PSK移相鍵控調(diào)制電路設(shè)計(jì)與制作

1、PSK 移相鍵控調(diào)制電路設(shè)計(jì)與制作一、目的1掌握二相BPSK （DPSK ）調(diào)制的工作原理及電路組成。2了解載頻信號(hào)的產(chǎn)生方法。3掌握二相絕對(duì)碼與相對(duì)碼的碼型變換方法。二、原理絕對(duì)移相鍵控（PSK ）是采用直接調(diào)相法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是用輸入的基帶信號(hào)直接控制已輸入載波相位的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)相位鍵控。圖1是二相PSK （DPSK ）調(diào)制器電路框圖，圖2是它的電原理圖。圖1 二相PSK （DPSK ）調(diào)制器電路框圖（一）電路基本工作原理數(shù)字相位調(diào)制又稱為移相鍵控。它是利用載波相位的變化來(lái)傳遞數(shù)字信息的。通常又可把它分成絕對(duì)移相與相對(duì)移相兩種方式。絕對(duì)移相就是利用載波不同相位的絕對(duì)值來(lái)傳遞信息。那么，怎樣才能

2、讓載波不同相位的絕對(duì)值來(lái)傳遞數(shù)字信息呢？如果讓所需傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)控制載波相位改變，而載波的振幅和頻率都不變，那么就得到載波的相位發(fā)生變化的已調(diào)信號(hào)，我們把這種調(diào)制方式稱為數(shù)字相位調(diào)制。即移相鍵控PSK 調(diào)制。PSK 在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種極重要的調(diào)制方式，它的抗干擾噪聲性能及通頻帶的利用率均優(yōu)先于ASK 移幅鍵控和FSK 移頻鍵控。因此，PSK 技術(shù)在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了十分廣泛的應(yīng)用。當(dāng)傳送消息為一隨機(jī)序列時(shí)，例如話音信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼后的數(shù)字信號(hào)或其它數(shù)據(jù)信號(hào)，則傳送的調(diào)相信號(hào)也相應(yīng)的為一隨機(jī)的振蕩序列，其相位與傳送消息相對(duì)應(yīng)，如圖3所示。下面對(duì)圖2中的電路作一分析： 圖3 二相PSK

3、調(diào)制信號(hào)波形 1 內(nèi)載波發(fā)生器 電路如圖4所示。圖4 1.024MHz 內(nèi)載發(fā)生器圖4從電路中可知，來(lái)自信號(hào)發(fā)生器的1.024MHz 方波信號(hào)輸入至C 3的耦合電容上，由L 1、C 4、C 5可調(diào)電容，將1.024MHz 方波信號(hào)變換成1.024MHz 的正弦波信號(hào)，其中調(diào)節(jié)R 5可改變輸出信號(hào)的幅波，由BG 1等組件組成的是射隨器電器，它起隔離作用。輸出信號(hào)送至載波信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K 1的1腳。內(nèi)載波亦可由K 1切換成512K 正弦波。2載波倒相器模擬信號(hào)的倒相通常采用運(yùn)放作倒相器，在本實(shí)驗(yàn)電路中，如圖5所示，電路由U 4（LM318）、R 10、R 11組成，來(lái)自1.024MHz 載波信號(hào)經(jīng)電

4、阻R 10輸入到高速運(yùn)放LM318的反相輸入端2腳，在運(yùn)放的輸出端即可得到一個(gè)反相的載波信號(hào)，即相載波信號(hào)。為了使后面的合路后的0相載波與相載波的幅度相等，在載波倒相器電路中加了增益調(diào)整電位器R 11。3信碼反相器由U1：C （74LS04）組成。 4模擬開(kāi)關(guān)相乘器對(duì)載波的相移鍵控是用乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常用的乘法器有環(huán)行調(diào)制器、模擬乘法器集成電路以及模擬開(kāi)關(guān)電路等，本實(shí)驗(yàn)采用的是模擬開(kāi)關(guān)4066作乘法器，電路如圖5右半部分。 4066是一種4路雙向模擬開(kāi)關(guān)，其中每一路引腳互相獨(dú)立。圖5 載波倒相器，模擬開(kāi)關(guān)相乘器下面再作詳細(xì)分析4066多路多向模擬開(kāi)關(guān)在本實(shí)驗(yàn)電路中的工作原理。從圖可知。0相載波

5、與相載波分別加到模擬開(kāi)關(guān)1：U 5A 的輸入端（1腳）、模擬開(kāi)關(guān)2：U 5B 的輸入端（11腳），在數(shù)字基帶信號(hào)的信碼中，它的正極性加到模擬開(kāi)關(guān)1的輸入控制端（13腳），它反極性加到模擬開(kāi)關(guān)2的輸入控制端（12腳）。用來(lái)控制兩個(gè)同頻反相載波的通端。當(dāng)信碼為“1”碼時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)1的輸入控制端為高電平，模擬開(kāi)關(guān)1導(dǎo)通，輸出0相載波，而模擬開(kāi)關(guān)2的輸入控制端為低電平，模擬開(kāi)關(guān)2截止。反之，當(dāng)信碼為“0”碼時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)1的輸入控制端為低電平，模擬開(kāi)關(guān)1截止。而模擬開(kāi)關(guān)2的輸入控制端卻為高電平，模擬開(kāi)關(guān)2導(dǎo)通。輸出相載波，兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的輸出通過(guò)載波輸出控制開(kāi)關(guān)K 3合路迭加后輸出，即為二相PSK 調(diào)制信

6、號(hào)，波形如圖6所示。 圖6 模擬開(kāi)關(guān)乘相器工作波形5差分編碼器在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于相對(duì)移相鍵控調(diào)制具有干抗干擾噪聲能力強(qiáng)，在相同的信噪比條件下，可獲得比其它調(diào)制方式（例如：ASK 、FSK ）更低的誤碼率，因而這種方式廣泛應(yīng)用在實(shí)際通信系統(tǒng)中。DPSK 調(diào)制是采用碼型變換法加絕對(duì)調(diào)相來(lái)實(shí)現(xiàn)，即把數(shù)據(jù)信息源（如：偽隨機(jī)碼發(fā)生器輸出的偽隨機(jī)碼序列、增量調(diào)制編碼器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)或脈沖編碼調(diào)制PCM 編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)）作為絕對(duì)碼序列a n ，通過(guò)差分編碼器變成相對(duì)碼序列b n ，然后再用相對(duì)碼序列b n ，進(jìn)行絕對(duì)移相鍵控，此時(shí)該調(diào)制的輸出就是DPSK 已調(diào)信號(hào)。 圖7是絕對(duì)與相對(duì)碼轉(zhuǎn)換電路，即

7、差分編碼器電路。圖7 差分編碼器電路上面已對(duì)絕對(duì)移相作了分析，那么相對(duì)移相的含義是什么？所謂相對(duì)移相，就是利用載波相位的相對(duì)值來(lái)傳遞信息，也就是利用前后碼元載波相位的相對(duì)變化來(lái)傳遞信息，所以也稱為“差分移相”?！敖^對(duì)移相”的原理提出還是比較早的，然而由于技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的困難，一直未能在實(shí)際系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，只是后來(lái)提出了“相對(duì)移相”后，才使移相鍵控付諸于實(shí)現(xiàn)。理論分析和實(shí)際試驗(yàn)證明：在恒參信道下，移相鍵控比振幅鍵控、頻率鍵控，不但具有較高的抗干擾性能，而且可更經(jīng)濟(jì)有效地利用頻帶。所以說(shuō)它是一種比較優(yōu)越的調(diào)制方式，因而在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。在絕對(duì)相移方式，由于發(fā)端是以兩個(gè)可能出現(xiàn)的相位之中一個(gè)相位作

8、基準(zhǔn)的。因而在收端也必須有這UU2U2U1U1入入t出出樣一個(gè)相同的基準(zhǔn)相位作參考，如果這個(gè)參考相位發(fā)生變化（0相變相或相變0相），則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生0變1或1變0，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。在實(shí)際通信時(shí)參考基準(zhǔn)相位的隨機(jī)跳變是可能發(fā)生的，而且在通信過(guò)程中不易被發(fā)現(xiàn)。如，由于某各種突然的騷動(dòng)，系統(tǒng)中的觸發(fā)器可能發(fā)生狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，鎖相環(huán)路穩(wěn)定狀態(tài)也可能發(fā)生轉(zhuǎn)移，等等，出現(xiàn)這種可能時(shí)，采用絕對(duì)移相就會(huì)使接收端恢復(fù)的數(shù)據(jù)極性相反。如果這時(shí)傳輸?shù)氖墙?jīng)增量調(diào)制的編碼后話音數(shù)字信號(hào)，則并不影響話音的正?；謴?fù)，只是在相位發(fā)生跳變的瞬間，有噪聲出現(xiàn)。但如果傳輸?shù)氖怯?jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，這將會(huì)使恢復(fù)的數(shù)據(jù)面目全非

9、，為了克服這種現(xiàn)象，通常在傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)采用二相相對(duì)移相（DPSK ）方式。DPSK 是利用前后相鄰碼元對(duì)應(yīng)的載波相對(duì)相移來(lái)表示數(shù)字信息的一種相移鍵控方式。 圖8 PSK DPSK編碼波形絕對(duì)碼是以基帶信號(hào)碼元的電平直接表示數(shù)字信息的，如規(guī)定高電平代表“1”，低電平代表“0”。 相對(duì)碼（差分碼）是用基帶信號(hào)碼元的電平與前一碼元的電平有無(wú)變化來(lái)表示數(shù)字信息的，如規(guī)定：相對(duì)碼中有跳變表示1，無(wú)跳變表示0。 圖9是差分編碼器電路，可用模二加法器延時(shí)器（延遲一個(gè)碼元寬度T b ）來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩種碼的互相轉(zhuǎn)換。設(shè)輸入的絕對(duì)碼a n 為1110010碼，則經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)碼器后輸出的相對(duì)碼b n 為1011100，即圖

10、10是它的工作波形圖。 圖10 差分編碼器的工作波形圖PSK 移相鍵控解調(diào)（含載波提取）電路設(shè)計(jì)與制作一、目的1掌握二相（PSK 、DPSK ）解調(diào)器的工作原理與系統(tǒng)電路組成。 2熟悉二相相對(duì)移相與絕對(duì)移相的轉(zhuǎn)換方法。DPSK波形bnan。1-=n n n b a b3掌握二相（PSK、DPSK）系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。 二、原理 二相 PSK（DPSK）解調(diào)器的總電路方框圖如圖 1 所示。二相 PSK（DPSK）的載波為 1.024MHz，數(shù) 字基帶信號(hào)的碼元速率為 32bit/s。 圖1 解調(diào)器總方框圖 從圖 1 可見(jiàn)，該解調(diào)器由三部分組成：載波提取電路、位定時(shí)恢復(fù)電路與信碼再生整形

11、電路。載波恢 復(fù)和位定時(shí)提取，是數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。載波恢復(fù)的具體實(shí)現(xiàn)方案是和發(fā)送端的 調(diào)制方式有關(guān)，以相位鍵控為例，有：N 次方環(huán)、科斯塔斯環(huán)(Constas、逆調(diào) 圖2 同相正交環(huán)提取載波電原理方框圖 制環(huán)和判決反饋環(huán)等。近幾年來(lái)由于數(shù)字電路技術(shù)和集成電路的迅速發(fā)展，又出現(xiàn)了基帶數(shù)字處理載波跟 蹤環(huán)，并且已在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的使用。但是，為了加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)及對(duì)基本理論的理 解，我們從實(shí)際出發(fā)，選擇同相正交環(huán)解調(diào)電路作為基本實(shí)驗(yàn)。圖 2 是電原理框圖，圖 3 是電原理圖。 C4 U2A 4066 VCC 1 2 VCC +12V 4 C5 U3A 1 +12

12、V 0.1u 3 0.1u 2 R11 1K U4 U6A 7 1 3 11 2 8 6 5 R8 22K R7 1K 2 U7E 10 3 U7B 4 5 U7C 6 TL084 11 3 13 PSK-IN C1 調(diào)調(diào)調(diào)調(diào) 0.033u BG1 9013 TP2 C2 0.033u 2 +12V 8 6 5 R5 100 U1 7 0.1u R9 22K -12V 0.1u -12V 1 VCC 4 1 TP1 R1 10K C6 R10 1K LM311 C8 74LS86 U7A 2 9 74LS04 U7D 8 74LS04 TP7 J2 RD DATA 74LS04 TP3 C3

13、TP5 C7 91p 74LS04 74LS04 VCC 3 4 1 R2 39K R3 51 R4 3.6K LM311 0.033u R6 1.6K U10A 5 Q PRE D CLK 6 Q CLR 1 2 3 4 RW2 D4 E1 C14 100u 0.033u -12V 100K 05W5.0 74LS74 +12V VCC -12V VCC R14 22K D1 LED(R R21 5.6K D2 D3 11 VCC U2B 4066 10 C10 +12V C9 91p R13 22K R12 1K 13 12 LED(O LED(B R22 1K R23 30K U3D 1

14、4 0.1u 2 R16 1K U5 7 R18 10K 1 2 3 4 5 6 7 8 U8 2Vf 1Vf 1Vr 1Cext 1Cext 1G 1Y GND Vcc Vcc2Vr 2Cext 2Cext 2G 2Y GND TL084 3 12 4 1 R15 1K C11 LM311 R19 1K C21 100P VCC 16 15 14 13 12 11 10 9 8 6 5 0.1u -12V VCC VCC VCC 13 13 74LS124 RW1 10K TP4 C12 U9B 8 Q CLR CLK 11 12 9 PRE Q D 11 12 TP6 8 Q 9 74LS

15、74 10 VCC R24 5.1K 10 圖3 PSK 移相鍵控解調(diào)實(shí)驗(yàn)電原理圖 （一） 二相（PSK、DPSK）信號(hào)輸入電路 電路見(jiàn)圖 4 所示，由 BG1（9013）組成射隨器電路，對(duì)發(fā)送端送來(lái)的二相（PSK、DPSK）信號(hào)進(jìn)行前 后級(jí)隔離，由 U1（LM311）組成模擬信號(hào)放大電路，進(jìn)一步對(duì)輸入小信號(hào)前二相（PSK、DPSK）信號(hào)進(jìn) 行放大后送外鑒相器與鑒相器分別進(jìn)行鑒相。 PRE Q CLR CLK D C15 0.1u C16 0.1u C17 0.1u C18 0.1u C19 0.1u C20 0.1u U10B R20 5.1K 5100p C13 0.01u 74LS74

16、SW1 VCC 圖4 二相（PSK、DPSK）信號(hào)輸入電路 （二） 同相正交環(huán)鎖相環(huán)提取載波電路 從圖 2 電原理方框圖中可知，在這種環(huán)路里，誤碼信號(hào)是由兩個(gè)鑒相器提供的。VCO 壓控振蕩器給出 兩路互相正交的載波信號(hào)分別送至兩鑒相器，輸入的二相（PSK、DPSK）信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)鑒相器分別鑒相后， 由低通濾波器濾除載波頻率以上的高頻分量，分別送入兩判決器后得到基帶信號(hào) Ud1 與 Ud2，其中 Ud1 中包 含著碼元信息，但無(wú)法對(duì) VCO 壓控振蕩器進(jìn)行控制。只有將 Ud1、Ud2 經(jīng)過(guò)基帶模擬相乘器相乘后，就可 以去掉碼元信息，得到反映 VCO 輸出信號(hào)與輸入載波間的相位差的誤碼控制電壓，從而

17、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)了對(duì) VCO 壓控振蕩器的控制。它們的實(shí)際電路見(jiàn)圖 42-3 所示。包括鑒相器 1，鑒相器 2，低通濾波器 1，低通濾波器 2，比較判決器 1，比較判決器 2，相乘器，環(huán)路濾波器，VCO 壓控振蕩器，數(shù)字分頻移相器等電路組成。 具體工作過(guò)程如下：由 U1（LM311）模擬運(yùn)放放大后的信號(hào)分兩路輸出至兩鑒相器的輸入端，鑒相 1 與鑒相器 2 的控制信號(hào)輸入端的控制信號(hào)分別為 0 相載波信號(hào)與/2 相載波信號(hào)。這樣經(jīng)過(guò)兩鑒相器輸出 的鑒相信號(hào)再通過(guò)有源低通濾波器濾掉其高頻分量，再由兩比較判決器完成判決解調(diào)出數(shù)字基帶信碼，由 U6A 構(gòu)成的相乘器電路，去掉數(shù)字基帶信號(hào)中的數(shù)字信息。得到反映恢復(fù)

18、載波與輸入載波相位之差的誤差 電壓 Ud，Ud 經(jīng)過(guò)環(huán)路低通濾波器 R18、R19、C12 濾波后輸出了一個(gè)平滑的誤差控制電壓，去控制 VCO 壓 控振蕩器 74LS124。 它的中心振蕩輸出頻率范圍從 1Hz 到 60MHz，工作環(huán)境溫度在 070 C，當(dāng)電源電壓工作在+5V、頻 率控制電壓與范圍控制電壓都為+2V 時(shí)，74LS124 的輸出頻率表達(dá)為：f0=110-4/Cext，在實(shí)驗(yàn)電路中，調(diào) 節(jié)精密電位器 RW（100K） 的阻值， 使頻率控制輸入電壓 （74LS124 的 2 腳） 與范圍控制輸入電壓 （74LS124 2 的 3 腳）基本相等，此時(shí)，當(dāng)電源為+5V 時(shí)，才符合：f0

19、=510-4/Cext，再改變電容 CA701，使 74LS124 的 7 腳輸出為 4.096MHz 方波信號(hào)。 74LS124 的 6 腳為使能端， 低電平有效， 它開(kāi)啟壓控振蕩器工作； 74LS124 當(dāng) 的 7 腳輸出的中心頻率偏離 4.096MHz 時(shí)， 此時(shí)可調(diào)節(jié) RW1 和 RW2， 用頻率計(jì)監(jiān)視測(cè)量點(diǎn) TP4 上的頻率值， 使其準(zhǔn)確而穩(wěn)定地輸出 4.096MHz 的載波信號(hào)。 該 4.094MHz 的載波信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻(4電路：U9B 與 U10A（74LS74）兩次分頻變成 1.024MHz 載波 信號(hào)，并完成/2 相移相。由 U10B 的 9 腳輸出/2 相去鑒相器 2 的控制信號(hào)輸入端 U2B（4066）的 12 腳， 由 U10A 的