2PSK平方环法载波提取

1、2PSK平方环法载波提取 +原理图+PCB一. 课题目的(1) 了解2PSK (平方环法载波提取)通信系统的工作原理和信息传 输方案，掌握系统的设计方法与参数选择原则。(2) 熟悉SY STEMVIEW的使用，完成2PSK通信系统和平方环提 取载波的仿真。(3) 根据需要选择相关芯片，完成原理图和 PCB图的设计。二. 原理介绍1.2PSK信号的调制和解调2PSK中以载波的不同相位去直接表示相应的数字信息，载波的 振幅和频率都是不变的。载波相位随基带脉冲的变化而取相应的离散 值，通常用相位0°和180°来分别表示1或-1。这种PSK波形在抗 噪声性能方面比ASK和FSK都好

2、，而且频带利用率也高，所以在中高 速数传中得到广泛的应用。(1) 时域表达式：Bpsk =Acos& ct+® n)发送0时，®是0°发送1时，®是180°。7n'7n(2) 2PSK的调制：开关电路(b)(3) 2PSK言号:图2 2PSK信号示意图(4) 2PSK勺相干解调：PSK信号恒包络，是利用相位传递信息的，所以在接收端必须采 用相干解调，此次设计要求用平方环提取相干载波。2PSK信号经过带通滤波器得到有用信号，经相乘器与本地载波 相乘再经过低通滤波器得到低频信号，再经抽样判决得到基带信号。图中各点信号波形如下:图4解

3、调过程波形图(5)倒二现象:在2PSK中，由于发端以某一个相位作为基准的，因而在接收端 也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果提取的相干载波相位发 生180°变化，则恢复的数字信号正好相反，0变为1,1变为0。实际 通信时，系统中分频器可能发生状态转移， 锁相环的稳定状态也可能 发生转移，所以参考基准相位的跳变是可能的，这样采用2PSK方式就会在接收端发生完全相反的恢复。2平方环提取载波2PSK的相干解调中需要本地载波，平方环法是设法从接收信号 中提取同步载波。PSK信号虽然本身不直接含有载波分量，但经过某 种非线性变换后，将出现载波的谐波分量，可以再利用分频器提取出 载波分量。原

4、理框图如下，接收信号进行平方变换后包含有倍频 2c分量， 若用一窄带带通滤波器将2 . c滤出，再进行二分频就能获得所需的载 波。为使提取的载波更纯净，用锁相环代替窄带滤波器；另外，二分 频电路使提取的载波信号可能存在 180°相位模糊问题。锁相环图5平方环法提取载波原理图(1) 锁相环结构：锁相环由鉴相器、低频滤波器、以及压控振荡器组成，鉴相器可由乘法器来实现，鉴相器输出的相位误差信号经过滤波，作为振荡器的控制信号，而振荡器的输出又反馈到鉴相器，与输 入的倍频信号进行比较。锁相环是一个相位负反馈系统，锁定后，压 控振荡器的输出信号的频率为 160kHz,相位跟踪输入信号，有一个 微

5、小误差。(2) 锁相环工作在可能锁定的任何一个稳定平衡点上，经分频器恢 复出的相干载波可能与所需要的理想的本地载波同相或反相，会使得解调出的数字信号极性完全相反，1、0倒置。克服相位模糊最常用 的是差分编码。三. 系统仿真利用SYSTEMVIE进行2PSK系统调制解调和提取相干载波的仿真,1.仿真原理图如下：图6 2PSK系统仿真图(1)器件6是基带信号，频率为20kHz; 2是正弦载波，80kHz, 3是反相。器件5在数字基带信号控制下选择输出 sin或cos波, 用键控方式完成2PSK信号调制，4显示2PSK信号。（2）器件6、7、& 9、10、13构成平方环电路，提取载波。其中,

6、6是倍频，7是中心160kHz的带通，滤除倍频以外的频率信号；89、10构成锁相环，乘法器8完成鉴相，低通滤波器9截止频率是150Hz, VC010频率160kHz,锁相环将频率稳定在倍频 160kHz；分频器13输出80kHz的方波。（3）器件16、17、18、29完成相干解调。已调信号和载波在器件16相乘，低通滤波器17截止频率21kHz，取包络信号，在比较器18与0比较，大于0,输出1;小于0,输出0。2系统仿真运行后，关键点波形如下：（为了清楚显示各信号对应关系，图7图10只截取了仿真的一部分）Sink 125Oe-0-±TU4 二矍图7数字基带信号（20kHz）2l0e-B

7、2Weh6370e-Bino图 8 2PSK 信号(80kHz)JS,二三一逞210&62&oe330*61706290*Time in StcondsSySEemView图9提取的方波载波(80kHZ)图10已调信号与相干载波相乘的波形原始信号解调输出_11_图11原始基带信号与解调后波形对比可以看出，输出结果和原信号相比只有一个很小的时延，但基本 相同，说明基带信号在该系统中完成了正确传输。四. 电路设计应用Altium Designer软件进行电路设计和PCB制作，平方环载 波提取的电路设计主要有四个模块：稳压电源、倍频、锁相环、二分 频，具体电路在数据手册中可以查到；

8、主要用到的芯片是：MC1496、 MC14046、CD4013B,并添加了各芯片的集成库。1各模块电路：稳压电源应用常见的7805 7905三端稳压集成电路，输出一 5V典型值电压VRIVCC图12稳压电源(1) 倍频器MC1496的本质是乘法器，在它的两个输入端都输入2PSK信号, 则可用做倍频器。倍频器电路可在数据手册中找到，但R18电阻值因电源电压值而有所不同，可计算得：V /R18VD -50 -3.8k1，Vd =07V，| 5 = 1mA.I 5CIO叭F图13倍频器电路(2) 锁相环MC14046内部包含相位比较器、压控振荡器和一些辅助电路， 外接一个低通滤波器即可构成锁相环。只

9、有和160kHz频率差小于低通截止频率150Hz的信号才会对锁相环电路工作产生影响'根据f低=2“c =150，C=47Pf(低通常用)计算得R3=24k。2 Fin M> Pt AIN a PCB1KVDDVCOinVCOIN CIA CIBRlR2INHSFOUT4讥工心XOOUTLDPCIOUTIX：2OIJT2_±£547pF100K图14锁相环电路(3) 分频器CD4013B是双触发器，应用其中一路，很容易实现方波二分频。VCOoulQIVDD0102> f 1 L k ResellClwk2 彳DIRcscl?D2VSSSet：U414CD4

10、0I.FiIJOTr-4VSS(5)原理图总览图16原理图2.PCB布线对原理图进行编译，导入 PCB文件中，采用手动调节和自动布 线结合的方法进行PCB的绘制，布线结果如下页图1719: 3遇到的问题及解决办法(1) 应用示例电路时应考虑具体环境，电源电压、信号频率等。(2) PCB制图时地线需加粗，设为 30mil。第一次PCB制图时没有安放输入输出信号孔52R«R33 倉o2C21R -nu斗匚R,R-c wc"回理轸筹雷昌2cl±OUTPUT 倉1 3 L 1 3INPUT257Rr图18 PCB底层32 oR-SI承 122R-3u22cOUTPUTINPUT53R25图17 PCB制图结果R21INPUTU4OUTPUT33五.数据手册中的示例电路*CC12V<fcMC1496a j vjc100AA/V扎拆：T；醜l+0k< 2 *恰“右Ig 1M 汕篇输叶IbVdcMFigure 30. Low-Frequency Dou