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)法載波提取)通信系統(tǒng)的工作原理和信息傳 輸方案，掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與參數(shù)選擇原則。(2) 熟悉SY STEMVIEW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(jì)。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

2、，而且頻帶利用率也高，所以在中高 速數(shù)傳中得到廣泛的應(yīng)用。(1) 時域表達(dá)式：Bpsk =Acos& ct+® n)發(fā)送0時，®是0°發(fā)送1時，®是180°。7n'7n(2) 2PSK的調(diào)制：開關(guān)電路(b)(3) 2PSK言號:圖2 2PSK信號示意圖(4) 2PSK勺相干解調(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(jì)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。圖中各點(diǎn)信號波形如下:圖4解

3、調(diào)過程波形圖(5)倒二現(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(shí)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

4、理框圖如下，接收信號進(jìn)行平方變換后包含有倍頻 2c分量， 若用一窄帶帶通濾波器將2 . c濾出，再進(jìn)行二分頻就能獲得所需的載 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。鎖相環(huán)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(shí)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(jìn)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

5、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(diǎn)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)字信號極性完全相反，1、0倒置?？朔辔荒：畛Ｓ?的是差分編碼。三. 系統(tǒng)仿真利用SYSTEMVIE進(jìn)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、& 9、10、13構(gòu)成平方環(huán)電路，提取載波。其中,

6、6是倍頻，7是中心160kHz的帶通，濾除倍頻以外的頻率信號；89、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160kHz,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(yùn)行后，關(guān)鍵點(diǎn)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）Sink 125Oe-0-±TU4 二矍圖7數(shù)字基帶信號（20kHz）2l0e-B

7、2Weh6370e-Bino圖 8 2PSK 信號(80kHz)JS,二三一逞210&62&oe330*61706290*Time in StcondsSySEemView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_11_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，說明基帶信號在該系統(tǒng)中完成了正確傳輸。四. 電路設(shè)計(jì)應(yīng)用Altium Designer軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和PCB制作，平方環(huán)載 波提取的電路設(shè)計(jì)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；

8、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：穩(wěn)壓電源應(yīng)用常見的7805 7905三端穩(wěn)壓集成電路，輸出一 5V典型值電壓VRIVCC圖12穩(wěn)壓電源(1) 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(jì)算得：V /R18VD -50 -3.8k1，Vd =07V，| 5 = 1mA.I 5CIO叭F圖13倍頻器電路(2) 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

9、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)f低=2“c =150，C=47Pf(低通常用)計(jì)算得R3=24k。2 Fin M> Pt AIN a PCB1KVDDVCOinVCOIN CIA CIBRlR2INHSFOUT4譏工心XOOUTLDPCIOUTIX：2OIJT2_±£547pF100K圖14鎖相環(huán)電路(3) 分頻器CD4013B是雙觸發(fā)器，應(yīng)用其中一路，很容易實(shí)現(xiàn)方波二分頻。VCOoulQIVDD0102> f 1 L k ResellClwk2 彳DIRcscl?D2VSSSet：U414CD4

10、0I.FiIJOTr-4VSS(5)原理圖總覽圖16原理圖2.PCB布線對原理圖進(jìn)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(jìn)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。第一次PCB制圖時沒有安放輸入輸出信號孔52R«R33 倉o2C21R -nu斗匚R,R-c wc"回理軫籌雷昌2cl±OUTPUT 倉1 3 L 1 3INPUT257Rr圖18 PCB底層32 oR-SI承 122R-3u22cOUTPUTINPUT53R25圖17 PCB制圖結(jié)果R21INPUTU4OUTPUT33五.數(shù)據(jù)手冊中的示例電路*CC12V<fcMC1496a j vjc100AA/V扎拆：T；醜l+0k< 2 *恰“右Ig 1M 汕篇輸葉IbVdcMFigure 30. Low-Frequency Dou