专利名称：数字costas环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锁相环，尤其涉及一种数字COSTAS环，属于信号调制解调领域。
背景技术：
在接收机进行相干解调时，需要恢复与发送调制载波同频率同相位的本地载波。 对于普通调幅广播信号、无线电视发射的残留边带调制信号中含有的载波分量，采用锁相 环直接锁定接收信号中的载波分量即可完成恢复载波的工作，但是在很多应用中，为了提 高传输的功率效率，常采用抑制载波的调制方式进行通信传输。这时，就必须对接收调制信 号进行非线性处理以获得载波的高次谐波分量，并用锁相环锁定这一谐波分量，再通过分 频器分频恢复载波。而对于抑制载波的双边带调制，通常采用平方环或COSTAS环来提取载 波。数字科斯塔斯(COSTAS)环，常用于在微波通信以及卫星通信中的2PSK(也称 BPSK)相干调节中提取载波。COSTAS环有两个支路，一个为同向支路，另一为正交支路，因 此COSTAS环又称为同向-正交环。其两支路的输出相乘后得到控制电压，控制压控振荡器 (voltage-controlled oscillator，简称VC0)的频率。当系统处于同步状态时，VCO的输出 为恢复载波，同向支路输出的数据即为2PSK的解调输出，若θ是VCO输出电压与接收2PSK 信号载波之间的相位差，经环路滤波器(低通滤波)后所得到的控制电压ν(θ)与相位误 差θ成正比，其相当于鉴相器的输出，用此控制电压去控制VCO的频率。其中，环路滤波器 起到对输入信号的平均作用。也即，整个锁相环的设计应使得锁相环的稳态相位误差θ很 小，此时，VCO的输出就是所需提取的载波。COSTAS环的优点是环路工作频率为载波频率， 远远低于平方环的工作频率，实现成本较低。尽管数字COSTAS环在使用过程中不断得到改进，但是现有的数字COSTAS环的结 构仍然不够简化，并且其输出的载波信号的稳定性及响应的速度尚不能更好的满足需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有数字COSTAS环结构不够简化，并且其输出的载 波信号的稳定性及响应的速度不能更好的满足需求的问题。为解决上述技术问题，本发明提供了一种数字COSTAS环，其包括第一鉴相器、第 二鉴相器、信号移相模块、压控振荡器、环路滤波器，所述第一鉴相器和第二鉴相器的输出 端通过一第一乘法器耦接于所述环路滤波器的输入端，所述环路滤波器的输出端耦接于所 述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端通过一第二乘法器耦接于所述第一鉴相 器的输入端，所述压控振荡器的输出端还耦接于所述信号移相模块的输入端，所述信号移 相模块的输出端通过一第三乘法器耦接于所述第二鉴相器的输入端，其中，所述环路滤波 器包括PID控制器。本发明提供的数字COSTAS环通过将PID控制器(比例积分微分控制器)融合在 环路滤波电路中，不但结构得以简化，而且可以稳定、快速的解调出载波信号，也即，输出初
4始信号没有抖动及信号的延迟很小。根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述环路滤波器为一 PID控 制器。根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述PID控制器为二阶的比 例积分压控低通滤波电路。根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述PID控制器为开闭环自 适应结构。 根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述PID控制器包括一第一 电阻通过一第二电阻连接于一运算放大器的正向输入端，该运算放大器的正向输入端还通 过一第一电容连接于地，该运算放大器的反向输入端分别通过一第三电阻和第四电阻连接 于地和其输出端，该运算放大器的输出端和该第一电阻与第二电阻的节点之间连接有一第
二电容。根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述第一鉴相器和第二鉴相 器结构相同。根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述第一鉴相器或第二鉴相 器包括一第一电阻、一第二电阻和一第三电阻依次串联并与一第一运算放大器的正向输 入端连接，该第一运算放大器的输出端通过串联的一第四电阻和一第五电阻连接于一第二 运算放大器的正向输入端，该第一电阻和第二电阻的节点通过一第一电容连接于地，该第 二电阻和第三电阻的节点通过一第二电容同时连接于该第一运算放大器的正向输入端和 输出端，该第一运算放大器的正向输入端通过一第三电容连接于地，该第四电阻和第五电 阻的节点通过一第四电容连接于该第二运算放大器的反向输入端和输出端，该第二运算放 大器的正向输入端通过一第五电容连接于地。根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述信号移相模块包括一 第一场效应管的源极同时连接于一第一电阻的一端、一第一可变电阻的可变端和第一固定 端，该第一可变电阻的第二固定端连接于一第二场效应管的栅极，该第一场效应管的漏极 通过一第一电容连接于所述第二场效应管的栅极，所述第二场效应管的源极同时连接于一 第二电阻的一端、一第二可变电阻的可变端和第一固定端，该第二可变电阻的第二固定端 连接于一第三场效应管的栅极，该第二场效应管的漏极通过一第二电容连接于所述第三场 效应管的栅极，该第一场效应管的漏极连接于一第三电阻的一端，该第二场效应管的漏极 的连接于一第四电阻的一端，该第三电阻的另一端、该第四电阻的另一端和该第三场效应 的漏极与一第五电阻的一端同时连接，该第五电阻的另一端连接于该第一场效应管的栅 极，该第一场效应管的栅极还连接于一第六电阻的一端，该第六电阻的另一端同时连接于 该第一电阻的另一端和该第二电阻的另一端并通过一第七电阻连接于该第三场效应管的 源极。根据上述数字COSTAS环的一种优选实施方式，其中，所述第一场效应管、第二场 效应管和第三场效应管均为金属氧化物半导体场效应管。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明优选实施例的原理性结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。为了解决现有技术现有数字COSTAS环结构不够简化，并且其输出的载波信号的 稳定性及响应的速度不能更好的满足需求的问题，本发明提供一种数字COSTAS环。首先需要说明的是，在图1中，虚线仅作为示意性表示本发明优选实施例的各电 路模块之用，其不对本优选实施例的实际结构作任何限定。如图1所示，本发明提供的本发明优选实施例包括两鉴相器1和2、信号移相模块 5、压控振荡器4、环路滤波器3，鉴相器1、2的输出端通过乘法器M3耦接于环路滤波器3的 输入端，环路滤波器3的输出端耦接于压控振荡器4的输入端，压控振荡器4的输出端通过 乘法器Ml耦接于鉴相器1的输入端，压控振荡器4的输出端还耦接于信号移相模块5的输 入端以分频和移相，信号移相模块5的输出端通过乘法器M2耦接于鉴相器2的输入端，其 中，环路滤波器3为一开闭环自适应结构的PID控制器。本优选实施例采用PID控制器来实现环路滤波功能。在作为环路滤波器3中，若 仅有P(比例)控制，系统会出现稳态误差；加入I(积分)控制会使得系统稳定以后不会出 现稳态误差；D微分控制器则具有“预测未来”的功能，因此以PID控制器作为环路滤波器， 并根据本优选实施例的系统要求设定P、I、D三个参数值，即可以使本优选实施例实现系统 快速响应，并达到稳态值。此外，还具有结构简单、工作可靠、稳定性好、调制方便的优点。如图1所示，本优选实施例的PID控制器为二阶的比例积分压控低通滤波电路，其 中，电阻R31的一端通过电阻R33连接于运算放大器A31的正向输入端，运算放大器A31的 正向输入端还通过电容C32连接于地，运算放大器A31的反向输入端还分别通过电阻R32 和电阻R34连接于地和其输出端，运算放大器A31的正向输入端和电阻R31与电阻R33的 节点之间连接有电容C31，如此，电阻R31的另一端、运算放大器A31的输出端就分别为环路 滤波器3(即PID控制器)的输入端和输出端。图1所示PID控制器的参数值可通过以下 通用公式(1)、(2)计算得到
权利要求
一种数字COSTAS环，包括第一鉴相器、第二鉴相器、信号移相模块、压控振荡器、环路滤波器，所述第一鉴相器和第二鉴相器的输出端通过一第一乘法器耦接于所述环路滤波器的输入端，所述环路滤波器的输出端耦接于所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端通过一第二乘法器耦接于所述第一鉴相器的输入端，所述压控振荡器的输出端还耦接于所述信号移相模块的输入端，所述信号移相模块的输出端通过一第三乘法器耦接于所述第二鉴相器的输入端，其特征在于，所述环路滤波器包括PID控制器。
2.根据权利要求1所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述环路滤波器为一PID控制ο
3.根据权利要求1所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述PID控制器为二阶的比例 积分压控低通滤波电路。
4.根据权利要求1所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述PID控制器为开闭环自适应结构。
5.根据权利要求1所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述PID控制器包括一第一 电阻通过一第二电阻连接于一运算放大器的正向输入端，该运算放大器的正向输入端还通 过一第一电容连接于地，该运算放大器的反向输入端分别通过一第三电阻和第四电阻连接 于地和其输出端，该运算放大器的输出端和该第一电阻与第二电阻的节点之间连接有一第二电容。
6.根据权利要求1所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述第一鉴相器和第二鉴相器 结构相同。
7.根据权利要求6所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述第一鉴相器或第二鉴相器 包括一第一电阻、一第二电阻和一第三电阻依次串联并与一第一运算放大器的正向输入 端连接，该第一运算放大器的输出端通过串联的一第四电阻和一第五电阻连接于一第二运 算放大器的正向输入端，该第一电阻和第二电阻的节点通过一第一电容连接于地，该第二 电阻和第三电阻的节点通过一第二电容同时连接于该第一运算放大器的正向输入端和输 出端，该第一运算放大器的正向输入端通过一第三电容连接于地，该第四电阻和第五电阻 的节点通过一第四电容连接于该第二运算放大器的反向输入端和输出端，该第二运算放大 器的正向输入端通过一第五电容连接于地。
8.根据权利要求1所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述信号移相模块包括一第 一场效应管的源极同时连接于一第一电阻的一端、一第一可变电阻的可变端和第一固定 端，该第一可变电阻的第二固定端连接于一第二场效应管的栅极，该第一场效应管的漏极 通过一第一电容连接于所述第二场效应管的栅极，所述第二场效应管的源极同时连接于一 第二电阻的一端、一第二可变电阻的可变端和第一固定端，该第二可变电阻的第二固定端 连接于一第三场效应管的栅极，该第二场效应管的漏极通过一第二电容连接于所述第三场 效应管的栅极，该第一场效应管的漏极连接于一第三电阻的一端，该第二场效应管的漏极 的连接于一第四电阻的一端，该第三电阻的另一端、该第四电阻的另一端和该第三场效应 的漏极与一第五电阻的一端同时连接，该第五电阻的另一端连接于该第一场效应管的栅 极，该第一场效应管的栅极还连接于一第六电阻的一端，该第六电阻的另一端同时连接于 该第一电阻的另一端和该第二电阻的另一端并通过一第七电阻连接于该第三场效应管的 源极。2
9.根据权利要求8所述的数字COSTAS环，其特征在于，所述第一场效应管、第二场效应 管和第三场效应管均为金属氧化物半导体场效应管。
全文摘要
本发明公开了一种数字COSTAS环，包括第一鉴相器、第二鉴相器、信号移相模块、压控振荡器、环路滤波器，所述第一鉴相器和第二鉴相器的输出端通过一第一乘法器耦接于所述环路滤波器的输入端，所述环路滤波器的输出端耦接于所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端通过一第二乘法器耦接于所述第一鉴相器的输入端，所述压控振荡器的输出端还耦接于所述信号移相模块的输入端，所述信号移相模块的输出端通过一第三乘法器耦接于所述第二鉴相器的输入端，其中，所述环路滤波器包括PID控制器。本发明不但结构简化，而且可以稳定、快速的解调出载波信号。
文档编号H03L7/093GK101986569SQ201010523680
公开日2011年3月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者王洪泊, 陆凯 申请人:北京科技大学