Page 1. Elettronica delle telecomunicazioni ETLCE - B4 08/03/ 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, tone decoder» demodulazione AM e FM» demodulazione coerente» tone decoder 567 Contenuti del Gruppo B Principio di funzionamento del PLL chema 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, FK, PK intetizzatori interi e frazionari, sintesi digitale diretta (DD) data recovery e sincronizzazione clock Laboratorio 3 e 4: Campi di cattura e mantenimento, sintetizzatore frazionario 08/03/004-1 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004 - ETLCE - B4-004 DDC Contenuti di questa lezione (B4) Modulazione e demodulazione FM Demodulatori con PLL demodulatori AM, PAM; demodulazione coerente demodulatore FM, FK, PK Tone decoder integrato schema a blocchi parametri circuito pecifiche per laboratorio Riferimenti nel testo Demodulatori FM e AM 3.7.1, 3.7. Frequenza del segnale Fp, modulante M(t) Fp= Fpo+ K M(t) allargamento dello spettro legato a K Demodulazione: (tecniche derivate da AM) tecniche a PLL» Fp deve rientrare nel campo di mantenimento» M(t) proporzionale a Vc(t) 08/03/004-3 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-4 ETLCE - B4-004 DDC Modulazione e demodulazione FM Modulazione e demodulazione FM Esempio da simulatore 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» Vc(t) proporzionale a M(t) esempi con simulatore 08/03/004-5 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-6 ETLCE - B4-004 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 Demodulazione estrarre l inviluppo» raddrizzatore a 1o semionde e filtro riportare M in banda base (traslazione di spettro)» demodulazione coerente» serve segnale di riferimento: PLL Modulazione AM segnale modulante: A sen ωt + B» max: A+B, min: B-A» indice di modulazione m m = (max-min)/(max+min) = A/B» m = 1: A = B (DC = Vpicco) Esempi (da simulatore del testo)» AM modulata al 5% (m = 0,5)» AM modulata al 50% (m = 0,5)» AM modulata al 100% (m = 1)» AM modulata al 00% (PK-180 ) (modulazione a portante soppressa) 08/03/004-7 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-8 ETLCE - B4-004 DDC Modulazione AM - 0,5 Modulazione AM - 0,5 A =,5V, B = 10 V, m = 0,5 (5%) A = 5V, B = 10 V, m = 0,5 (50%) 08/03/004-9 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Modulazione AM - 1 Modulazione AM - PK A = 10V, B = 10V, m = 1 (100%) nello spettro compare la portante A = 10V, B = 0V (portante soppressa, PK/180 ) nello spettro non compare la portante 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-1 ETLCE - B4-004 DDC Page 004 DDC

3 - : : Demodulatore di inviluppo Demodulatore coerente Voltmetro di picco con perdite Il condensatore si carica sui picchi positivi e si scarica su R Il filtro B1 riduce il rumore fuori banda Il PLL genera il segnale di riferimento Il filtro B3 isola lo spettro in banda base Problemi di soglia del diodo rumore 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Effetto delle variazioni di frequenza Demodulatore a due rami Variando Fi nasce un errore di fase per spostare il VCO serve una Vc 0 per avere Vc 0 serve θe 0 errore di ampiezza proporzionale a cos θe demodulazione incrociata (da AM a FM) Demodulazione separata delle componenti I/Q (fase e quadratura), seguita da ricostruzione Va è indipendente dallo sfasamento tra Ve e Vo Per ridurla aumentare il guadagno di anello demodulatori I/Q ω o 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Demodulazione AM fase/quad. (I/Q) Demodulatori FK Catena di demodulazione I/Q V C = V cos ωt V = V sen ωt V = V C + V cos Vc V Vs sen Modulazione a salto di frequenza Frequency hift Keyed, FM su, 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 e demodulatori di inviluppo» confronto uscite demodulatori (WTA) 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Page DDC 3

4 - : Demodulatori PAM egnali PK e AK Modulazione di ampiezza discreta Pulse Amplitude Modulation (anche AK) AM con M numerico (, N ampiezze) Demodulazione con: demodulatori di inviluppo demodulatore coerente» PLL sempre agganciato demodulatori e banco di comparatori Esempi da simulatore PK salto di fase AK (PAM) salto di ampiezza 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-0 ETLCE - B4-004 DDC Demodulatore PAM- PK Demodulazione I/Q Modulazione in ampiezza e fase QAM Costellazione dei segnali Q Demodulazione I/Q dalle due componenti (ricavate con demodulazione coerente) si possono ricavare» modulo (parte PAM) e fase (parte PK)» coordinate I,Q del simbolo I V = V cos ωt C V = V sen ωt X/Y V = V C + V V V = arctg V Artg(Ve) C 08/03/004-1 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004 - ETLCE - B4-004 DDC Lezione B4 Tone decoder integrato Demodulatori con PLL demodulatori AM, PAM; demodulazione coerente demodulatore FM, FK, PK Tone decoder integrato schema a blocchi parametri circuito pecifiche per laboratorio Componente NE 567 (bip e CMO) Funzione di un tone decoder (decodificatore di tono): riconoscere la presenza del tono anche in presenza di forte rumore truttura PLL per segnali analogici Demodulatore AM sincrono Caratteristiche Accetta solo piccole variazioni di frequenza Uscita finale ON/OFF Possibilità di uscita intermedia analogica 08/03/004-3 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-4 ETLCE - B4-004 DDC Page DDC 4

5 Tone decoder: schema a blocchi Tone decoder: specifiche Campo di frequenza valori ammessi per il tono da riconoscere Larghezza di banda ampiezza della finestra entro cui si accetta il tono Campo di ampiezze ingresso massimo in banda non riconosciuto ingresso minimo in banda riconosciuto Rumore rumore a banda larga tollerato disturbi a banda stretta tollerati (altri toni) 08/03/004-5 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-6 ETLCE - B4-004 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 oglie di ampiezza per riconoscere il tono Livello di ingresso che sicuramente fa scattare il tone decoder (massimo del livello minimo) Livello di ingresso che sicuramente non fa scattare il tone decoder (minimo del livello massimo) pecifiche analoghe a Vih e Vil delle logiche 08/03/004-7 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-8 ETLCE - B4-004 DDC Tone decoder: tensioni di ingresso Tone decoder: banda e filtro di anello Immunità al rumore possibilità di riconoscere il tono anche il presenza di rumore con potenza maggiore del segnale (fuori banda) / (in banda): + 6 db (segnale) / (rumore a banda larga): - 6 db Il grafico riporta il legame tra Vi e il campo di cattura La banda di demodulazione (cattura) dipende da: livello di ingresso filtro di anello F(s) Zona lineare Vi < 100 mv» il campo di cattura dipende dalla Vi Zona di saturazione Vi > 00 mv» il campo di cattura non dipende dalla Vi 08/03/004-9 ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Page DDC 5

6 Ingresso in linearità e in saturazione Tone decoder: blocchi funzionali 1. Demodulatore di fase e demodulatore di ampiezza moltiplicatore con cella di Gilbert. Filtro di anello e filtro demodulatore di ampiezza R interna, condensatore esterno 3. VCO carica/scarica C; variazione delle soglie Due comparatori per il VCO, uno per l uscita sfasata 4. tadio di uscita open collector, alta corrente (150 ma) 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-3 ETLCE - B4-004 DDC Tone decoder: schema a blocchi Tone decoder: demodulatori F e AM 1 Demodulatore di fase e demodulatore di ampiezza: moltiplicatori con cella di Gilbert Uscita Iz (corrente) 3 Ingresso Vx 1 4 Ingresso Vy 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Cella di Gilbert linearizzata con RE VCO a corrente- condensatore (I- C) Uscita Iz (corrente) VCO a corrente fissa, soglie variabili Piccola escursione di frequenza Ingresso Vx (Vo) Ingresso Vy (Vi) R6, R7: controreazione di emettitore Rete per polarizzazione degli ingressi Ingresso Vy a demodulatore AM 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Page DDC 6

7 VCO fase/quadratura Tone decoder: circuito VCO VCO a corrente fissa, soglie variabili Piccola escursione di frequenza Terzo comparatore per l uscita sfasata (Va) Commutatore per carica/scarica C Comparatori del VCO - H Vo Va Gruppo RC di temporizzazione Comparatore per uscita sfasata di π/ Comparatori del VCO - L 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC Esercitazione di laboratorio NE caratteristica demod. AM Progettare i componenti per realizzare con il circuito integrato NE567 un tone decoder con banda di rivelazione centrata su 5 khz, e ampiezza pari alla massima consentita dal componente. 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 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) 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC ommario lezione B4 Verifica lezione B4 Demodulatori con PLL demodulatori AM, PAM; demodulazione coerente demodulatore FM, FK, PK Tone decoder integrato schema a blocchi parametri circuito pecifiche per laboratorio misura di campo di cattura e di mantenimento verifica della caratteristica di demodulazione Come ridurre la sensibilità alla FM in un modulatore AM coerente? Quali parametri definiscono le prestazioni di un tone decoder? postando verso la DC il polo della F(s), la banda equivalente aumenta o diminuisce? 08/03/ ETLCE - B4-004 DDC 08/03/004-4 ETLCE - B4-004 DDC Page DDC 7

8 Prossima lezione (B5) intetizzatori di frequenza sintetizzatori a interi e frazionari intesi digitale diretta (DD) strutture e parametri per DD 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 /03/ ETLCE - B4-004 DDC Page DDC 8