регистрация /  вход

Теоретические основы построения модуляторов и демодуляторов (стр. 1 из 7)

Содержание

Введение

1. Теоретические основы построения модуляторов и демодуляторов

2. Микроэлектронные формирователи и преобразователи измерительных

сигналов

2.1. Формирование синусоидальных высокочастотных сигналов с

повышенной стабильностью амплитуды и линейностью характеристики

управления по частоте

2.2. Теоретические основы управляемых автогенераторов

3. Прецизионный амплитудный модулятор

4. Линейный частотный модулятор

5. Цифровой частотно-фазовый демодулятор

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В основе проектирования (интегрализации) радиоприемных устройств (РПУ) на ИС лежат общие принципы проектирования микроэлектронной аппаратуры, которые приобретают некоторые особенности, связанные со спецификой приемной аппаратуры.

Отличительными чертами РПУ являются:

аналоговый характер сигнала, его большой динамический диапазон (доли микровольт – единицы вольт);

широкий частотный диапазон (от постоянного тока – на выходе детектора, до сотен мегагерц или десятков гигагерц – на выходе);

большое число нерегулярных соединений;

функциональное разнообразие узлов (блоков) при их относительно небольшом общем числе.

К функциональным блокам (каскадам) предъявляются разнообразные требования, часто зависящие от типа сигналов. В некоторых узлах должна быть обеспечена прецизионность изготовления. Часто оказывается необходимым изменять параметры элементов в процессе регулировки аппаратуры, что нежелательно при микроэлектронном исполнении.

На цифровых ИС можно реализовать практически любой алгоритм обработки сигнала, осуществляемый в приемно-усилительных устройствах, включая элементы оптимального радиоприема.

Преимущества цифровой обработки: неограниченно долго можно хранить информацию, отсутствие ошибок, параметрических уходов при функционировании, легкая возможность адаптации (изменение параметров устройств под влиянием принимаемого сигнала или по команде), высокая технологичность в производстве, большие перспективы дальнейшей микроминиатюризации.

1. Теоретические основы построения модуляторов и демодуляторов

Аналоговый перемножитель сигнала (ПС) является универсальным базовым блоком, выполняющим ряд математических функций: умножение, деление, возведение в квадрат. В ряде случаев функциональные возможности ПС реализуются совместно с ОУ.

ПС может применяться в качестве модулятора. Рассмотрим основные принципы построения модуляторов и демодуляторов.

Балансный модулятор может иметь высокую линейность лишь по одному (модуляционному) входу. Второй вход (вход несущей) может запитываться переменным напряжением с постоянной амплитудой, причем уровень несущей может быть достаточно большим и вырождаться в функцию коммутации SН (t) (рис. 1,а).

Физически Это означает, что активные элементы модулятора при высоком уровне входного сигнала превращаются в синхронные ключи, при этом модулирующий сигнал UM (t) (рис. 1,б) эффективно коммутируется с частотой несущей SН (t), образуя выходной сигнал в виде (рис. 1,в)


, (1)

где К – коэффициент пропорциональности.

Рис. 1. Диаграммы, поясняющие работу БМ при воздействии функции коммутации

Таким образом, при использовании БМ в режиме сильных сигналов один из сигналов (несущая) представляет собой симметричную прямоугольную волну единичной амплитуды SН (t) (рис. 1, а) первая гармоника которой

является полезной, а другие – нежелательны.

Используя разложение Фурье, несущую SН (t) можно представить в виде суммы членов бесконечного гармонического ряда с частотами кратными

,

где коэффициенты Фурье вычисляются по формуле

.

Для подавления гармонических составляющих ФНЧ с частотой среза немного выше

(рис. 2). В этом случае для первой гармоники выходного напряжения (1) можно записать

, (2)

где К – коэффициент, учитывающий произведение масштабных коэффициентов передачи ПС и ФНЧ на частоте первой гармонической; UН – напряжение колебания ограниченной несущей.


Рис. 2. Схема БМ

Если на модулирующий вход подать сигнал с постоянной составляющей

, (3)

где U0 – напряжение постоянной составляющей; UM и

- амплитуда и частота модулирующего напряжения; m=UM /U0 , то на выходе ФНЧ БМ в соответствием с выражением (2) будет получен АМ сигнал

, (4)

где

- уровень несущей АМ сигнала.

При использовании БМ в режиме фазового детектирования (рис. 3) на входы ПС подают напряжения одной и той же частоты, но со сдвигом фаз на угол

. Пусть один из сигналов будет
, а второй
, тогда на выходе БМ получим

. (5)


Рис. 3. Фазовый демодулятор

Если с помощью ФНЧ отфильтровать составляющую с удвоенной частотой, то на выходе ФД получим постоянное напряжение, пропорциональное косинусу угла

. (6)

В случае необходимости с помощью полосового фильтра, как следует из выражения (5), можно получить удвоение частоты.

Возможность определения с помощью БМ фазового сдвига между напряжениями может быть использована для построения частотных демодуляторов ЧМ сигнала. Структурная схема частотного демодулятора (рис.4) включает широкополосный ограничитель 1, устраняющий возможное изменение амплитуды ЧМ сигнала и формирующий высокий уровень сигнала коммутации S1 (t), полосовой фазосдвигающий фильтр 2, настроенный на частоту несущей (среднюю частоту) ЧМ сигнала, а также БМ 3 и ФНЧ 4.


Рис. 4. Частотный демодулятор

Полосовой фильтр (рис. 5) формирует второй сигнал S2 (t), управляющий БМ. При высокой добротности фильтра фазовый сдвиг

, вызываемый девиацией частоты
вблизи несущей
, может быть записан в следующем виде

,

где
.

Рис. 5. Фазосдвигающий фильтр

Отфильтрованный ФНЧ сигнал оказывается пропорциональным девиации частоты входного сигнала

,

где К – коэффициент преобразования частотного демодулятора; UЧМ – входное напряжение ЧМ сигнала.

Реализация ПС в виде амплитудного модулятора на основе операционных усилителей и изменении проводимости полевого транзистора показана на рис.6. Здесь в качестве управляемого параметра используется проводимость канала ПТ, характеристика которой в режиме управляемого сопротивления аппроксимируется выражением


. (7)

Рис. 6. Амплитудный модулятор на основе ПТ и ОУ

Пусть на один вход (в цепь стока ПТ) подается относительно высокочастотный (несущий) сигнал UC 1 (t), а на второй вход (в цепь затвора ПТ) посредством инвертирующего сумматора на ОУ2 с единичным коэффициентом передачи – низкочастотный (модулирующий) UC 2 (t) и постоянная составляющая напряжения U0

; (8)

; (9)