[发明专利]数字COSTAS环

说明书

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VCO)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v(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。