Boucle de Costas

[quentin08]

Bonjour,

J'ai compris le principe des PLL, mais pour la boucle de Costas, c'est un niveau au dessus.



On considère que le boucle est accrochée :
Le VCO est en phase avec l'entrée.
90 degrés sur la deuxième sortie du VCO
On peut donc en déduire certaines choses :
Sur le filtre du haut, on a un maximum car on mélange deux valeurs de mêmes signes, tout reste positif.
Sur le filtre du bas, on a une valeur autour de zéro car mélanger deux sinus de même amplitude mais déphasés de 90 degrés donne une moyenne autour de zéro.
Sur le troisième mélangeur, on a donc une entrée ayant une valeur maximale, et une autre autour de zéro.

On considère maintenant qu'on a une erreur de phase de 180 degrés entre le VCO et l'entrée
180 + 90 = 270 degrés sur la deuxième sortie du VCO
Sur le filtre du haut, on a une valeur minimale car on mélange deux sinus en opposition de phase.
Sur le filtre du bas, on a une valeur autour de zéro car mélanger deux sinus de même amplitude mais déphasés de 270 degrés donne une moyenne autour de zéro.

Donc, qu'il y ait une erreur de 180 degrés ou pas, le troisième mélangeur reçoit dans les deux cas une valeur autour de zéro, ce qui va commander le VCO avec la même tension.
Dans ce cas, je ne vois pas comment l'erreur de 180 degrés est détectée.

Ce que j'aimerais savoir aussi, c'est quelles tensions sont présentes aux différents endroits selon les différents cas
Pouvez-vous m'éclairer sans trop de sinus et de cosinus ?

Merci
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[gwgidaz]

Bonjour,
Il vous faut préciser l'utilisation de cette boucle de Costa. Ici, je vois que vous entrez un signal DSB
En général, même verrouillé, , le vco n'est pas en phase avec l' entrée car le signal d'entrée est modulé et sa phase peut varier, alors que le VCO fournit une porteuse pure ( quand la boucle est accrochée)

Appelons alpha le déphasage instantané entre le VCO et le signal d'entrée,
Le filtre passe bas du haut fournit ce qu'on appelle le signal "i" = cos alpha
le filtre passe bas du bas fournit ce qu'on appelle le signal "q" = sin alpha
( je ne tiens pas compte des amplitudes)

le 3 ième discriminateur de phase fait le produit cos alpha . sin alpha = sin 2 alpha puisque la trigo dit que sina cosa = 1/2 sin 2a

Derrière, il y un filtre passe bas qui fait la moyenne du signal sin 2 alpha . La boucle corrige le vco si cette moyenne n'est pas nulle

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[quentin08]

Bonjour,

Il vous faut préciser l'utilisation de cette boucle de Costa. Ici, je vois que vous entrez un signal DSB

Oui, j'aurais voulu démoduler de la DSBSC (AM sans porteuse)

La boucle corrige le vco si cette moyenne n'est pas nulle

Donc, elle peut s'accrocher si la sortie du dernier mélangeur est autour de zéro.
Contrairement à mon premier message, il y a un troisième cas où le dernier mélangeur a sa sortie proche de zéro, et donc, possibilité de s'accrocher. Si on prend l'entrée comme référence, cela se produit aussi lorsque le VCO est à 90 degrés, et donc 90+90 = 180 degrés sur la deuxième entrée du mélangeur du bas. Dans ce cas, on a une moyenne à 0 zéro sur la partie haute (I), et une moyenne encore plus basse dans le négatif sur la partie du bas (Q). Zéro fois n’importe quoi = zéro sur la sortie du dernier mélangeur, accrochage possible.

J'ai fait plusieurs simulations, et dans certains cas, on voit très bien le signal modulant se reformer sans erreur malgré la surmodulation qu'on a en DSBSC. Ce qui aurait été impossible avec un simple détecteur de crête.

Mais en tâtonnant certains paramètres : fréquence de coupure des filtres, pente du VCO, état initial du VCO, j'ai l'impression qu'elle a autant de chance de s'accrocher avec ces déphasages au niveau des sorties du VCO même avec une entrée non modulée :
0 et 90
90 et 180
180 et 270
Car dans ces trois cas, une des deux sorties I et Q valent zéro. Et au niveau du dernier mélangeur, zéro fois n’importe quoi = zéro : accrochage possible.

Or, j'ai lu que la boucle de Costas avait l'avantage de lever l’ambiguïté de phase qu'on avait avec des PLL plus standard.
Dans ce cas, comment la forcer à accrocher avec un déphasage nul ?

Autre chose, avec de la DSBSC en entrée, je remarque qu'il faut absolument que le VCO soit très proche de la fréquence d'entrée lorsqu'il est commandé avec une moyenne de 0V. Sinon, il y a de grosses distorsions sur la démodulation.

Voici en pièce jointe le montage que j'ai fait avec trois simulations qui montrent les différents déphasages. (Une simulation par ligne)

Tout le retour de boucle est fait en numérique, car le déphasage constant de 90 degrés est difficile à obtenir en restant uniquement en analogique.

Une amélioration est-elle possible ?

Voir schéma et simulation ci-dessous :

costas.jpg
3simulations.jpg

Merci

[gwgidaz]

Bonjour,

Je vous conseille de voir la fin du chapitre 14 de ce lien.

https://pratique-rfcircuits.monsite-...f4bb80014.html

Certes, ça ne répond pas à toutes vos questions, mais à certaines.

[A voir en vidéo sur Futura]

[quentin08]

Bonjour,

Merci d'avoir mis à jour ce site
Pour de la DSBSC, de ce que j'ai vu à la simulation, qu'elle s'accroche avec 0, 90, 180 degrés, la BF se retrouve soit sur la branche I soit sur la branche Q. Il suffit donc d'additionner les deux pour être sûr de la récupérer à tous les coups. La BF + 0 ou 0 + la BF = la BF.

C'est censé être un montage fondamental en radio, et je trouve étrange que ce ne soit pas plus documenté que ça. Même sur les sites radioamateurs, aucun exemple de réalisation complète

[gwgidaz]

Bonjour,

La boucle de costas n'est pas si fondamentale que cela "en radio".
On l'a utilisée pour démoduler de l'AM, qui est moins pratiquée aujourd'hui. Je pense encore en aéronautique....
On l'utilise aussi pour recréer la porteuse dans certains systèmes numériques , par exemple le décodage des émissions ofdm, ou bpsk...Mais ce sont des systèmes intégrés, et ces fonctions sont souvent ignorées par les ingénieurs.....