Page 1. Elettronica delle telecomunicazioni 2003 DDC 1. Politecnico di Torino Facoltà dell Informazione. Contenuti del Gruppo B

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1 Modulo Politecnico di Torino Facoltà dell Informazione Elettronica delle telecomunicazioni Anelli ad aggancio di fase (PLL) B4 - Demodulatori, VCO» demodulazione AM e FM» demodulazione coerente» tone decoder 567 Contenuti del Gruppo B Principio di funzionamento del PLL Schema a blocchi, ordine, parametri, errore di fase, Circuiti per PLL Demodulatori di fase, circuiti a pompa di carica VCO e rumore di fase Applicazioni Demodulatori AM, FM, FSK, PSK Sintetizzatori interi e frazionari, sintesi digitale diretta (DDS) data recovery e sincronizzazione clock Laboratorio 2 e 3: Campi di cattura e mantenimento, sintetizzatore frazionario DDC DDC Contenuti di questa lezione (B4) Modulazione e demodulazione FM Demodulatori con PLL demodulatori AM, PAM; demodulazione coerente demodulatore FM, FSK, PSK Tone decoder integrato schema a blocchi parametri circuito Specifiche per laboratorio Riferimenti nel testo Demodulatori FM e AM 3.7.1, Frequenza della portante Fp legata a un segnale M Fp = Fpo + K M(t) allargamento dello spettro legato a K Demodulazione: (tecniche derivate da AM) aggancio di PLL» lo spettro di Fp deve rientrare nel campo di mantenimento» M proporzionale a Vc esempi con simulatore DDC DDC Modulazione e demodulazione FM Modulazione e demodulazione FM Frequenza della portante Fp legata a un segnale M Fp = Fpo + K M(t) allargamento dello spettro legato a K Esempio da simulatore Demodulazione: (tecniche derivate da AM) aggancio di PLL» lo spettro di Fp deve rientrare nel campo di mantenimento» Vc(t) proporzionale a M(t) esempi con simulatore DDC DDC Page DDC 1

2 Modulazione e demodulazione AM Modulazione e demodulazione AM Modulazione: prodotto di portante P(Fp) con modulante M» in t: M è l inviluppo di Fp» in F: traslazione dello spettro di M su Fp Esempio da simulatore AM modulata al 75% (m = 0,75) Demodulazione estrarre l inviluppo» raddrizzatore a 1o 2 semionde e filtro riportare M in banda base (traslazione di spettro)» demodulazione coerente» serve segnale di riferimento: PLL DDC DDC Demodulatore coerente con PLL Effetto delle variazioni di frequenza Il PLL genera il segnale di riferimento per la traslazione in banda base Il filtro B1 (passa banda) elimina il rumore fuori banda Il filtro B3 isola lo spettro in banda base Variando Fi nasce un errore di fase per spostare il VCO serve una Vc 0 per avere Vc 0 serve θe 0 l errore di ampiezza è proporzionale al coseno dello sfasamento Demodulazione incrociata (da AM a FM) Per ridurla aumentare il guadagno di anello demodulatori I/Q DDC DDC Demodulatore a due rami Demodulatori FSK Demodulazione separata per componenti in fase e in quadratura Va è indipendente dallo sfasamento tra Vi e Vo Modulazione a salto di frequenza Frequency Shift Keyed, FM su 2, N frequenze Demodulazione con: unico PLL sempre agganciato, variazione di Vc» banda larga, risposta veloce ma sensibile al rumore» banda stretta, risposta lenta un PLL per ogni frequenza» demodulatori AM coerenti, confronto tra le uscite» banda stretta, risposta lenta banco di filtri fissi» stima della potenza (demodulatore AM non coerente)» confronto uscite demodulatori (WTA) DDC DDC Page DDC 2

3 : - -: Demodulatori PAM Demodulatore PAM-PSK Modulazione di ampiezza discreta Pulse Amplitude Modulation (anche ASK) AM con M numerico (2, N ampiezze) Modulazione in ampiezza e fase QAM Costellazione dei segnali Q Demodulazione con: demodulatori di inviluppo PLL sempre agganciato» demodulatore coerente banco di comparatori Demodulazione I/Q dalle due componenti (ricavate con demodulazione coerente) si possono ricavare» modulo (parte PAM) e fase (parte PSK)» coordinate I,Q del simbolo I DDC DDC Demodulazione I/Q Segnali PSK e ASK Catena di demodulazione I/Q Viene ricavata anche la fase VC = V cosωt V = V senωt S V = V C 2 + V V V = arctg V S C S 2 Esempi da simulatore PSK salto di fase Ve cos Vc V ASK (PAM) salto di ampiezza x/y Artg(Ve) Vs sen DDC DDC Contenuti di questa lezione (B4) Tone decoder integrato Demodulatori con PLL demodulatori AM, PAM; demodulazione coerente demodulatore FM, FSK, PSK Tone decoder integrato schema a blocchi parametri circuito Specifiche per laboratorio Riferimenti nel testo Demodulatori FM e AM 3.7.1, Descrizione NE 567 Obiettivo di un tone decoder (decodificatore di tono): riconoscere la presenza del tono anche in presenza di forte rumore PLL con DF analogico Demodulatore AM sincrono Accetta solo piccole variazioni di frequenza Uscita finale ON/OFF Uscita intermedia analogica DDC DDC Page DDC 3

4 Tone decoder: schema a blocchi Tone decoder: specifiche Campo di frequenza campo di valori ammessi per il tono da riconoscere Larghezza di banda ampiezza della finestra antro cui si accetta il tono Campo di ampiezze valore massimo di ingresso in banda non riconosciuto valore minimo di ingresso in banda riconosciuto Rumore disturbi fuori banda ammessi DDC DDC Tone decoder: larghezza di banda Tone decoder: tensioni di ingresso Campo di funzionamento come tone decoder circa 15% di fo» il VCO può fare solo piccole variazioni di frequenza Soglie di ampiezza per riconoscere il tono Immunità al rumore possibilità di riconoscere il tono anche il presenza di rumore con potenza maggiore di quella del segnale DDC DDC Tone decoder: banda e filtro di anello Tone decoder: blocchi funzionali Relazione tra banda di demodulazione e livello di ingresso Dipende dal filtro di anello F(s) zona lineare Vi < 100 mv Zona di saturazione Vi > 200 mv Demodulatore di fase e demodulatore di ampiezza moltiplicatore con cella di Gilbert Filtro di anello e filtro demodulatore di ampiezza R interna, condensatore esterno VCO carica/scarica C; variazione delle soglie Comparatori 2 per VCO, uno per uscita sfasata Stadio di uscita open collector, alta corrente (150 ma) DDC DDC Page DDC 4

5 Tone decoder: demodulatori F e AM Tone decoder: demodulatore di fase Demodulatore di fase e demodulatore di ampiezza: moltiplicatori con cella di Gilbert Uscita Iz (corrente) Cella di Gilbert linearizzata con R E Uscita Iz (corrente) Ingresso Vx Ingresso Vy Ingresso Vx Ingresso Vy R26, R27: controreazione di emettitore Rete per polarizzazione degli ingressi Ingresso Vy a demodulatore AM DDC DDC Tone decoder: circuito VCO NE caratteristica demod. AM Commutatore per carica/scarica C Gruppo RC di temporizzazione Comparatori del VCO - H Comparatore per uscita sfasata di π/2 Comparatori del VCO - L Uscite del demodulatore di fase e di ampiezza (analogica) al variare della frequenza Tensione di controllo del VCO (caratteristica a farfalla) Tensione di uscita del demodulatore di ampiezza (caratteristica a coseno) DDC DDC Sommario lezione B4 Esercitazione di laboratorio Demodulatori con PLL demodulatori AM, PAM; demodulazione coerente demodulatore FM, FSK, PSK Tone decoder integrato schema a blocchi parametri circuito Specifiche per laboratorio misura di campo di cattura e di mantenimento verifica della caratteristica di demodulazione Progettare i componenti per realizzare con il circuito integrato NE567 un tone decoder per frequenze da.. a.. Verificare il comportamento del tone decoder tracciare la caratteristica del VCO: Fo(Vc) misurare i campi di cattura e di mantenimento determinare le soglie di ampiezza del demodulatore tracciare la caratteristica del demodulatore di ampiezza coerente: Va(Fi) e Va(Vi) verificare il comportamento in presenza di rumore DDC DDC Page DDC 5

6 Prossima lezione (B5) Sintetizzatori di frequenza sintetizzatori a interi e frazionari Sintesi digitale diretta (DDS) strutture e parametri per DDS Esempio di PLL integrato struttura del 74HC4046 demodulatore a PFD, pompa di carica, VCO Riferimenti nel testo sintetizzatori e traslatori di frequenza sintesi digitale diretta DDC Page DDC 6