Tag Archives: fase

Voltimetro Vectorial

Un Voltimetro Vectorial es empleado generalmente con señales de alta frecuencia, la característica distintiva del mismo es que ademas de indicar la magnitud de una señal nos da información sobre su fase.

Como vimos en la medición de Parámetros S para poder calcular cada uno de los cuatro parámetros necesitábamos medir las magnitudes y diferencia de fase entre dos señales, en ese caso necesitábamos realizar la medición con el voltimetro vectorial.

La señal de referencia para la medición de fase es la que ingresa por el canal A. Un circuito de control automático de fase (APC) sintoniza y engancha en fase al instrumento a la señal del canal A. El rango de frecuencia del APC es seccionado por medio de un control en el panel frontal. El APC sintoniza entonces el instrumento automáticamente y mantiene la sintonia aún cuando la frecuencia de entrada fluctúa moderamente.

Diagrama de un Voltimetro Vectorial

Diagrama en bloques elemental de un Voltimetro Vectorial que utiliza un circuito de enganche de fase automático (APC) para sintonia y enganche de fase del instrumento al canal A. El APC ajusta la frecuencia del oscilador  local controlado por tensión (VCO) que gatilla los muestreadores mezcladores de las sondas. Las señales de RF son reconstruidas a partir de las muestras de FI de 20kHz, donde se mide la amplitud y la fase.

Continuar leyendo

PLL – Lazos Enganchados en Fase

Un oscilador de Lazos Enganchados en Fase, PLL por sus siglas en ingles correspondientes a Phase Loop Locked, en un circuito que permite que una señal de referencia externa, controle la frecuencia y la fase de un oscilador.

Principio de Funcionamiento

PLL diagrama bloques

El VCO (Voltage Controlled Oscilator) oscila libremente a una frecuencia, determinada por una red RC o LC, llamada frecuencia de corrida libre Ff (free frequency).  Esta frecuencia es comparada con la frecuencia Fs de una señal de referencia en el detector de fase (que se comporta como un mezclador cuando excede su rango lineal), el cual entrega la mezcla de ambas Fs-Fo o Fo-Fs dependiendo cual es mayor. Los productos de alta frecuencia tal como Fs+Fo, 2Fs, 2Fo, etc. son eliminados por el filtro pasabajos F(s).

frecuencias PLL

Si la frecuencia de la señal Ve (Fs-Fo o Fo-Fs) es lo suficientemente baja para  que el filtro pasabajos no la atenúe ni la desfase en exceso, Vd controlará el VCO, tendiendo a reducir la diferencia de frecuencias hasta que se igualen.

Una vez que se sincronizan Vo y Vs, esto es Fo = Fs, el detector de fase entrega una tensión Ve, con una componente continua estable necesaria para que el VCO iguale la frecuencia de la señal de referencia. En este caso se establece una diferencia de fase θd para producir la tensión Ve.

Estados de funcionamiento

  • Estado de Corrida Libre: Esta condición ocurre cuando no hay señal de entrada o hay una señal  de entrada a la cual el lazo no tiene posibilidades de enganchar. En esta condición, generalmente Vd = 0 o Vd ≈ VDD /2, cuando el chip es alimentado con una fuente de tensión VDD no partida.
  • Estado Fijo: Es el que corresponde cuando el lazo está enganchado en fase. Fo = Fs salvo una diferencia finita de fase θd. Cuando un lazo está enganchado por cada ciclo de la señal de entrada, hay uno y solo un ciclo de la señal de salida. Si el comparador de fase no excede su rango lineal se asegura el cumplimiento de esta condición.
  • Estado de Captura: Es el estado previo al fijo, es cuando el VCO está cambiando de frecuencia, intentando enganchar la frecuencia de la señal de referencia.

Rangos de Funcionamiento

Es conveniente definir los rangos de funcionamiento a partir de las variaciones de Vd cuando se varía la frecuencia de la señal de referencia.

PLL rangos funcionamiento

•  Ff: frecuencia de corrida libre
•  2Fc: rango de captura
•  2Fp: rango de tracción
•  2Fl: rango de seguimiento,  siempre se cumple que 2fC < 2fP < 2fL

El rango de seguimiento 2Fl no depende de las características del filtro. Los límites superior y/o inferior quedan definidos por el dispositivo que primero se sature,  puede ser el comparador de fase, el VCO o algún otro dispositivo activo del lazo.

El rango de captura 2Fc y el rango de tracción 2Fp dependen entre otras cosas, del filtro pasabajos. Las características del filtro, entre otras cosas, limitan la rapidez en que el estado fijo puede ser alcanzado, ya que la tensión del capacitor del filtro pasabajos no puede cambiar instantáneamente, oficiando el capacitor de memoria, asegurando una rápida recaptura de la señal,  si el sistema sale de sincronismo por un transitorio de ruido.

El proceso de adquisición del estado fijo, es complicado, no lineal, y de difícil análisis, por lo cual solo vamos a analizar el PLL ya en estado fijo. Una vez que el proceso de corrección (o adquisición del sincronismo en el lazo, o fijación del lazo) se ha completado, el PLL va a seguir automáticamente las variaciones de la señal de entrada. Si esta señal es más bien estable, con poco ruido y disturbios, el lazo necesita muy poca información para reproducirla fielmente. En este caso, un filtro de ancho de banda muy pequeño (puede ser tan angosto como 1 o 2Hz) es suficiente. El uso del PLL reduce tremendamente el contenido de ruido de la señal de entrada.

El lazo funciona como un filtro de frecuencia variable y de pequeño ancho de banda, que puede seguir automáticamente una señal de referencia, aun cuando esta posea una relación señal a ruido muy pobre.

Dentro del rango de captura sólo es posible un estado de equilibrio, correspondiente al PLL enganchado. Fuera del rango de captura pero dentro del rango de tracción, son posibles dos situaciones: enganchado u oscilando a la frecuencia libre, dependiendo si se entra en esa región estando el PLL enganchado o no. Finalmente, fuera del rango de seguimiento, sólo funcionará desenganchado.

Aplicaciones de los osciladores PLL

  • Generadores de portadoras para emisión con modulación de ángulo o no.
  • Generación de osciladores locales en recepción.
  • Sintetizadores de frecuencia.
  • Demoduladores de señales moduladas en ángulo.
  • Recuperación de impulsos de reloj en transmisiones digitales.
  • Circuitos de sincronismo para barrido horizontal y vertical en  receptores de   televisión.
  • Recepción de señales satelitales de satélites no geoestacionarios.
  • etc.

 

[Concepto] Modulación de Señales

modulacion AM

La modulación de señales esta presente en todos los procesos iniciales que hacen a las telecomunicaciones, su concepto es muy simple sin embargo, suele perderse de vista al empezar a estudiar los distintos tipos de modulaciones analógicas y digitales.

El proceso de establecer una comunicación, mediante una onda acústica, implica que dicha onda necesita un medio para propagarse, lo hace a la velocidad del sonido según el medio y no puede propagarse en el vacio. Este tipo de ondas son fácilmente atenuables y no constituyen un proceso ideal para establecer vínculos a grandes distancias, además no tienen confidencialidad.

La solución a estos 2 inconvenientes radica en utilizar ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz, por cualquier medio y sin atenuación, lo que trae aparejado la necesidad de utilizar un transductor que transforme las ondas acústicas en electromagnéticas.

Ocurre que para que una antena funciones como tal hay 2 condiciones que deben cumplirse mínimamente, el largo debe mantener una proporcionalidad con la longitud de la onda a transmitir y que la onda sea cosenoidal y periódica.

La señal a transmitir denominada Banda Base, que podría provenir de la voz humana no es periódica, lo que implica que por la antena pasarían las componentes espectrales periódicas de dicha señal. Pero existe otro problema más grave, supongamos que transmitimos un tono promedio de voz del orden de 1kHz, la longitud de onda sera:

λ = (3 e8/ 1 e3) =  300 km

Se puede apreciar que la longitud de onda para esta frecuencia es bastante grande, lo que implicaría que la antena debería mantener proporcionalidad con ese valor. Aún tomando submultiples pequeños la longitud de la antena resultante es físicamente irrealizable. Con el agravante de que cada vez que cambia la frecuencia del tono estaría variando la longitud de la antena.

La solución pasa por mantener el concepto de la onda electromagnética con una antena reducida. Esto significa utilizar una onda periódica de alta frecuencia, lo cual daría una antena corta y en su seno colocar la banda base de baja frecuencia.

Modular se denomina al proceso que consiste en trasladar la estructura original de información a otro punto del espectro de frecuencias. De echo que para poder escuchar esta información debe ser colocada de nuevo en la posición espectral original y a es te proceso inverso se lo denomina demodulación.  La siguiente figura muestra una representación en el eje de frecuencias.

modulacion y demodulacion

El ancho de la banda base cuando se modula la señal, al compararlo con la frecuencia de la portadora es despreciable, lo que implica que la antena sigue viendo la frecuencia de portadora con pequeñas variaciones.

A partir de este concepto es posible expresar que en un proceso de modulación interviene por un lado la banda base, es decir la información a transmitir y la portadora que es la señal cosenoidal periódica que trasladará en su seno la información

¿De que manera se ingresa la Banda Base en la Portadora?

La portadora es una onda periódica cuyos parámetros de definición son la amplitud, la frecuencia y la fase. De tal manera que según el parámetro que varíe la Banda Base surge la denominación de la técnica.

  • AM: Modulación de amplitud
  • FM: Modulación de frecuencia
  • PM: Modulación de fase

A su vez la modulación de amplitud y frecuencia pueden ser realizada mediante diversas técnicas:

Amplitud Modulada

  • AMDSB: doble banda lateral con portadora.
  • AMDSBSC: doble banda lateral con portadora suprimida.
  • SSB: banda lateral única (BLU).
  • VSSB: banda lateral vestigial.
  • ISSB: banda lateral independiente.

Frecuencia Modulada

  • Mono
  • Estereo

Si la banda base es digital se da origen a alas modulaciones digitales.

ASK (amplitude-shift keying)

  • NASK: ASK con combinación de niveles de amplitud.

FSK (frequency-shift keying)


PSK (phase-shift keying)

  • DPSK: PSK diferencial.
  • QPSK: PSK con fases en cuadratura.
  • DQPSK: QPSK diferencial.
  • NPSK: PSK con combinación de niveles en fases.

NQAM (modulación de amplitud en cuadratura con combinaciones de nivel)

.
Ref: Teoria de las Comunicaciones. MSc. Ing. Pedro E Danizio