Diseño de Circuitos Electrónicos para Comunicaciones
ATE-UO DCEC RxTx 00
CONTENIDO RESUMIDO:1- Introducción.2- Sintetizadores de frecuencias.3- Amplificadores de potencia para comunicaciones.4- Técnicas de mejora de rendimiento de amplificadores de
potencia. 5- Componentes y subsistemas para receptores y transmisores
ópticos.6- Circuitos electrónicos para receptores, transmisores,
transceptores y repetidores regenerativos.7- Circuitos electrónicos para concentradores, conmutadores y
encaminadores.
Estructura mínima de un receptor de RF
Cualidades de un receptor:• Sensibilidad: capacidad de recibir señales débiles. Se mide como
tensión en la entrada necesaria para obtener una relación determinada entre señal y ruido a la salida.
• Selectividad: capacidad de rechazar frecuencias indeseadas. Se mide como cociente de potencias de entrada de las señales de frecuencias indeseadas y de la deseada que generan la misma señal de salida.
• Fidelidad: Capacidad de reproducir las señales de banda base para una distorsión especificada.
• Margen dinámico: cociente entre niveles máximos y mínimos de potencia de entrada que garantizan funcionamiento correcto del receptor.
Antena Información
Amplificación y filtrado en alta
frecuenciaDemodulación Amplificación
en banda base
ATE-UO DCEC RxTx 01
Tipos de receptores:• Homodino o de detección directa o de conversión directa. • Reflex. • Regenerativo o receptores a reacción.• Superregenerativo o receptores a superreacción.
• Superheterodinos• De simple conversión. • De conversión múltiple.
Filtro de RF 1
Antena
Información
Etapa de RF 1
Demodulador
Amplificador de banda base
Filtro de RF n
Etapa de RF n
Receptor homodino (I)Hay n etapas de RF, todas sintonizadas a la frecuencia a recibir.
Sólo interés histórico
ATE-UO DCEC RxTx 02
Receptor homodino (II)
Presenta importantes limitaciones:• Muy desaconsejado si el margen de frecuencias a recibir es
ancho, ya que hacen falta varios filtros de banda agudos y variables.
• La selectividad obtenida varía en función de la frecuencia de recepción.
• Posibilidad de oscilaciones por acoplamientos parásitos entre entrada y salida, al operar todas las etapas de RF a la misma frecuencia.
Antena
Demodulador
Filtro 1 Etapa 1 Filtro 2 Etapa 1 Filtro n Etapa n
Variable en función de la frecuencia a recibir
Antena
Demodulador
Filtro 1 Etapa 1 Filtro 2 Etapa 1 Filtro n Etapa n
AntenaAntena
Demodulador
Filtro 1 Etapa 1 Filtro 2 Etapa 1 Filtro n Etapa nFiltro n Etapa n
Variable en función de la frecuencia a recibirVariable en función de la frecuencia a recibir
ATE-UO DCEC RxTx 03
Sin embargo, es útil si:• La banda de recepción es relativamente estrecha.• El demodulador es del tipo detector coherente.
Receptor homodino (III)Ejemplo: Receptor de SSB (I)
Antena
Información
vo(Ot)
Amplificador de banda base
Filtro de banda base
Filtro de RF
Amplificador de RF
Detector coherenteAntena
Información
vo(Ot)
Amplificador de banda base
Filtro de banda base
Filtro de RF
Amplificador de RF
Detector coherenteAntenaAntena
Información
vo(Ot)
Amplificador de banda base
Filtro de banda base
Filtro de RF
Amplificador de RF
Detector coherente
vf
0Sm
vf
vpUSB, pUSB = p+ Sm
Se sintoniza o = p
vpUSB
p
p+Sm0
O
0
Filtro de banda base
El filtro de banda base fija la selectividad del receptor
ATE-UO DCEC RxTx 04
• Características de diseño:- Poca ganancia de RF (se
evitan oscilaciones parásitas).- Alta ganancia en banda base
(barato).
Receptor homodino (IV)vpUSB1,
pUSB1
vpUSB2,
pUSB2Antena
Información
vo(Ot)
Amplificador de banda base
Filtro de banda base
Filtro de RF
Amplificador de RF
Detector coherenteAntena
Información
vo(Ot)
Amplificador de banda base
Filtro de banda base
Filtro de RF
Amplificador de RF
Detector coherenteAntenaAntena
Información
vo(Ot)
Amplificador de banda base
Filtro de banda base
Filtro de RF
Amplificador de RF
Detector coherente
vf
Problema: dos señales de frecuencias cercanas.
O
0
p1
vpUSB1
p1+Sm10
p2
p2+Sm2
vpUSB2 Filtro de banda base
0Sm1
vf
(O-p2-Sm2)
Señal no inteligible, que no se puede filtrar en la entrada de RF.
No se elimina la “banda imagen”
ATE-UO DCEC RxTx 05
Receptor homodino (V)
Antena
Información
Amplificador de banda base
Filtro de banda base
Filtro de RF
Amplificador de RF
Detector coherente con mezclador I/Q
vo(Ot)
vf1
p/2
p/2
-/+
vf2
vf2’
Filtro de banda base
Solución: uso de un detector coherente con mezclador I/Q
0Sm1
vfvpUSB1p1
p1+Sm10O
p2
p2+Sm2
vpUSB2
vpUSB1,
pUSB1
vpUSB2,
pUSB2
Filtro de banda base
ATE-UO DCEC RxTx 06
Receptor superheterodino de simple conversión (I)
Antena
Información
Filtro de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
Demodulador
Amplificador de BB
Es el tipo de receptor de uso general
Variable en función de la frecuencia a recibir
Idea fundamental: convertir todas las frecuencias a recibir a una constante llamada “Frecuencia Intermedia”. El mayor esfuerzo en filtrado y amplificación en alta frecuencia se hace a la frecuencia intermedia. La sintonía se lleva a cabo modificando la frecuencia del oscilador (oscilador local) y la del filtro de entrada (si el margen de frecuencias a recibir es amplio).
ATE-UO DCEC RxTx 07
Antena
Información
Filtro de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
Demodulador
Amplificador de BB
Antena
Información
AntenaAntena
Información
Filtro de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
Demodulador
Amplificador de BBFiltro
de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
Demodulador
Amplificador de BB
Variable en función de la frecuencia a recibirVariable en función de la frecuencia a recibir
Receptor superheterodino de simple conversión (II) Gfiltro IF [dB]
0
-20
-40
-60400 f [kHz] 500
• Ejemplo: Receptor de radiodifusión en OM (MF, modulación en AM). fRF_min = 520 kHz y fRF_max = 1630 kHz.fIF = 455 kHz y DfIF = 10 kHz (usando filtro cerámico).Elecciones posibles de fosc:fosc = fRF + fIF (mejor en este ejemplo).fosc = fRF - fIF.Cálculo de fosc_min = 975 kHz y fosc_max = 2085 kHz.
fosc = 975 - 2085 kHz
fIF = 455 kHzfRF = 520 - 1630 kHz
ATE-UO DCEC RxTx 08
Receptor superheterodino de simple conversión (III) 455 kHz 1630 kHz520 kHz fRF
455 kHz fosc 2085 kHz975 kHz
0 f
Señal 1MHz1455 kHz
0 f
• Ejemplo: Sintonía de una emisora de AM en 1 MHz.
1MHz455 kHz
Señal 455 kHz
455 kHz
Señal 475 kHz
455 kHzFuera de sintonía: con oscilador a 1475 kHz
El filtro de IF fija la selectividad
En sintonía: con oscilador a 1455 kHz
ATE-UO DCEC RxTx 09
Receptor superheterodino de simple conversión (IV)
Ventajas del receptor superheterodino: • La mayoría de los filtros de alta frecuencia trabajan a frecuencia
fija (a la frecuencia intermedia fIF). • La selectividad la fija el filtro de frecuencia intermedia y es, por
tanto, fija.• El cambio de frecuencia disminuye la posibilidad de
oscilaciones por acoplamientos parásitos entre entrada y salida.
Limitaciones del receptor superheterodino: • Hay que cambiar simultáneamente la frecuencia del oscilador
local y del filtro de RF (esto último si el margen de frecuencias a recibir es amplio).
• Un nuevo problema: la influencia de la frecuencia imagen.
Filtro de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
Filtro de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
ATE-UO DCEC RxTx 10
Receptor superheterodino de simple conversión (V)
fosc 2085 kHz975 kHz
455 kHz 1630 kHz520 kHz
fRF
455 kHz0 f
• El problema de la frecuencia imagen en el ejemplo anterior, sintonizando una emisora de AM en 1 MHz:
1455 kHz
0 f
1MHz455 kHz Señal 1910 kHz
1910 kHz - 1455 kHz = 455 kHz455 kHz
La señal de 1910 kHz es también amplificada por la etapa de IF
455 kHz
1430 kHz 2540 kHz
Banda imagen
ATE-UO DCEC RxTx 11
Receptor superheterodino de simple conversión (VI)
fant
fosc
fIF
• Generalización con mezclador ideal:
fIF = ½fant ± fosc½, siendo fant o bien fRF o bien fim.
¡¡OJO!!: El filtro de RF no suprime completamente la fim.
Tres posibilidades de diseño: 1- Frecuencia intermedia diferencia, con el oscilador “por debajo”(fosc < fRF): fIF = fRF - fosc Þ fosc = fRF - fIF
2- Frecuencia intermedia diferencia, con el oscilador “por encima”(fosc > f RF): fIF = fosc - fRF Þ fosc = fRF + fIF
3- Frecuencia intermedia suma (poco habitual y sólo en MF y HF): fIF = fRF + fosc Þ fosc = fIF - fRF
Filtro de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
Filtro de RF
Amplificador de RF
Mezclador
Filtro de IF
Amplificador de IF
ATE-UO DCEC RxTx 12
Concepto de “rechazo a la frecuencia imagen”, IR, en receptores superheterodinos
½vfitro_RF(f) / vfitro_RF(fo)½ [dB]
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0,5·fo fo 1,5·fo 2·fo 2,5·fo
fRF fim
IR
¿Cómo mejorar (aumentar) el IR? ATE-UO DCEC RxTx 13
Métodos para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen en receptores superheterodinos
• Usar estructura de mezcladores con rechazo de banda imagen (I/Q). • Usar un filtro de RF más agudo.• Separar más la frecuencia imagen.
vo
p/2
p/2
-/+
vf2’
vs
Antena
Filtro de IF
Amplificador de IF
Mezcladores con rechazo de banda imagen
ATE-UO DCEC RxTx 14
• Problema técnico: los desfasadores de 90º sólo se pueden construir si la frecuencia cambia relativamente poco.
Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (I)
PLL
Amplif. de bajo ruido
Mezclador I/QATE-UO DCEC RxTx 15
Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (II)
ATE-UO DCEC RxTx 16
Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por
estructura I/Q (III)
ATE-UO DCEC RxTx 17
Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por
estructura I/Q (IV)
ATE-UO DCEC RxTx 18
Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por
estructura I/Q (V)
ATE-UO DCEC RxTx 19
AGC
Filtro de entrada
Varicaps del PLL
Control del PLL
Montaje para su uso
MOD
TANK
PREOUT
Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (VI)
• Partes del PLL integradas:
• El divisor se puede anular o programar como divisor de doble módulo. ATE-UO DCEC RxTx 20
Salida del VCO
Salida del VCO
TANK
VCO ADJUST
Ejemplo de receptor con rechazo de banda imagen por estructura I/Q (VII)
ATE-UO DCEC RxTx 21
• El divisor del PLL:
Uso de un filtro de RF más agudo para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (I)
IR’
½vfitro_RF(f) / vfitro_RF(fo)½ [dB]
-40-35-30-25-20-15-10-50
0,5fo fo 1,5fo 2fo 2,5fo
fimfRF
IR • Fácil de conseguir si fRF cambia relativamente poco.
• Se pueden usar varios circuitos resonantes o “SAWs” (en UHF o VHF)
• En caso contrario, hay que usar condensadores variables de varias secciones o varios diodos varicap.
Al amplificador de RF
Osciladorlocal
Condensadorvariable de tres secciones Control del oscilador local
ATE-UO DCEC RxTx 22
+ Vcc
G D
S
Al mezclador
Osciladorlocal
Control del oscilador local
Uso de un filtro de RF más agudo para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (II)
G D
S Osciladorlocal
Control con diodos varicap
ATE-UO DCEC RxTx 23
½vfitro_RF(f) / vfitro_RF(fo)½ [dB]
-40-35-30-25-20-15-10-50
0,5fo fo 1,5fo 2fo 2,5fo
fimfRF fim’
IRIR’ • ¿Cómo se puede aumentar la
diferencia entre fRF y fim?
• Aumentando fIF. Esto ocurre con las tres posibilidades de diseño del receptor:
Aumento de la diferencia entre fRF y fim para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (I)
• Diseño Caso 1 (fosc = fRF - fIF): fRF - fim = 2fIF Þ crece con fIF
• Diseño Caso 2 (fosc = fRF + fIF): fim - fRF = 2fIF Þ crece con fIF
• Diseño Caso 3 (fosc = fIF - fRF): fim - fRF = 2(fIF - fRF) Þ crece con fIF ATE-UO DCEC RxTx 24
• Problema: la selectividad del receptor está fijada por la del filtro de IF. Si aumenta fIF aumenta su ancho de banda (para igual Q) y, por tanto, disminuye la selectividad del receptor. Para solucionar este problema hay dos soluciones posibles:
• Usar filtros de más calidad (filtros cerámicos de alta calidad o filtros de cristal de cuarzo en vez de cerámicos).
• Usar una estructura de conversión múltiple (doble o triple).• Superheterodino de doble conversión:
Aumento de la diferencia entre fRF y fim para mejorar el rechazo a la frecuencia imagen (II)
RF 1ªIF 2ªIF Demodulador
fosc1
fIF1fRF
fosc2
fIF2 < fIF1
ATE-UO DCEC RxTx 25
Receptor superheterodino de doble conversión
Dos frecuencias intermedias: • La primera frecuencia intermedia, fIF1, se elige relativamente alta para
conseguir buen rechazo a la frecuencia imagen.• La segunda frecuencia intermedia, fIF2, se elige relativamente baja para
obtener una buena selectividad.
La solución se puede generalizar a más conversiones
RF 1ªIF 2ªIF Demodulador
fosc1
fIF1fRF
fosc2
fIF2 < fIF1
fosc2
fIF2 < fIF1
2ªIFRF
fosc1
fIF1
1ªIF Demodulador
fRF
fosc3
fIF3 < fIF2
3ªIF
ATE-UO DCEC RxTx 26
Receptor superheterodino de doble conversión y frecuencia variable de recepción (I)
• Mejor solución si el margen de variación de fRF es grande.• El oscilador de más alta frecuencia es el variable (posibles
problemas de estabilidad térmica.• La solución es usar PLLs o DDSs.
Posibilidades : 1ª. Primer oscilador variable y primera IF constante:
ATE-UO DCEC RxTx 27
RF 1ªIF 2ªIF
fosc1_min
fosc1_max
fIF1fRF_min - fRF_max
fosc2
fIF2 < fIF1
Sintonía
Demodulador
DemoduladorRF 1ªIF 2ªIF
fosc2_min - fosc2_max
fIF1-min - fIF1-max fRF_min - fRF_max
fosc1
fIF2 < fIF1
Sintonía
• El oscilador de más alta frecuencia es de frecuencia fija (mejor desde el punto de vista de la estabilidad térmica).
• Solución sólo adecuada si el margen de variación de fRF es pequeño. En caso contrario, existen problemas con el ruido y con el margen dinámico, ya que toda la banda a recibir es procesada por los amplificadores de RF y 1ª IF, que deben ser de banda ancha.
2ª. Primer oscilador constante y primera IF variable:
ATE-UO DCEC RxTx 28
Receptor superheterodino de doble conversión y frecuencia variable de recepción (II)
Demoduladores de AM: el detector de pico (I)
+
-vdpRvpAM
+
C
D
vpAM
vdp
ATE-UO DCEC RxTx 29
Demoduladores• En general, es materia abordada en la titulación de grado.• Aquí recordaremos unos pocos ejemplos.
+
-vdp
Filtro pasa altos
+
-vdpsc
Detector de pico+ Vcc
GD
S
1:n
RCD
C1
R1
Amplificador de IF
LmCR
• Realización práctica de un detector de pico de media onda:
vpAM vdpvdpsc
vpAM
+
-
Demoduladores de AM: el detector de pico (II)
ATE-UO DCEC RxTx 30
Demoduladores de AM: el detector coherente (I)• Principio de operación:
- Señales de entrada:vpAM(mt, pt) = Vp·[1 + vm(mt)]·cos(pt)
vo(ot) = Vo·cos(ot + f)
- Salida del mezclador:
Recuerdese:cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]
vmez = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(p + o)t + f] + cos[(o - p)t + f]]
- Salida del filtro:vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(o - p)t + f]]
- Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la portadora, es decir, o = p y f = 0º, entonces:
vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo que es proporcional a vm(mt) + una componente de continua, que se elimina fácilmente con un condensador de bloqueo.- ¿Cómo conseguir o = p y f = 0º?
vf
Mezclador
vpAM(mt, pt)
vo(ot)
vmez
ATE-UO DCEC RxTx 31
• Recuperación de la portadora:
vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo
vfca = k·0,5·Vp·Vo·vm(mt)
vpAM(mt, pt) Mezclador
vo(pt)f = 0º
vfvmez
V = k(DF)
PLL
vfca
Demoduladores de AM: el detector coherente (II)
ATE-UO DCEC RxTx 32
• Principales formas de onda con f = 0º:
Mezclador
vpAM
vo
vmez vf vo(pt)
vpAM(mt, pt)
vmez(mt, 2pt)
vf(mt)Moduladora con nivel de continua
Demoduladores de AM: el detector coherente (III)
ATE-UO DCEC RxTx 33
• Principales formas de onda con f = 90º:
Mezclador
vpAM
vo
vmez vf vo(pt)
vpAM(mt, pt)
vmez(mt, 2pt)
vf
Como el valor medio de vmez es cero, no se obtiene la moduladora por filtrado.
Demoduladores de AM: el detector coherente (IV)
ATE-UO DCEC RxTx 34
Demoduladores de FM: El detector de cuadratura (I)
• Principio de funcionamiento (I):
vpFM = VP·cos[pt + Dp·∫ xm(mt)·dt]t
-¥
Mezclador vf
vmez
Retardo tr
vpFM
vpFM’
vpFM’ = VP·k1·cos[p(t - tr)+ Dp·∫ xm(mt)·dt]t-tr
-¥
vmez = VP2·k2·k1·cos[2pt - ptr + Dp·∫ xm(mt)·dt + Dp·∫ xm(mt)·dt] +
VP2·k2·k1·cos[ptr + Dp·∫ xm(mt)·dt]
t
-¥
t-tr
-¥ t
t-tr vf = VP
2·k2·k1·cos[ptr + Dp·∫ xm(mt)·dt] t
t-tr • Como xm(mt) no cambia apreciablemente en tr segundos, queda:
vf = VP2·k2·k1·cos[ptr + Dp·tr·xm(mt)]
• Y como la red de retardo se calcula para que valga 90º a p, queda:
vf = VP2·k2·k1·cos[p/2 + Dp·tr·xm(mt)] = -VP
2·k2·k1·sen[Dp·tr·xm(mt)] ATE-UO DCEC RxTx 35
vf
vpFM
vf = -VP2·k2·k1·sen[Dp·tr·xm(mt)] » -VP
2·k2·k1·Dp·tr·xm(mt)
vf = -VP2·k2·k1·sen[Dp·tr·xm(mt)]
vpFM’
vmez
¡Ojo! vf depende también de Vp2
Þ Hay que usar un limitador
vf
trLimitador
ve
vsvpFM
• Principio de funcionamiento (II):
ATE-UO DCEC RxTx 36
Demoduladores de FM: El detector de cuadratura (II)
• Como se cumple que:p·tr » p/2, ½xm(mt)½ £ 1 y Dp << 2p, entonces: Dp·tr·xm(mt) = p·xm(mt)·Dp/(2p) << 1, y, por tanto:
0
10,7 MHz10,5 10,9
vf/k2·VP2
Cs=C/20
+
-
vdFM R
LC
Cs
+
-vdFM’
¿Cómo se genera el retardo?
• Calculamos la transferencia de la red: • vdFM’/vdFM = LCss2/[1 + Ls/R + L(C + Cs)s2]
Q = 1510
5
vmez = VP·cos(t)·2k2·½vdFM’/vdFM½· VP·cos[t – arg(vdFM’/vdFM)] Þ
vf = k2·VP2½vdFM’/vdFM½cos[arg(vdFM’/vdFM)]
• Efectuamos un análisis senoidal permanente (s = j). Sólo es válido si m << p:vdFM’/vdFM = -LCs2/[1 - L(C + Cs)2 + jL/R. Por tanto:
• Se define Q = R/(Lp):
Demoduladores de FM: El detector de cuadratura (III)
ATE-UO DCEC RxTx 37
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
0
0,5
1
1,5
4vd/VT
iC2/(iO)
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
0
0,5
1
1,5
4vd/VT
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
0
0,5
1
1,5
0
0,5
1
1,5
4vd/VT
iC2/(iO)iC2/(iO)
+ VCC
vsQ1
iC2
R
+
-
- VCC
Q2
iO
+
-vd
+ VCC
vsQ1
iC2
R
+
-
- VCC
Q2
iO
+
-vd
Etapa diferencial
+ VCCve
vs
+ VCC+ VCCve
vs
3 etapas con margen dinámico muy pequeño
Con diodos
+/-=
+/-=
ve vs
+/-=
+/-=
+/-=
ve vs
• Son necesarios en los detectores de cuadratura:
ATE-UO DCEC RxTx 38
Demoduladores de FM: Ejemplos de circuitos limitadores
Demoduladores de FM: Demodulador con PLL
V = k(DF)Salida
Entrada vpFM vosc
Vcont_osc
vcont_oscvdFM
• Principio de funcionamiento:
• Condición de diseño: el PLL debe ser suficientemente rápido para seguir las variaciones de frecuencia Þ
frecuencia de corte del PLL >> frecuencia máxima de la moduladora.
corte PLL >> m max
Frecuencia de corte alta
ATE-UO DCEC RxTx 39
Demodulador de PM con PLL
vdPM
• Principio de funcionamiento:
• Condición de diseño: el PLL debe ser suficientemente lento para que su salida sea insensible a las variaciones de frecuencia Þ
frecuencia de corte del PLL << frecuencia mínima de la moduladora.
corte PLL << m min
V = k(DF)Salida
Entrada vpPM vosc
vDF
Frecuencia de corte alta
Frecuencia de corte muy baja
ATE-UO DCEC RxTx 40
Demoduladores de FSK: con batería de filtros
vpFSK
vf1
vf2
+vdFSK
vd1
- vd2
ATE-UO DCEC RxTx 41
voscV = k(DF)vpFSK
vdFSK
Demoduladores de FSK: con PLL
Frecuencia de corte alta
Demodulador de BPSK: Con bucle elevador al cuadrado
• El bucle elevador al cuadrado sirve para recuperar la portadora:
vmez
vs
ATE-UO DCEC RxTx 42
vpBPSK
vo(pt)f = 0º
vfvmez
PLLx2
Recuperación de la portadora
vs
2
Demodulador de QPSK: con detector coherente I/Q (I)
vpQPSK
vo(pt)
vo(pt-p/2)
vmez1
vmez2
I 00 0 01 1vsI
000 0 11QvsQ
(coincide con 4 QAM)
ATE-UO DCEC RxTx 43¿Cómo se recupera la portadora?
vsI
vpQPSK
p/2
vsQ
vmez1
vo(pt)Recuperada de la portadora
vmez2
Demodulador de QPSK: con detector coherente I/Q (II)
ATE-UO DCEC RxTx 44
• Recuperación de la portadora:
vpQPSK
Recuperación de la portadora
x2 PLL 4
vsI
p/2
vsQ
x2
vpQPSK
vo(pt)
Demodulador I/Q (de cuadratura) de propósito general
ATE-UO DCEC RxTx 45
vsI
vIF
-p/4
vsQ
vmez1
vmez2
+p/4
vLO
• Existen muchos circuitos integrados para esta función.• Las entradas y salidas son diferenciales. • Se usan para demodular QAM y QPSK.
Ejemplos de demodulador I/Q de propósito general (I)
ATE-UO DCEC RxTx 46
Ejemplos de demodulador I/Q de propósito general (II)
ATE-UO DCEC RxTx 47
Ejemplos de demodulador I/Q de propósito general (III)
ATE-UO DCEC RxTx 48
Ejemplos de demodulador I/Q de propósito general (IV)
ATE-UO DCEC RxTx 49
PLL
Np
DF +Filtro
50 kHz
NF1
NF2
Ejemplo de receptor de conversión simple
98,2-118,7 MHz Demodulador de
cuadratura de 10,7 MHz
RF IF AFDEM
10,7 MHz87,5 - 108 MHz,
Sintonía digital
mC
• Receptor de radiodifusión en FM (VHF, modulación en FM de banda ancha) con sintonía sintetizada con PLL:fRF_min = 87,5 MHz, fRF_max = 108 MHz, fIF = 10,7 MHz, DfIF = 250 kHz (usando filtro cerámico), fosc_min = 98,2 MHz y fosc_max = 118,7 MHz (Diseño “Caso2”).
ATE-UO DCEC RxTx 50
Ejemplo de CI para receptor de conversión simple (I)
ATE-UO DCEC RxTx 51
Ejemplo de CI para receptor de conversión simple (II)
ATE-UO DCEC RxTx 52
Ejemplo de CI para receptor de conversión simple (III)
ATE-UO DCEC RxTx 53
Ejemplo de receptor de doble conversión• Receptor de radioaficionado de la banda de 2 m (VHF, modulación
en FM de banda estrecha): fRF_min = 144 MHz, fRF_max = 146 MHz, fIF1 = 10,7 MHz (filtro cerámico), fIF2 = 455 kHz (filtro cerámico), DfIF2 = 15 kHz, fosc1_min = 154,7 MHz y fosc1_max = 156,7 MHz (con PLL), fosc2 = 10,245 MHz (diseño “Caso 2”en la primera conversión y “Caso 1”en la segunda conversión ).
PLL
NpDF +
Filtro
5 kHz
NF1
NF2
154,7-156,7 MHz Demodulador de cuadratura
de 455 kHz
RF IF AFDEM
10,7 MHz144 - 146 MHz
Sintonía digital
mC
IF
10,245 MHz
455 kHz
ATE-UO DCEC RxTx 54
Ejemplo de CI para receptor de doble conversión
ATE-UO DCEC RxTx 55
Criterios:• Evaluar los valores necesarios de selectividad y rechazo a frecuencia
imagen. Teniendo en cuenta el coste, decidir la estructura de conversión y el tipo de filtro de IF a usar.
• Evitar que la frecuencia intermedia coincida con una de las posibles del oscilador local. En caso contrario y como el mezclador no es ideal, la señal del oscilador entrará en el amplificador de IF y provocará su saturación.
• Evitar que la frecuencia intermedia coincida con uno de los posibles armónicos de las posibles frecuencias del oscilador local. Las razones son las mismas que en el caso anterior.
• Evitar coincidencia entre una de las posibles frecuencias de RF y la frecuencia de IF. En caso contrario y en un diseño “Caso 1”, el oscilador llegaría a frecuencia 0. En un diseño “Caso 2” y como el mezclador no es ideal, las señales de mezcla y la de entrada pueden tener problemas de fase. Además podría haber oscilaciones parásitas por coincidencia de frecuencias entre entrada y salida.
• Intentar usar frecuencias normalizadas por los fabricantes de filtros piezoeléctricos.
Elección de los valores de las frecuencias intermedias de un receptor superheterodino
ATE-UO DCEC RxTx 56
AGC en un receptor de AM
Subsistemas de control en receptores• El control automático de ganancia (AGC o CAG). • El silenciador o “squelch”.
RF IF AF
AGC
AGC• Disminuye la ganancia de las etapas en función de la amplitud de las
señales.• Es muy necesario cuando la modulación usada es de envolvente no
constante.
Línea de AGC
ATE-UO DCEC RxTx 57
• Se utiliza en receptores de transmisiones en VHF y UHF moduladas en FM.
• Silencia el amplificador de audio cuando no hay señal de RF para evitar el “soplido” o ruido de fondo, con objeto de evitar las molestias que causa y para ahorrar consumo de baterías.
RF IF
Demodulador de cuadratura
AFDEM
Squelch
El silenciador o “squelch”
• Se detecta la presencia del “soplido” por filtrado “pasa altos de audio” y detección de pico.
• Si existe soplido, se silencia el amplificador de baja frecuencia. • Si existe señal de RF entonces no existe el soplido y, por tanto, no se
silencia el amplificador de baja frecuencia. • El filtro “pasa-altos de audio” no debe dejar pasar las señales de la
frecuencia de la moduladora. ATE-UO DCEC RxTx 58
Estructura de un receptor óptico (I)
• Son normalmente receptores de tipo homodino.• Frecuentemente la luz se modula en ASK.• A veces se incorpora Control Automático de Ganancia (AGC).
DetectorAmplificador
de AGC
Etapa preamplificadora
CC/CC
Decisión
Recuperación del reloj
Etapaamplificadora
Convertidor serie-paralelo
ATE-UO DCEC RxTx 59
Demodulador Amplificador en banda base Tratamiento digital
Estructura de un receptor óptico (II)
• A veces se intenta cancelar el efecto del posible nivel de continua en la salida para optimizar el margen dinámico:
Etapa preamp.
CC/CC
Decisión
Recuperación del reloj
EtapaAmp.
Convertidor serie-paralelo
ATE-UO DCEC RxTx 60
Demodulador Amplificador en banda base Tratamiento digital
Detectorde CC
Estructura de un receptor óptico (III)
• Ejemplo de circuito práctico con cancelación de nivel de continua en la salida para optimizar el margen dinámico:
ATE-UO DCEC RxTx 61
Estructura de un receptor óptico (IV)• Cuando se usan fotodiodos de avalancha, el sistema de AGC actúa
sobre la polarización inversa del fotodiodo para regular su sensibilidad:
Etapa preamplificadora
Detector
CC/CC
Decisión
Recuperación del reloj
Etapaamplificadora
Convertidor serie-paralelo
Amplificador de AGC
ATE-UO DCEC RxTx 62
Demodulador Amplificador en banda base Tratamiento digital
• Es posible modular la luz con una portadora de RF modulada:
Estructura de un receptor óptico (V)
CC/CC
Demodulador“óptico”
Receptor de RF(con demodulador de RF)
Preamplificador
Amplificador de AGC
fosc
fIF
IF DemoduladorSeñal en
banda base
ATE-UO DCEC RxTx 63
Ejemplo de receptor óptico• Combinación de los circuitos
integrados MAX3664 y MAX3675 de Maxim:
ATE-UO DCEC RxTx 64
• Estabilidad de frecuencia.• Pureza espectral de la señal de salida.• Potencia (requiere definiciones específicas en función del tipo
de modulación).• Rendimiento del transmisor.• Fidelidad de la modulación.• Margen dinámico.
Cualidades de un transmisor
• Modulación a nivel de potencia: sólo en AM y ASK.• Modulación a nivel de señal: es la más versátil y frecuente.
Estructura en función de dónde se realiza la modulación
BB
RF
Modulador
BB
RFA nivel de potencia
Modulador
BB
RF RF
A nivel de señalATE-UO DCEC RxTx 65
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de potencia (I)
• Transmisor de AM a frecuencia variable con PLL:
fXtal·NP·NF1/NF2
Banda base
Información
Antena
RF
Banda base
Modulador
fXtal·NP·NF1/NF2
PLL
NP
DF+F
NF1
NF2
Sintonía digital
mC
fXtal
Clase C/D
Clase C/D
ATE-UO DCEC RxTx 66
fXtal·NP·NF1/NF2
Banda base
Información
Antena
RF
Modulador
fXtal·NP·NF1/NF2
PLL
NP
DF+F
NF1
NF2
Sintonía digital
mC
fXtal
Clase C/D
Clase C/D
• Transmisor de ASK a frecuencia variable con PLL:
ATE-UO DCEC RxTx 67
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de potencia (II)
Estructura de un transmisor con modulación a nivel de señal• Modulación a frecuencia de transmisión (estructura homodina).
Modulador
BB
RF RF
fRF
Modulador
BB
IF RFRF
fXtalfVFO
fRF = fXtal + fVFO
• Modulación a frecuencia intermedia (estructura heterodina).
ATE-UO DCEC RxTx 68
- Muy frecuentemente la modulación debe realizarse a frecuencia fija.- Si la transmisión debe ser a frecuencia variable, se debe elegir la
estructura heterodina.
Moduladores• En general, es materia abordada en la titulación de grado.• Aquí recordaremos unos pocos ejemplos.
vp
vm vpDSB
Filtro a cristal
vpSSB
Modulador de SSB por filtrado de la banda lateral indeseada
p0
vpUSB vpLSB Filtro a cristal
Generación de USB
ATE-UO DCEC RxTx 69
Modulación de SSB con mezclador I/Q
Ecuaciones:vmez1 = k1·Vp·Vm·cos(mt)·cos(pt) =
k1·0,5·Vp·Vm·[cos((p + m)t) + cos((p - m)t)]
vmez2 = k1·Vp·Vm·cos(mt - p/2)·cos(pt - p/2) =
k1·0,5·Vp·Vm·[-cos((p + m)t) + cos((p - m)t)]
Con signo + en el sumador:vs = vmez1 + vmez2 = k1·Vp·Vm·cos((p - m)t) = vpLSB Con signo - en el sumador:vs = vmez1 - vmez2 = k1·Vp·Vm·cos((p + m)t) = vpUSB
vs
vmez1
vmp/2
+/-
vp
vmez2p/2
Dificultad: realizar el desfasador de banda base (banda ancha) con tecnología analógica.
f1
f2vm
Se construyen dos cadenas de desfasadores tal que f2 - f1 = p/2 basados en amplificadores operacionales.
ATE-UO DCEC RxTx 70
+vm(s)
- KDF F(s) 2pKV/sDf(s) fosc(s)vc(s)vDF(s)
fp(s)Conv. F/V Filtro pasa-bajos VCO
fosc(s) = fp(s) + vm(s)2pKVKDFF(s)/s
1 + 2pKVKDFF(s)/s2pKVF(s)/s
1 + 2pKVKDFF(s)/s
Modulador de fase con PLL (I)
• Se diseña el PLL con ancho de banda suficiente para fosc siguiera perfectamente a fp en un PLL sin vm:
≈ 1 ≈ 1/KDF
Por tanto: fosc(s) ≈ fp(s) + vm(s)/KDF Þ
vosc ≈ Voscpsen(pt + vm/KDF), que es una señal modulada en fase.ATE-UO DCEC RxTx 71
Modulador de fase con PLL (II)
• Por tanto: fosc(s) ≈ NfXtal(s) + Nvm(s)/KDF Þ
vosc ≈ Voscpsen(NXtalt + vmN/KDF)
• La desviación de fase varía con N.
• Se puede usar el PLL para obtener una frecuencia de salida mayor que la del oscilador a cristal:
+vm(s)
-KDF F(s) 2pKV/s
Df(s) fosc(s)vc(s)vDF(s)fXtal(s)
Conv. F/V Filtro pasa-bajos
VCO
N
ATE-UO DCEC RxTx 72
+vm(s)
- KDF F(s) 2pKV/sDf(s) fosc(s)
vc(s)
vDF(s)
fp(s) Conv. F/V Filtropasa-bajos
VCO
fosc(s) = fp(s) + vm(s)2pKVKDFF(s)/s
1 + 2pKVKDFF(s)/s2pKV/s
1 + 2pKVKDFF(s)/s
Modulador de frecuencia con PLL (I)
≈ 0 a ³ m_min
≈ 1 a << m_min
• Condición de diseño del PLL: su frecuencia de corte debe ser mucho menor que la mínima frecuencia de vm.
≈ 2pKV/s a ³ m_min
≈ 1/KDFF(s) a << m_min
(señal modulada en frecuencia)vosc ≈ Voscpsen(osct + 2pKV ∫ vmdt) t
-¥
• Por tanto, para m_min < < m_max:
ATE-UO DCEC RxTx 73
Modulador de frecuencia con PLL (II)
• ¡¡Ojo!! la desviación de frecuencia (absoluta) puede cambiar al cambiar la sintonía (depende de cómo sea el varicap).
• Se puede usar el PLL para obtener una frecuencia de salida mayor que la del oscilador a cristal:
+
vm(s)
-KDF F(s) 2pKV/s
Df(s) fosc(s)
vc(s)
vDF(s)fXtal(s)
Conv. F/V Filtro pasa-bajos
VCO
N
ATE-UO DCEC RxTx 74
vosc ≈ Voscpsen(NXtalt + 2pKV ∫ vmdt) t
-¥
Moduladores de FSK con PLLs
V = k(DF)Xtal
vpFSK
NN1, N2vm
N1Xtal, N2Xtal
Xtal
vpFSK
V = k(DF)
N1
V = k(DF)
N2
vm
N1Xtal
N2Xtal
N1Xtal, N2Xtal
ATE-UO DCEC RxTx 75
Modulador de PSK binaria (BPSK)
• El acondicionador digital genera una señal moduladora digital vm, sincronizada con el oscilador a cristal, que toma valores positivos +VM en el 1 lógico y negativos -VM en el 0 lógico.
• Por tanto, el 1 lógico corresponde a:
vsBPSK = k·VM·vp (portadora sin invertir)
• Y el 0 lógico corresponde a:
vsBPSK = -k·VM·vp (portadora invertida)
vm
vp
vsBPSK
+VM
-VM
Oscilador a Xtal
Informacióndigital
fXtal1
Acondicionador digital
Reloj
vsBPSKvm
vp
ATE-UO DCEC RxTx 76
011 01 1
vmez I
p/2 +
vp
vmez Q
vm
Demultiplexadorcon retención y cambio de nivel
vpQPSK
Reloj
I
Q01 1
0 11
Modulador de PSK cuaternaria (QPSK)
ATE-UO DCEC RxTx 77
• El reloj del acondicionador digital (“demultiplexador con retención y cambio de nivel”) y el oscilador de portadora deben estar sincronizados.
• Esta modulación coincide con la 4 QAM.
Modulador I/Q (de cuadratura) de propósito general
• Existen muchos circuitos integrados para esta función.• Las entradas y salidas son diferenciales. • Se usan para modular QAM y QPSK.
veI
vsm-p/4
veQ
vmez1
vmez2
+p/4
vLO +
CDA
CDA
Sistema digital (D
SP)
ATE-UO DCEC RxTx 78
Ejemplo de modulador I/Q de propósito general (I)
ATE-UO DCEC RxTx 79
Ejemplos de modulador I/Q de propósito general (II)
Realimentación del nivel de señal
• Conexionado de las entradas desde un convertidor D/A:
ATE-UO DCEC RxTx 80
• Transmisores de SSB:
Antena
Clase A/B
RF
Oscilador de frecuencia variable, PLL o DDS
fV fXtal + fV
fXtal + fV
Clase A/B
RF
Oscilador a Xtal
Banda base
Información
fXtal
Filtro a cristal
• Con filtro a cristal:
Antena
Clase A/B
RF
Oscilador de frecuencia variable, PLL o DDS
fV fXtal + fV
fXtal + fV
Clase A/B
RFInf. p/2+/-
p/2
OsciladorBanda
base
• Con mezclador I/Q:
fXtal
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (I)
ATE-UO DCEC RxTx 81
• Transmisores homodinos de FM o FSK de frecuencia constante:
Banda baseInformación
AntenaClase C
RF
fXtal
fXtal
Multiplicador de frecuencia
La desviación de frecuencia también se multiplica por el mismo factor
Información
Antena
Banda base
Clase C
RF
N1·N2·fXtal
x N1 x N2
fXtal
ATE-UO DCEC RxTx 82
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (II)
- Frecuencia de transmisión coincidente con la del modulador:
- Frecuencia de transmisión múltiplo de la del modulador:
• Realización práctica con un circuito integrado MC2833 (I):
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (III)
ATE-UO DCEC RxTx 83
Banda base
Información
Antena
Clase C
RF
fXtal
fXtal
Banda base
Información
Antena
Clase C
RF
fXtalBanda
base
Información
Antena
Clase C
RF
fXtal
fXtal
Información
Antena
Banda base
Clase C
RF
N1·N2·fXtal
x N1 x N2
fXtalInformación
Antena
Banda base
Clase C
RF
N1·N2·fXtal
x N1 x N2
Información
Antena
Banda base
Clase C
RF
N1·N2·fXtal
x N1 x N2
Antena
Banda base
Clase C
RF
N1·N2·fXtal
x N1 x N2
Banda base
Clase C
RF
N1·N2·fXtal
x N1x N1x N1 x N2x N2
fXtal
- Tipos de estructura posibles:
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (IV)
• Realización práctica con un circuito integrado MC2833 (II):
ATE-UO DCEC RxTx 84
• Transmisor heterodino de FM, PM o FSK de frecuencia variable:
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (V)
Información
Antena
Clase C
RF N·fXtal2 + fXtal1
Sintonía digital
mCPLL2Sintonía N·fXtal2
PLL1Modulación
fXtal1
fXtal2
fXtal1
IFBanda base
• Transmisor heterodino de BPSK de frecuencia variable: Antena
RFN·fXtal2 + fXtal1
Sintonía digital
mCPLLSintonía N·fXtal2fXtal2
Informacióndigital
fXtal1
Acondicionador digital
Reloj
IF
ATE-UO DCEC RxTx 85
• Realización práctica con un circuito integrado MAX2900 (I):
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (VI)
ATE-UO DCEC RxTx 86
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (VII)
ATE-UO DCEC RxTx 87
• Realización práctica con un circuito integrado MAX2900 (I):
Modulador
Filtro-regulador del PLL
PLLOscilador a cristal
Red de adaptaciónRFPA
Modulador de FM
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (VIII)
• Transmisor heterodino de QPSK de frecuencia variable:
p/2+
p/2
OsciladorInformacióndigital
fXtal1
Acond. digital
Reloj
I
Q
Antena
RF
N·fXtal2 + fXtal1
Sintonía digital
mCPLL2Sintonía N·fXtal2fXtal2
vsm
• Transmisor heterodino de QAM de frecuencia variable:
- Usando un modulador I/Q de propósito general en el esquema anterior.
ATE-UO DCEC RxTx 88
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (IX)
• Realización práctica de un transmisor de QPSK:
ATE-UO DCEC RxTx 89
Ejemplos de transmisores con modulación a nivel de señal (X)
ATE-UO DCEC RxTx 90
Subsistemas de control en transmisores• El control automático de nivel (ALC o CAN). • El control automático de ganancia de banda base (p. e., audio).• El medidor de ondas estacionarias (en transmisores de
frecuencia variable).ALC y control automático de ganancia de audio
Actúan como los AGC de los receptores, para garantizar el funcionamiento lineal de los amplificadores de potencia de RF (en el caso del ALC) y de audio. También se encargan de que no se produzcan sobremodulaciones. La elección de sus constantes de tiempo puede llegar a ser compleja.
ALCAGC
ATE-UO DCEC RxTx 91
RFAntena
Clase A/B
RF
Clase A/Baudio
Filtro a cristal
Clase A
VFO, PLL o DDS
• Transmisor de SSB:
Estructura de un transmisor óptico • Son normalmente transmisores de tipo homodino.• Frecuentemente la luz se modula en ASK.• Se controla la operación del diodo (LED o láser).
Etapa de potencia
Generación del reloj
Convertidor serie-paralelo
Prepolarización
LED
Control
Etapa de potencia
Generación del reloj
Convertidor serie-paralelo
Niveles
Láser
Op. Laser
Fotodiodo
• Transmisor de LED:
• Transmisor de láser:
ATE-UO DCEC RxTx 92
Ejemplo de transmisor óptico con diodo láser • Realización práctica con los circuitos integrados MAX3867 y MAX3890:
ATE-UO DCEC RxTx 93
Ideas generales sobre transceptores de RF
Información
Red de adaptación
Modulador y amplificador
de RFAmplificador
de banda baseLínea de
transmisión
Antena
Oscilador
TX
Demodulador
Información
Amplificador y filtro de alta frecuencia
Amplificador en banda
baseLínea de
transmisión
AntenaRed de
adaptación
OsciladorOscilador
RX
• ¿Qué partes pueden o deben ser comunes?• La respuesta depende de las especificaciones de diseño del sistema.
• Un transceptor es un sistema que incluye un transmisor y un emisor.
ATE-UO DCEC RxTx 94
Alimentación
Transceptor de RF compartiendo antena, la red adaptadora y fuente de alimentación
• La conmutación se puede realizar con interruptor mecánico, con relé, con diodos o con transistores.
Información
Modulador y amplificador
de RFAmplificador
de banda base
Oscilador
TX
Demodulador
Información
Amplificador y filtrado en alta
frecuencia
Amplificador en banda
base
OsciladorOsciladorRX
Red de adaptación
Línea de transmisión
Antena
ATE-UO DCEC RxTx 95
Oscilador TX
Oscilador RX foscRX = foscTX - fIF
Información
Amplificador de banda
base
Alimentación
Modulador y amplificador
de RF
TX
Red de adaptación
Antena
RX
RF
RF
IF
IFDemodulador
Información
Transceptor a frecuencia constante con transmisor homodino y receptor superheterodino
ATE-UO DCEC RxTx 96
Información
RXRFIF-RX
fIF-RX fRFfIF-RX = fRF - fV
Banda base DEMOD
Se diseña fIF-RX = fIF-TX
Transceptor a frecuencia variable con transmisor heterodino y receptor superheterodino (I)
• Para garantizar que las frecuencias de transmisión y recepción coincidan en todo momento, se comparte el oscilador de frecuencia variable:
ATE-UO DCEC RxTx 97
Oscilador XtalInformación
fXtal = fIF-TX
RF
VFO, PLL o DDS
fV
fIF-TX + fV
IF-TX
Red de adaptación
Antena
TX
fRF = fIF-TX + fV
MODBanda base
fIF-TXfIF-TX
TX
IF
Filtro acristal
VFO, PLL o DDS
Banda base
RFRF-RX
RF-TX
Banda base
RX
Transceptor a frecuencia variable con transmisor heterodino y receptor superheterodino (II)
• El filtro de IF en algunos caso (por ejemplo, transceptores de SSB) es un elemento muy caro, por lo que interesa compartirlo en transmisión y recepción.
• Si el demodulador es coherente y se comparte el filtro de IF, conviene también usar un oscilador único para el modulador y el demodulador.
ATE-UO DCEC RxTx 98
PLLs
Sintonía digital
mC
NF2
NpDF+F
NF1
NpDF+F
NF1
fRF
TX-AMVoz
RFClase A
Red de adaptación
Antena
Audio
Clase C/D
Clase A Clase B
fRF
RX-AM
VozRFIF
fIF
fRF
Audio
fRF + fIF
Ejemplo de transceptor: Transceptor de AM con
PLL
ATE-UO DCEC RxTx 99
Ejemplo de transceptor: con receptor homodino y transmisor homodino con demodulador y modulador I/Q
ATE-UO DCEC RxTx 100
Ejemplo de transceptor: con receptor homodino con demodulador I/Q y transmisor homodino (I)
ATE-UO DCEC RxTx 101
Ejemplo de transceptor: con receptor homodino con demodulador I/Q y transmisor homodino (II)
ATE-UO DCEC RxTx 102
ATE-UO DCEC RxTx 103
Ejemplo de transceptor: con receptor homodino con demodulador I/Q y transmisor homodino (III)
Red de adaptación y balun
fRF_RX
Antena receptora
Receptor completo fRF_TX
Antena transmisora
Transmisor completo
Banda base
Repetidores de RF (vía radio)• Como los transceptores, son sistemas que incluye un transmisor y un
emisor.• Al contrario que los transceptores, la información transmitida es la
misma que la recibida.• Por tanto, son elementos intermedios en la cadena de comunicación.• Las antenas receptora y emisora apuntan en direcciones opuestas.• La frecuencia de recepción y de transmisión son distintas. Su
diferencia se llama “desplazamiento”. • Opciones:
- Bajar la señal hasta banda base.- Bajar la señal hasta una frecuencia intermedia.
Repetidor bajando a banda base
ATE-UO DCEC RxTx 104
• Ecuaciones:- En el repetidor: fdes = fRF_RX - fRF_TX
- En el transmisor: fLO_TX = fRF_TX - fIF
- En el receptor: fMX = fRF_RX - fIF
- En el mezclador común: fMX = fLO_RX + fLO_TX
IF
fLO_RX
Antena transmisora
RFPA
fRF_TX
fLO_TX
Antena receptora
fRF_RX
RF
LNA
fIF
fMX
fLO_RX = fdes
Repetidor bajando a frecuencia intermedia
ATE-UO DCEC RxTx 105
Repetidores de RF (vía cable)
• Son amplificadores.• Pueden ser de banda ancha o de banda estrecha. • A veces la alimentación se lleva en el mismo cable que
la señal, para evitar tener que llevar un cable más:
CA/CC
VCA
T de polarización(bias-T) Repetidor
VCC VCC
RepetidorATE-UO DCEC RxTx 106
VCC + señal
VCC + señal
Repetidores de señales digitales por cable
• Son comparadores rápidos.• Los comparadores con histéresis resultan adecuados. • Ejemplo de comparador con salida con señalización
diferencial de baja tensión (Low Voltage Differential Signaling, LVDS):
ATE-UO DCEC RxTx 107
Ejemplo de repetidor de señales digitales por cable (I)
ATE-UO DCEC RxTx 108
The LMH7220 is a high speed comparator with LVDS outputs. The LVDS (Low Voltage Differential Signaling) standard uses differential outputs with a voltage swing of approximately 325 mV on each output. The most widely used setup for LVDS outputs consists of a switched current source of 3.25 mA. The output pins need to be differentially terminated with an external 100Ω resistor, producing the standardized output voltage swing of 325 mV. The common mode level of both outputs is about 1.2V, and is independent of the power supply voltage. The use of complementary outputs gives a high level of suppression for common mode noise. The very fast rise and fall times of the LMH7220 enable data transmission rates up to several hundreds of Megabits per second (Mbps).
Ejemplo de repetidor de señales digitales por cable (II)
ATE-UO DCEC RxTx 109
ATE-UO DCEC RxTx 110
Ejemplo de repetidor con aislamiento galvánico para señales digitales por cable (I)
Ejemplo de repetidor con aislamiento galvánico para señales digitales por cable (II)
ATE-UO DCEC RxTx 111
Repetidores regenerativos de señales de comunicaciones por fibra óptica
• Existen dos tipos:- Los basados en transformación óptica-eléctrica-óptica.- Los basados en amplificadores ópticos.
Repetidores ópticos-eléctricos-ópticos (OEO)
• Existen tres tipos, en función del tratamiento de la señal eléctrica:- De amplificación de los pulsos eléctricos exclusivamente.- Con conformación de los pulsos. - Con conformación y recolocación temporal de los pulsos.
Tratamiento eléctrico
RX ópticoFibra óptica
TX ópticoFibra óptica
ATE-UO DCEC RxTx 112
Fibra óptica
• Los más comunes son los basados en fibras ópticas dopadas con Erbio (Erbium Doped Fibre Amplifier, EDFA)
• La bomba láser genera una radiación más energética (820, 980 o 1480 nm) que la de comunicaciones (1550 nm).
• La radiación de la bomba láser genera pares electrón hueco en la fibra dopada con Erbio.
• Cuando llega la radiación con información se produce emisión estimulada, aumentando el número de fotones salientes y, por tanto, produciéndose amplificación óptica.
ATE-UO DCEC RxTx 113
Repetidores basados en amplificadores ópticos
Filtro y aislador
Bomba láser
Alimentación del láser
Fibra óptica dopada con Erbio
Aislador y filtro
Fibra óptica
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