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Electrónica de Comunicaciones. CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia para RF. - PowerPoint PPT Presentation
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Electrónica de ComunicacionesCONTENIDO RESUMIDO:1- Introducción2- Osciladores3- Mezcladores.4- Lazos enganchados en fase (PLL).5- Amplificadores de pequeña señal para RF.6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos.7- Amplificadores de potencia para RF.8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM).10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK).12- Tipos y estructuras de receptores de RF.13- Tipos y estructuras de transmisores de RF.14- Transceptores para radiocomunicaciones
ATE-UO EC mod FM 00
ATE-UO EC mod FM 01
11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK)
Idea general: Modulación a nivel de señal
Amplificador de RFInformación (moduladora)
Portadora modulada
ModuladorPortadora
sin modular
El amplificador de RF no tiene que ser lineal, por lo que es de alto rendimiento
Moduladores de fase:• Modulador con varicap (o varactor)• Modulador de Armstrong• Modulador con PLL
ATE-UO EC mod FM 02
Modulador de fase con varicap (I)
Es una función del tipo Ctrans = K·(VO-V)-1/2
Ctrans = A· p P p N e
VU V
T 2·(NA+ND)·(VO-V)
·q·NA·ND
0V
Ctrans
En la transparencia ATE-UO PN 89 de la asignatura Dispositivos Electrónicos aparece:
• Esto se obtuvo suponiendo que había cambio brusco de zona P a zona N (transparencia ATE-UO PN 14), lo que se llama unión abrupta• Si la unión es “linealmente gradual”, entonces Ctrans = K·(VO-V)-s, siendo s = 1/3.• Se pueden conseguir uniones “hiperabruptas”, de forma que s = 1 ó s = 2
Concepto de varicap de unión hiperabrupta
ATE-UO EC mod FM 03
Modulador de fase con varicap (II)
Por otra parte, del análisis de un circuito RLC en paralelo se deduce lo siguiente (véanse las transparencias ATE-UO EC amp señ 51 y 52): ie LR C
vs
+
-
ZLCR(j) ≈ - arctg[2R( - r)/(Lr2)] ≈ - 2R( - r)/(Lr
2),
(para valores de cercanos a r)
vs/ie = - ZLCR(j) ≈ - R/[1 + j2R( - r)/(Lr2)], siendo r = 1/(LC)1/2.
Por tanto:
Cálculo del desfase en un circuito resonante paralelo
+
VpCvLCH
vm, m
+CB1
vp
p
Polarización del transistor
Q1
LVCC
+
-vRLRL
+ -iC+ -
CB2 CB3
CV
gm
ATE-UO EC mod FM 04
Modulador de fase con varicap (III)Circuito modulador vRL/vp ≈ - 2RL( - r)/(Lr
2)
r = 1/(LCV)1/2
CV ≈ K/(VpCv + vm)2
(unión hiperabrupta)
siendo:
r ≈ VpCv /(LK)1/2 + vm/(LK)1/2
= R0 + K’ vm
Por tanto:
+
VpCvLCH
vm, m
+CB1
vpp
Polarización del transistor
Q1
LVCC
+
-vRLRL
+ -iC+ -
CB2 CB3
CV
gm
+
VpCvLCH
vm, m
+
VpCvLCH
vm, m
+CB1
vpp
+CB1
vpp
Polarización del transistor
Q1
LVCC
+
-vRLRL
+ -iC+ -
CB2 CB3
CV
gm
Polarización del transistor
Q1
LVCC
+
-
+
-vRLRL
+ -iC+ -
CB2 CB3
CV
gm
Modulador de fase con varicap (IV)
vRL/vp ≈ - 2RL( - r)/(Lr2) r ≈ R0 + K’vmPartimos de:
Por diseño: R0= p Calculamos el desfase a = p:
vRL/vp ≈ + 2RLK’vm /[L(R0 + K’vm)2]. Como R0 >> K’vm, entonces:
vRL/vp ≈ + 2RLK’vm /(LR02) = + 2RLvm /(LR0VpCv) = + 2vmQ/VpCv
Por tanto:vRL ≈ gmRLVppsen[pt + + 2vmQ/VpCv]
O también:vRL ≈ -gmRLVppsen[pt + 2vmQ/VpCv]
(señal modulada en fase) ATE-UO EC mod FM 05
ATE-UO EC mod FM 06
Modulador de Armstrong
vs+vm
Retardo 2
vp = Vppcos(pt)vp’ = Vppsen(pt)
vpDSB = KvmVppcos(pt)
vs = Vppsen(pt) + VppKvmcos(pt).Si Kvm << /2, entonces: cos(Kvm) ≈ 1 y sen(Kvm) ≈ Kvm
Por tanto: vs ≈ Vppsen(pt)·cos(Kvm) + Vppsen(Kvm)·cos(pt)
vs ≈ Vppsen(pt + Kvm), que es una señal modulada en fase
+
vm(s)
- K F(s) 2KV/s(s) osc(s)vc(s)v(s)
p(s)Conv. /V Filtro pasa-bajos VCO
osc(s) = p(s) + vm(s)2KVKF(s)/s
1 + 2KVKF(s)/s2KVF(s)/s
1 + 2KVKF(s)/s
Modulador de fase con PLL (I)
PLL bien diseñado: ≈ 1 ≈ 1/K
Por tanto:osc(s) ≈ p(s) + vm(s)/K
vosc ≈ Voscpsen(pt + vm/K), que es una señal modulada en fase
ATE-UO EC mod FM 07
Modulador de fase con PLL (II)
Por tanto:osc(s) ≈ NXtal(s) + Nvm(s)/K
vosc ≈ Voscpsen(NXtalt + vmN/K), (señal modulada en fase)
ATE-UO EC mod FM 08
Para obtener frecuencia muy estable (para VHF, UHF, etc.)
+
vm(s)
- K F(s) 2KV/s(s) osc(s)vc(s)v(s)
Xtal(s)Conv. /V Filtro pasa-bajos VCO
N
Moduladores de frecuenciaTipos:• Moduladores indirectos• Moduladores directos:
• Modulador con VCO • Modulador con VCO y PLL
Moduladores indirectos
vpFM
vm
vp = Vppcos(pt)
K’/s
Modulador de fase
vm’
vpFM = VpFMpsen(pt + Kvm’) = VpFMpsen(pt + KK’ ∫ vmdt) t
- (señal modulada en frecuencia)
ATE-UO EC mod FM 09
VpCv
LCH
vm
+
Modulador de frecuencia con VCO (I)
ATE-UO EC mod FM 10
L3
+
-
GD
S
+ Vcc
CB2CB1RG
Cv
vpFM
L1
osc =1
(L1+L3)CV
VCO Hartley
siendo: CV ≈ K/(VpCv + vm)2
(unión hiperabrupta)
Modulador de frecuencia con VCO (II)
ATE-UO EC mod FM 11
VpCv
LCH
vm
+
L3
-
Cv
vpFM
L1
Resto del oscilador +
osc ≈ = osc0 + K’vm (L1+L3)K
VpCv + vm
(L1+L3)K
1siendo: K’ =
vpFM = VpFMpsen(osc0t + K’∫ vmdt) t
- (señal modulada en frecuencia)
Por tanto:
+
vm(s)
- K F(s) 2KV/s(s) osc(s)
vc(s)
v(s)
p(s)Conv. /V Filtro pasa-bajos VCO
osc(s) = p(s) + vm(s)2KVKF(s)/s
1 + 2KVKF(s)/s2KV/s
1 + 2KVKF(s)/s
Modulador de frecuencia con PLL y VCO (I)
≈ 1 a << m min
≈ 0 a m min
ATE-UO EC mod FM 12
Condición de diseño del filtro: su frecuencia de corte debe ser mucho menor que la mínima frecuencia de vm
≈ 0 a << m min
≈ 2KV/s a m min
(señal modulada en frecuencia)
vosc ≈ Voscpsen(osc0t + 2KV ∫ vmdt) t
- Por tanto:
ATE-UO EC mod FM 13
Para obtener frecuencia muy estable (para VHF, UHF, etc.)
+
vm(s)
- K F(s) 2KV/s(s) osc(s)
vc(s)
v(s)
Xtal(s)Conv. /V Filtro pasa-bajos VCO
N
Modulador de frecuencia con PLL y VCO (II)
(señal modulada en frecuencia)
vosc ≈ Voscpsen(NXtalt + 2KV ∫ vmdt) t
-
Modulador de PSK binaria (BPSK) (I)
+
-vsR
vm
+
+
vp
1:1:1
1:1:1
ATE-UO EC mod FM 14
f(vp + vm) ≈ kAvp+ kAvm + 2kBvpvm + kBvp2 + kBvm
2
-f(-vp + vm) ≈ kAvp- kAvm + 2kBvpvm - kBvp2 - kBvm
2
-f(vp - vm) ≈ -kAvp+ kAvm + 2kBvpvm - kBvp2 - kBvm
2
f(-vp - vm) ≈ -kAvp- kAvm + 2kBvpvm + kBvp2 + kBvm
2
Modulador de anillo (véase la transparencia
ATE-UO EC mez 18)
Por cada diodo:iD = f(vD) ≈ kA·vD + kB·vD
2
vs = R·Σf(v) ≈ 8RkBvpvm
+Por tanto: vs ≈ Kvpvm
Modulador de PSK binaria (BPSK) (II)
ATE-UO EC mod FM 15
Partimos de: vs ≈ Kvpvm. Como: vm = ± 1, entonces:
vs ≈ ± Kvp = ± Vspsenpt = Vspsen[pt – 0,5vm – 1)]
(señal modulada BPSK)vm
vp
vs
+
-vsR
vm
+
+
vp
1:1:1
1:1:1
Modulador de PSK binaria (BPSK) (III)
ATE-UO EC mod FM 16
vm - vp + vs = 0vm + vp - vs = 0
1:1:1+
-vsR
vm
+
+
vp
1:1:1
+
+
Si vm > vp, entonces no hace falta que los niveles de señal sean los críticos para una respuesta cuadrática. Con vm > 0 y admitiendo comportamiento ideal en los diodos se obtiene:
+
+vp vs
+
+
vp
vs
vp - vs = -vp + vs vp = vs vm
vp
vs
Modulador de PSK binaria (BPSK) (IV)
ATE-UO EC mod FM 17
vm - vp - vs = 0vm + vp + vs = 0
1:1:1+
-vsR
vm
+
+
vp
1:1:1
+
+
Con vm < 0 y admitiendo comportamiento ideal en los diodos se obtiene:
+
+vp vs
+
+
vp
vs
-vp - vs = vp + vs vp = -vs
vm
vp
vs
011 01 1
vBPSK I
/2 +
vp
vBPSK Q
vm
Demultiplexadorcon retención
vpQPSK
Reloj
I
Q01 1
0 11
Modulador de PSK cuaternaria (QPSK)
ATE-UO EC mod FM 18
Idéntica a la modulación 4 QAM
Moduladores de FSK (I)
ATE-UO EC mod FM 19
VpCv
LCH
vm
+
L3
-
Cv
vpFSK
L1
Resto del oscilador +
Con VCO (igual que en FM)
Con divisores de frecuencia
Xtal
NvpFSK
N1, N2vm
Xtal/N1, Xtal/N2
Moduladores de FSK (II)
ATE-UO EC mod FM 20
Con PLLs
V = k()Xtal
vpFSK
NN1, N2vm
N1Xtal, N2Xtal
Xtal
vpFSK
V = k()
N1
V = k()
N2
vm
N1Xtal
N2Xtal
N1Xtal, N2Xtal