2PSK平方環(huán)法載波提取

1、2PSK平方環(huán)法載波提取+原理圖+PCB一課題目的（1）了解2PSK（平方環(huán)法載波提?。┩ㄐ畔到y(tǒng)的工作原理和信息傳輸方案，掌握系統(tǒng)的設(shè)計方法與參數(shù)選擇原則。（2）熟悉SYSTEMVIEW的使用，完成2PSK通信系統(tǒng)和平方環(huán)提取載波的仿真。（3）根據(jù)需要選擇相關(guān)芯片，完成原理圖和PCB圖的設(shè)計。二原理介紹1.2PSK信號的調(diào)制和解調(diào)2PSK中以載波的不同相位去直接表示相應(yīng)的數(shù)字信息，載波的振幅和頻率都是不變的。載波相位隨基帶脈沖的變化而取相應(yīng)的離散值，通常用相位0°和180°來分別表示1或-1。這種PSK波形在抗噪聲性能方面比ASK和FSK都好，而且頻帶利用率也高，所以在中高

2、速數(shù)傳中得到廣泛的應(yīng)用。（1） 時域表達式： 發(fā)送0時，是0°；發(fā)送1時，是180°。（2）2PSK的調(diào)制：圖1 2PSK調(diào)制器原理框圖（3）2PSK信號：圖2 2PSK信號示意圖（4）2PSK的相干解調(diào)：PSK信號恒包絡(luò)，是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須采用相干解調(diào)，此次設(shè)計要求用平方環(huán)提取相干載波。2PSK信號經(jīng)過帶通濾波器得到有用信號，經(jīng)相乘器與本地載波相乘再經(jīng)過低通濾波器得到低頻信號，再經(jīng)抽樣判決得到基帶信號。圖3 2PSK相干解調(diào)原理框圖圖中各點信號波形如下：圖4 解調(diào)過程波形圖（5）倒現(xiàn)象：在2PSK中，由于發(fā)端以某一個相位作為基準(zhǔn)的，因而在接收端也必須有

3、這樣一個固定基準(zhǔn)相位作參考。如果提取的相干載波相位發(fā)生180°變化，則恢復(fù)的數(shù)字信號正好相反，0變?yōu)?,1變?yōu)?。實際通信時，系統(tǒng)中分頻器可能發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移，鎖相環(huán)的穩(wěn)定狀態(tài)也可能發(fā)生轉(zhuǎn)移，所以參考基準(zhǔn)相位的跳變是可能的，這樣采用2PSK方式就會在接收端發(fā)生完全相反的恢復(fù)。2.平方環(huán)提取載波2PSK的相干解調(diào)中需要本地載波，平方環(huán)法是設(shè)法從接收信號 中提取同步載波。PSK信號雖然本身不直接含有載波分量，但經(jīng)過某種非線性變換后，將出現(xiàn)載波的諧波分量，可以再利用分頻器提取出載波分量。原理框圖如下，接收信號進行平方變換后包含有倍頻分量，若用一窄帶帶通濾波器將濾出，再進行二分頻就能獲得所需的載

4、波。為使提取的載波更純凈，用鎖相環(huán)代替窄帶濾波器；另外，二分頻電路使提取的載波信號可能存在180°相位模糊問題。圖5 平方環(huán)法提取載波原理圖（1） 鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)：鎖相環(huán)由鑒相器、低頻濾波器、以及壓控振蕩器組成，鑒相器可由乘法器來實現(xiàn)，鑒相器輸出的相位誤差信號經(jīng)過濾波，作為振蕩器的控制信號，而振蕩器的輸出又反饋到鑒相器，與輸入的倍頻信號進行比較。鎖相環(huán)是一個相位負(fù)反饋系統(tǒng)，鎖定后，壓控振蕩器的輸出信號的頻率為160kHz，相位跟蹤輸入信號，有一個微小誤差。（2） 鎖相環(huán)工作在可能鎖定的任何一個穩(wěn)定平衡點上，經(jīng)分頻器恢復(fù)出的相干載波可能與所需要的理想的本地載波同相或反相，會使得解調(diào)出的數(shù)字

5、信號極性完全相反，1、0倒置。克服相位模糊最常用的是差分編碼。三系統(tǒng)仿真利用SYSTEMVIEW進行2PSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)和提取相干載波的仿真，1.仿真原理圖如下：圖6 2PSK系統(tǒng)仿真圖（1） 器件6是基帶信號，頻率為20kHz；2是正弦載波，80kHz，3是反相。器件5在數(shù)字基帶信號控制下選擇輸出sin或cos波，用鍵控方式完成2PSK信號調(diào)制，4顯示2PSK信號。（2） 器件6、7、8、9、10、13構(gòu)成平方環(huán)電路，提取載波。其中，6是倍頻，7是中心160kHz的帶通，濾除倍頻以外的頻率信號；8、9、10構(gòu)成鎖相環(huán)，乘法器8完成鑒相，低通濾波器9截止頻率是150Hz，VC010 頻率160

6、kHz,鎖相環(huán)將頻率穩(wěn)定在倍頻160kHz；分頻器13輸出80kHz的方波。（3） 器件16、17、18、29完成相干解調(diào)。已調(diào)信號和載波在器件16相乘，低通濾波器17截止頻率21kHz，取包絡(luò)信號，在比較器18與0比較，大于0，輸出1；小于0，輸出0。2. 系統(tǒng)仿真運行后，關(guān)鍵點波形如下：（為了清楚顯示各信號對應(yīng)關(guān)系，圖7圖10只截取了仿真的一部分）圖7 數(shù)字基帶信號(20kHz)圖8 2PSK信號(80kHz)圖9 提取的方波載波(80kHZ)圖10 已調(diào)信號與相干載波相乘的波形原始信號解調(diào)輸出圖11原始基帶信號與解調(diào)后波形對比 可以看出，輸出結(jié)果和原信號相比只有一個很小的時延，但基本相同

7、，說明基帶信號在該系統(tǒng)中完成了正確傳輸。4 電路設(shè)計應(yīng)用Altium Designer軟件進行電路設(shè)計和PCB制作，平方環(huán)載波提取的電路設(shè)計主要有四個模塊：穩(wěn)壓電源、倍頻、鎖相環(huán)、二分頻，具體電路在數(shù)據(jù)手冊中可以查到；主要用到的芯片是：MC1496、MC14046、CD4013B，并添加了各芯片的集成庫。1.各模塊電路：（1） 穩(wěn)壓電源 應(yīng)用常見的7805、7905三端穩(wěn)壓集成電路，輸出5V典型值電壓。圖12 穩(wěn)壓電源（2） 倍頻器MC1496的本質(zhì)是乘法器，在它的兩個輸入端都輸入2PSK信號，則可用做倍頻器。倍頻器電路可在數(shù)據(jù)手冊中找到，但R18電阻值因電源電壓值而有所不同，可計算得：，.圖

8、13 倍頻器電路（3） 鎖相環(huán)MC14046內(nèi)部包含相位比較器、壓控振蕩器和一些輔助電路，外接一個低通濾波器即可構(gòu)成鎖相環(huán)。只有和160kHz頻率差小于低通截止頻率150Hz的信號才會對鎖相環(huán)電路工作產(chǎn)生影響，根據(jù)，C=47pf（低通常用）計算得R3=24。圖14 鎖相環(huán)電路（4） 分頻器 CD4013B是雙觸發(fā)器，應(yīng)用其中一路，很容易實現(xiàn)方波二分頻。圖15 二分頻電路（5）原理圖總覽圖16 原理圖2. PCB布線對原理圖進行編譯，導(dǎo)入PCB文件中，采用手動調(diào)節(jié)和自動布線結(jié)合的方法進行PCB的繪制，布線結(jié)果如下頁圖1719:3. 遇到的問題及解決辦法（1）應(yīng)用示例電路時應(yīng)考慮具體環(huán)境，電源電壓、信號頻率等。（2）PCB制圖時地線需加粗，設(shè)為30mil。（3）第一次PCB制圖時沒有安放輸入輸出信號孔。圖17 PCB頂層圖18 PCB底層圖17 PCB制圖結(jié)果5 數(shù)據(jù)手冊