Báo cáo hệ thống Điện tử số nguyên lý và ứng dụng

Trong FM, biến thiên trong tần số của tín hiệu mang thông tin, trong khi biên độ và pha của tín hiệu vẫn được oir én dinh.. Độ lệch tần số ® VớI sóng tan số, tín hiệu điều chế được biể

BAO CAO

HE THONG DIEN TU SO: NGUYEN LY VA UNG DUNG

Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Trung Kiên

Họ và tên: Nguyễn Thu Hà MSSV: 20002121

Nganh: K65_ Ki thuat dién tir va tin hoc

HA NOI, NAM 2024

MỤC LỤC

TUAN 1: MODULATION 00 4

2 Các lĩ thuật điều chế :¿-222+222211222211222211221211.211121.111.1 c1 re 4

2.2 Điều chế tần sỐ - 2-52 22 1121221121127111221111121111211211012111 2120 eg 4 2.3 Điều chế pha 5-5 21 S211 121111121121111121 1 1 1201122121111 ru 4 k0 9 Tag 4

3.1 Điều chế biên độ xung PAM 5s 2211218215111 11211212112121 228 a6 4 3.2 Điều chế vị trí xung PPM - - s21 S22E121 1 1111111212122 11 ra 4

3.3, Điều chế PCM :-221t12221122221122211.22121.1112111 re 4

4 Điều chế kĩ thuật SỐ -5¿-222 22221122211122111221212221212.101.11 10.1 e6 4

4.1 Amplitude Shif Keying 0 1211211211221 12 1112115811011 11H ray 5 4.2 Frequency Shift KeyIng - - : c c1 21 2211121121111 1 2211011181101 11182 xe 5 4.3 Phase ShIfÍt Key1ng - c c0 221121121112 1122110111221 1112111 1111112111182 xe 5

TUẦN 2: ANALOG_PAM n2 11 n1 1111 1n rung 6

1.Định nghĩa và vị trí PAM c2 1 2112111211211 11111 1112111111111 21112111 Hye 6

2.Sơ đồ mạch tạo tín hiệu PAM - S121 1211111151111 21215111551 ea 8

3.Các phương pháp điều chế - c2 151211 11111212111121211212121 21 6 9

3.1.Lấy mẫu tự nhiên - s1 SE SE1EE11121121E111111121111111121 1111 111gr 9

3.2.Flat-top Sampling: Lấy mẫu phắng 2 S12 E2 2122111221 te 10 0.0 20 10

PANvaaaiaÝẮẢẮ 14

2.1 Định nghĩa về PPM 52 T1 211111211 112211211111 cg ru 14 2.2 Sơ đồ tạo khối của tín hiệu PPM -.ccc S222 22 tre 14 2.3 Giải điều chế tín hiệu PPM s:- 2222222122122 c.trrrred 15 2.4 Ưu điểm và nhược điểm -2 2 S22 1111512151551 1211511155 181g 16 TUẦN 4: PCM vả DPCM 22c 222211122221111222111112111121102111211 1g l6 1 PCM (Pulse code modulatiofi): - - 22 2221122011 111111111211111112 1x2 16 1.1 Khái niỆm - 2.2 2 112112111111111 5111111111111 11 11H T911 111111011111 cÐg 16 1.2 Nguyên lý hoạt động của PCM 0 20121112 1122 1H11 re 17 1.3 Các thành phần của hệ thống PCM 2121122211121 xe2 18 1.4 Ưu- nhược điểm và ứng ụng -s- s22 21 2211121511152 e2 18 2 DPCM (DIFFERENTTIAL pulse code modulation) 5: 5-55 22 19 2.1 Định nghĩa DPCM và cách thức hoạt động 2c eee 19 2.2 So sánh PCM và DPCM - L1 1111111 111111111111111 111111111 11 xkt 20 2.3 Ứng dụng s- ác 11211111 1121121121 1211112 121121 2g na 21 TUAN 5: LINE cô 21

L ốc nh n 21

2._ Một số đặc điểm quan trọng của Line cod1n8: các ccccccccscses 22 3 Phân loại line codlIng 2 2c 121112211211 121111 1111111111112 1821 1 key 24 Na) 24

3.2 Polat 24

==.: ae 26

0/9019 27

1 Gidithigu V6 ADC eee ẽ ẽ.ẽ.ẽ 27

2 Nguyên ly hoat dong cha ADC 0 20120122 1222111111111 11112 re 28

3.1 Bộ chuyền đổi sang Flash ADC L1 c1 21122122112 re 29

3.2 Bộ ADC tích hợp đếm hoặc độ đốc 22-52 E12 222 xz 2 29

độ của các xung

Cu thé, trong PAM, mỗi mau tin hiệu được biểu diễn bằng cách thay đôi biên độ của một xung xác định Biên độ của xung tại mỗi thời điểm biêu diễn giá trị của mẫu tín hiệu tại thời điểm đó Điều nảy có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một tín

5

hiéu analog lam nguồn và điều chỉnh biên độ của nó tại các khoảng thoi gian nhat dinh

dé phan anh giá trị của dữ liệu hoặc thông điệp cân truyền

Ở đây, biên độ của xung tại mỗi thời điểm được điều chỉnh đề thể hiện gia tri cua

đữ liệu tại thời điêm đó Mức biên độ được chọn phản ánh mức tín hiệu analog tương, ứng tại thời điểm đó

Ưu điểm của PAM : đơn giản và dễ hiểu, cũng như khả năng chịu được nhiễu tương đôi tôt trong môi trường truyền thông

Tuy nhiên, PAM có thể cần một băng thông lớn hơn so với các phương pháp khác, đặc biệt khi phải xử lý tân so cao hoặc dữ liệu nhanh

đầu vào Trong FM, biến thiên trong tần số của tín hiệu mang thông tin, trong khi biên

độ và pha của tín hiệu vẫn được oir én dinh

Độ lệch tần số là độ lệch mà tần số sóng mang thay đổi so với tần số của nó

Độ lệch tần số

® VớI sóng tan số, tín hiệu điều chế được biểu diễn:

® Tin hiệu sóng mang được biểu diễn:

® - Tân sô tức thời được biêu diễn:

Cu thé, trong FM, thong diép hoặc dữ liệu được biếu diễn bằng cách thay đổi tan

sô của tín hiệu mang thông tin Khi giá trị của tín hiệu đữ liệu tăng, tần số của tín hiệu mang thông tin cũng tăng; khi giá trị giảm, tần số cũng giảm tương ứng

Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng một bộ điều chỉnh tần số để điều chỉnh tần số của tín hiệu mang thông tin theo dữ liệu cần truyền Mức biến thiên của tần số thường được điều chỉnh dựa trên độ nhạy của hệ thống FM

Uu diém cua FM :

e kha nang chống nhiễu tốt hơn so với các phương pháp khác như AM (Amplitude Modulation) do thông tin được biếu diễn đưới dạng biến thiên tan

số Điều này có nghĩa là nó thường ít bị ảnh hướng bởi nhiễu tín hiệu

e EM cing cung cấp chất lượng âm thanh tốt hơn và độ phân giải cao hơn trong các ứng dụng truyền dẫn âm thanh và video

Tuy nhiên, FM thường yêu cầu băng thông lớn hơn so với AM và có thé doi hoi các kỹ thuật xử lý tín hiệu phức tạp hơn

Điều chế pha (Phase Modulation - PM) là một phương pháp điều chế tín hiệu

trong đó thông tin được biểu diễn bằng cách thay đổi pha của tín hiệu vận chuyền

Trong PM, biến thiên trong pha của tín hiệu mang thông tin, trong khi biên độ và tần

số của tín hiệu vẫn được giữ ổn định

Cu thé, trong PM, tín hiệu đữ liệu được biểu điễn bằng cách thay đổi pha của tín hiệu vận chuyền theo thời gian Khi giá trị của tín hiệu dữ liệu tăng, pha của tín hiệu vận chuyền cũng tăng: khi giá trị giảm, pha cũng giảm tương ứng

Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng một bộ điều chỉnh pha để điều chỉnh pha của tín hiệu vận chuyền theo dữ liệu cần truyền Mức biến thiên của pha thường được điều chỉnh dựa trên độ nhạy của hệ thống PM

Ưu điểm của PM:

©_ khả năng chịu được nhiễu tốt hơn trong môi trường truyền thông so với một số phương pháp khác như AM (Amplitude Modulation), do thông tin được biểu điễn dưới dạng biến thiên pha

e - cung cấp chất lượng tín hiệu tốt và độ phân giải cao trong các ứng dụng truyền dẫn âm thanh và video

Tuy nhiên, PM cũng có nhược điểm :

e - đòi hỏi băng thông lớn hơn so với AM: và có thể đòi hỏi các kỹ thuật xử

lý tín hiệu phức tạp hơn

3 Điều chê xung

3.1 Điều chế biên độ xung PAM

Pulse Amplitude Modulation

Modulated Signal Message Signal

"

4 Điều chế kĩ thuật số

Digital Modulation

ASK- Amplitude Shift Keying

PSK- Phase Shift Keying

Digital modulation la qua trinh bién đôi tín hiệu điện tử analog thành dạng tín higu sé (digital) để truyền thông hoặc truyền dẫn dữ liệu qua các kênh truyền thông Trong digital modulation, thông tin được biểu diễn bằng các ký hiệu sô (bit), và các tín hiệu analog duoc chuyên đổi thành dang tín hiệu diprtal đề thuận tiện cho việc xử

lý và truyền thông

Có nhiều phương pháp digital modulation khac nhau dugc su dụng trong các hệ

thông truyền thông và viễn thông, bao gồm:

4.1 Amplitude Shife Keying

Amplitude Shift Keying Carrier Signal

Trong ASK, thông tin được biểu diễn bằng bién d6 cua tin hiéu carrier Bit 0 va bịt 1 có thê được biêu diễn băng các mức biên độ khác nhau

4.2 Frequency Shift Keying

Frequency Shift Keying

Trong FSK, thông tin được biểu diễn bằng tần số của tín hiệu carrier Các bít 0

và bịt 1 được gán cho các tân sô carrier khác nhau

4.3 Phase Shift Keying

Phase Shift Keying

10

Trong PSK, thông tin được biểu diễn bằng pha của tín hiệu carrier Các bít 0 và

bit 1 duoc gan cho các pha khác nhau cua tin higu carrier

TUAN 2: ANALOG PAM

1.Định nghĩa và vị trí PAM

Định nghĩa: Điều chế biên độ xung (PAM - Pulse Amplitude Modulation) là một

kỳ thuật điêu chỉnh tín hiệu băng cách thay đôi biên độ của xung vuông Trong PÁM,

độ rộng của xung vuông không thay đôi, nhưng biên độ của xung được điêu chỉnh đề tạo ra tín hiệu đầu ra

11

12

SIGNAL

“N/ o-‡ ơ{e—+ko

'

SWITCH CLOSED —e Qt

SWITCH OPEN —e

aa

tude Modulation Signa

Uln, my

UL nen ny Un,

Message Signal Message Signal

Tín hiệu đầu vào được lọc bởi mạch lộc thông thấp để loại bỏ các xung có tan so cao không mong muốn => tín hiệu sau khi lọc sẽ kết hợp với tín hiệu tương tự tạo bởi

bộ điều khiển mạch định hình xung để đảm bảo xung đưa ra có hình dang mong muốn

=> tín hiệu PAM

13

Circuit diagram for PAM signal generation

TU

100 Hz 2

SIGNAL

CARRIER

3.Các phương pháp điều chế

Phương pháp PAM đỉnh phẳng được sử dụng rộng rãi vì nhiễu có thể dễ dàng

loại bỏ khi xung PAM co dinh phang

Trong truong hop PAM mẫu tự nhiên, xung có đỉnh biến đổi theo tín hiệu, gay ra sai sO trong viéc xac định biên độ của xung

PAM đỉnh phẳng giúp giảm thiểu sai số và được ưa chuộng trong truyền thông 3.1.Lấy mẫu tự nhiên

Vạ Analog

input

oN

Mạch sử dụng FET làm công tac lay mau, va Op-amp | va Op-amp 2 dé cach ly

va khuéch đại tín hiệu Trở kháng R giới hạn dòng ra cua op-amp | khi FET bat va tao phan ap voi tro khang rd cua FET

> OQ, open»

14

3.2.Flat-top Sampling: Lấy mẫu phắng

Mạch lấy mẫu và giữ PAM

lấy mẫu phẳng

Ky thuật sample-and-hold trong hệ thông PCM str dung mach dé lay mau giong

nói Tín hiệu analog (giọng nói) được giữ như một điện tích không đôi trên một tụ

điện trong thời gian lấy mẫu Tuy nhiên, kỹ thuật này có thể gây sai số và thay đôi phố tần số của tín hiệu

TUẦN 3: PWM và PPM

1 PWM

1.1 Khái niệm cơ bản về PWM

Một kỹ thuật điều chế trong đó độ rộng của các xung của sóng mang xung được thay đôi theo tín hiệu điều chế được gọi là Điều chê độ rộng xung (PWM)

_ Thay vi cung cấp dòng điện liên tục, PWM điều chỉnh chu kỳ hoạt động, ty lệ phân trăm thời

gian thiét bi BAT trong mot khung thoi gian cố định

Là một phương pháp điều khiến điện áp tải bằng cách bật và tắt nhanh thiết bị

15

1.2.Tạo tín hiệu PWM biểu diễn dạng sống

PAM Message

signal Carrier wave

signal Ramp Sawtooth

enerator

Flectranies Coach

Tín hiệu tin nhắn và dạng sóng mang được đưa đến một bộ điều chế tạo ra tín

hiệu PAM Tín hiệu điều chế biên đỘ xung này được đưa đến cực không đảo

ngược của bộ so sánh

Hai tín hiệu này được thêm vảo và so sánh với điện áp tham chiếu của mạch so

sánh Mức đỘ của bộ so sánh được điều chỉnh để có giao điểm của tham chiếu với

ÿ Y ! y PAM được tạo ra

(d),Tín hiệu PAM này, khi được

16

(e),được so sánh với điện áp tham chiếu của bộ so sánh

~

1.3.Phát hiện tín hiệu PWM

Như chúng ta đã biết trong quá trình truyền tín hiệu, một số nhiễu được thêm

vào tín hiệu PWM Vì vậy, trước tiên để loại bỏ tiếng ồn được đưa vào tín hiệu

truyền, tín hiệu đến được đưa đến một máy phát xung Điều nảy tái tạo tín hiệu

PWM Xung PWM tái sinh này sau đó được trao cho một máy phát xung tham chiếu

tạo ra các xung có biên đỘ không đổi cùng với chiều rộng không đổi

17

Các xung tái tạo cùng được cung cap cho bộ tạo tín hiệu đôc, tạo ra tín hiệu dôc

có độ dốc không đổi, có thời lượng tương tự như thời lượng xung Do đó, chiều cao

tín hiệu độc ty lệ thuận với độ rộng xung PWM

Các xung biên độ không đổi sau đó được cung cấp cho một đơn vị tông hợp để

18

được thêm vào với tín hiệu dốc Đâu ra được thêm vào sau đó được đưa đến một

clipper, điêu này cắt tín hiệu lên đên giá trị ngưỡng của nó do đó tạo ra tín hiệu PAM

ở đầu ra của nó

Tín hiệu PAM này sau đó được cung cấp cho LPF đề tạo ra tín hiệu sóng mang

ban đầu từ tín hiệu được điêu chê

Ở đây, tín hiệu điều chế là tín hiệu hình sin có tần số fn Do đó, phổ biểu diễn

cho thấy tần số điều chế fñn cùng với một số dải bên

1.5 Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm của điều chế độ rộng xung:

s - Nó miễn nhiễm với tiếng ồn do kênh gây ra hơn PAM

se - Do nhiễu làm tăng biên đỘ, việc tái tạo tín hiệu PWM từỪ tín hiệu PWM

bị biến dạng có phần dễ dàng

e _ Việc truyền và nhận không cần phải đồng bộ

Nhược điểm của điều chế độ rộng xung:

* Do thay đổi đỘ rộng cỦa các xung, sự thay đổi công suất truyền cũng

được chú ý

e - Yêu cầu băng thông trong trường hợp PWM có phần lớn hơn PAM

Các Ứng dụng cỦa điều chế độ rộng xung:Nó được sử dụng trong viễn thông,

kiểm soát đỘ sáng của ánh sáng hoặc điều khiển tốc đỘ cỦa quạt, v.v

19

2 PPM

2.1 Dinh nghia vé PPM

Mot ky thuat diéu chế cho phép thay đôi vị trí của các xung theo biên độ của tín

hiệu điều chế được lây mẫu được gọi là Điều chế vi tri xung (PPM)

Để hiểu việc tạo ra tín hiệu PPM, cần phải hiểu Điều chế độ rộng xung (PWM

hoặc PDM) PWM là loại PTM đầu tiên và được thảo luận trong nội dung trước

PWM do độ rộng thay đổi của các xung, công suất truyền cũng thay đôi tương

ứng Tuy nhiên, đây không phải là trường hợp của PPM vì ở đây chiều rộng của các

xung không đổi và chỉ có vị trí của chúng thay đổi Do đó, công suất truyền không cho

thay sự thay đôi

2.2 Sơ đồ tạo khối của tín hiệu PPM

Sawtooth signal

Sawtooth generator

Electronics Coach

Ở đây, chúng tôi đã tạo một sơ đồ khối chỉ tiết, trong đó đầu tiên, tín hiệu

PAM được tạo ra được xử lý thêm tại bộ so sánh để tao ra tín hiệu PWM

Đầu ra của bộ so sánh được đưa đến một bộ đa rung đơn bền Đó là cạnh âm

được kích hoạt Do đó, với cạnh sau cỦa tín hiệu PWM, đầu ra của monostable tăng

cao

Day là ly do tại sao một xung tín hiệu PPM bắt đầu với cạnh sau của tín hiệu

PWM

20