達到免除雜訊干擾或提升傳送距離等目的。

調幅是最簡單的調變技術，其原理是以原始訊號去改變載波振幅的大小，以得到調變訊號；調頻是以原始訊號去改變載波頻率，以得到調變訊號，因此稱為頻率調變；調相顧名思義就是以遠使訊號去改變載波的相位，以得到調變訊號；脈波是指在極短之時間內，急速的由某一位準變成另一位準而又恢復原狀的電壓或電流。

這次的研究，我們選擇了脈波振福調變器來做探討，並接上晶體放大電路來做一個訊號的放大，當訊號接上脈波振幅調變器後，訊號會被調變再經過解調還原成原來的訊號，最後在接上晶體放大器將訊號放大，以實際來探討PAM傳輸過程中訊號的變化。

2

工作原理：

脈波調變可用來傳遞類比信號之用。其原理是將連續的類比信號波形在固定的速率下作取樣，將取樣值以同樣速率傳輸至接收端。在接收端，再將此取樣後傳輸之脈波信號重建回原來類比信號。

脈波調變可分為類比式調變與數位式調變。前者包括脈波振幅調變(Pulse-amplitude modulation,PAM)脈波寬度調變(Pulse-time modulation,PTM)有時PTM又稱之為PWM(pulse width modulation,PWM)，後者則如脈波編碼調變(pulse code modulation,PCM)。脈波調變之取樣時間必須遵循「取樣定理」以免失真。

取樣定理(sampling theorem)：任何脈波調變系統的取樣速率若超過最大信號頻率2倍以上，則接收端重建回原始信號所產生的失真程度會最小。           

脈波振幅調變(Pulse Amplitude Modula-tion，PAM)

此系統是以固定的時間間隔對信號取樣，所取樣信號大小以兩種不同振幅大小的脈波訊號，分別來表示數位信號「1」或「0」並正比於取樣瞬間信號振幅大小。

3

脈波振幅調變又稱為平頂取樣(flat-top sampling)，(圖示2-1)：

     圖2-1

PAM為信息信號在leading edge之取樣，因此PAM高度和信息信號之取樣成正比。

產生PAM信號之操作步驟稱為〝取樣和保持(sample and hold)〞。

步驟1：每隔 秒對信息 信號做取樣。

(注意取樣步驟須滿足取樣定理)

步驟2：將每個 取樣值拉長至在區間維持定值。

信號產生方式(如圖2-2)：

   圖2-2

其中 為以脈衝串對信息信號做取樣之信號(如圖2-3)

即                                      

圖2-3

4

電路圖(2-4)：

                                                      圖2-4

信號解調方式

先經過二極體檢波器，檢波再輸出至低通濾器即可還原回原信號。由頻譜分析可知欲重建原始信號       

步驟1：將通過一 低通濾波器(重建濾波器)。

步驟2：使用等化器(Equalizer)補償失真。

若 ，則信號可被完美重建。

5

信號重建方塊(圖2-5)：

                  圖2-5

其中W為 之頻寬

電路圖(2-6)：

                                                             圖2-6

6

PAM的產生法可將信號與取樣脈衝同時輸入AND閘，其輸出再經波型整型網路，將波型頂部整成平坦狀。

圖2-7

圖2-8         

                                                    7

圖2-9

圖2-10

8

PAM與其脈波調變波型的比較圖(如圖2-11)

               圖2-11

9

PAM延伸

脈波符碼調變（Pulse code modulation, PCM）：

PCM的產生，須先透過取樣取得與原信號振幅成正比的脈波（此即PAM信號），再將比PAM信號量化及編碼甚至再加上控制碼即可直接透過纜線作傳輸或再經調變後由發射機發射出去。在接收端，PCM先轉成PAM信號，再解調回原始類比信號。目前長距離電話語音通訊大都採用PCM方式傳輸。

10

製作過程

先以pad2pad軟體繪出電路圖(如圖3-1)

                         圖3-1

將電路圖印成投影片(如圖3-2)

圖3-2

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將銅箔板，銅面先以橡皮擦大致擦過一遍，可使電路較易印上(如圖3-3)

圖3-3

接著把投影片切割成適當大小黏在銅板上，將以處理過的銅箔版放進護貝機連續加熱30分鐘

圖3-4

◎原理：用高溫將投影片上的碳粉轉印到銅箔板上，類似雷射印表機

12

調製蝕刻劑(如圖3-5)

將蝕刻劑混入600ml的冷水中

                                                            圖3-5

準備另一個水盆，將裡面裝入熱水，用來加速蝕刻速度(如圖3-6)

圖3-6

13

將板子放入水盆中蝕刻，蝕刻劑會將銅箔面侵蝕，僅留下先前轉印好的部分。蝕刻完成後鑽孔(如圖3-7)

                (此圖3-7)↑為蝕刻完成並鑽完孔的電路板

將元件插好，開始焊接(如圖3-8)

                                                         圖3-8

14

完成品如下

圖3-9↑(放大電路)

圖3-10(PAM調變)↑

                          ↑(解PAM調變)圖3-11

15

將實驗完的廢蝕刻液摻入處理粉，使蝕刻溶液結晶，避免腐蝕水管(如圖3-12)

16

實驗結果：

訊號輸入前的波形：

經過ＰＡＭ調變：

解調後的波形：

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將波型接上放大電路

接上前：

接上電路板：

輸出波形

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心得:這次專題讓我學了很多了解很多電路,找了很多資料發現寫專題報告是很費工夫的要做好的專題要很用心花很多世間去完成,這次專題還差點做不出來還真的有電被嚇到了,還好在最後關頭聲音有出來,出現了轉機,專題發表還蠻好玩的,第一次穿西裝,穿的很正式然後我們抽到的是最後一組發表報告,看到別人發表報告有好幾組都好厲害發覺我們做得好像真的不是很好,終於輪到我們報告了,報告時我還一直按錯出糗,還好評審老師對我們的專題沒有太大的疑問,結果我們這組是最快報告完的,然後就去其他組看一下他們報告的狀況,其他組別人很多這次的專題發表學習到很多東西,真感謝學校有辦專題發表的比賽,這學期老師教了很多影片的應用方法,讓我也學了很多也感謝老師有開這門課