Modem là một thiết bị điều chế tín hiệu sóng mang tương tự (analog) để mã hóa dữ liệu số, và giải điều chế tín hiệu sóng mang để thu lại thông tin đã được truyền. Mục đích của điều chế là tạo ra một tín hiệu có thể truyền dẫn dễ dàng và giải mã để thu lại dữ liệu số như ban đầu.
Tại đầu cuối truyền dẫn, Modem điều chế tín hiệu số từ dạng dữ liệu thông qua giao diện RS-232 thành tín hiệu sóng mang đi trên đường dây điện. Ở đầu cuối nhận, modem khôi phục lại dữ liệu ban đầu từ tín hiệu sóng mang trên đường dây điện bằng cách giải điều chế và gửi dữ liệu tới bộ điều khiển hoặc thiết bị đầu cuối dữ liệu.
Hiện nay, có rất nhiều modem điện được đưa ra thị trường; được sản xuất bởi các nhà sản xuất vi điện tử như Motorola, SGS Microelectronics, Philips Semeconductors, và Texas Instruments. Hầu hết các modem đều có chức năng tương tự như trên. Nhưng chỉ khác nhau duy nhất về hiệu suất của chúng qua các giai đoạn khác nhau, các kỹ thuật điều chế khác nhau và tính năng bổ sung.
Có rất nhiều loại modem của các nhà sản xuất khác nhau, nhưng trong phần này sẽ xem xét modem điện TDA5051A được sản xuất bởi Philips Semiconductors.
3.2.2. Modem truyền thông Philip TDA5051
TDA5051A là một modem vi mạch (IC), hoạt động ở điện áp 5V cung cấp tốc độ dữ liệu ở 600 hoặc 1200 baud. Nó sử dụng điều chế và giải điều chế ASK (amplitude shift keying – khóa dịch biên) để tạo dạng và tái tạo sóng mang số. Sự giải điều chế số của nó cho ra dữ liệu ở băng cơ bản. Xung đồng hồ cao của bộ chuyển đổi 6-bit số thành tương tự giúp loại bỏ các thành phần răng cưa và nó có bộ lọc số băng hẹp. Nó đảm bảo cho tỉ lệ lỗi bít thấp. Nó cũng tích hợp mạch bảo vệ quá tải. Hơn nữa, chip này dễ dàng tích hợp với EN50065-1 bằng cách sử dụng một mạng ghép đơn giản.
Cả hai trạng thái truyền và nhận đều được điều khiển bởi xung đồng hồ của bộ vi điều khiển hoặc bộ tạo dao động bằng trên chip được kết nối tới một tinh thể. Điều này đảm bảo sự chính xác của sóng mang truyền dẫn và sự chính xác của bộ lọc số, vì vậy sẽ tạo ra sự hoạt động hoàn toàn không phụ thuộc vào các thành phần gây nhiễu ứng dụng như sự trải trễ, nhiệt độ, và mất nguồn cấp. Thiết bị này bao gồm một tầng đầu ra công suất cung cấp 1 tín hiệu 120dBµV (RMS) trên tải 30Ω. Dưới đây là sơ đồ khối của TDA5051A.
Hình 3.1. Sơ đồ khối của TDA5051A
Và sơ đồ chân của TDA5051A như sau:
Hình 3.2. Sơ đồ chân của TDA5051A
Ký hiệu Chân Mô tả
DATAin 1 Đầu vào dữ liệu số (Hoạt động ở mức LOW)
DATAout 2 Đầu ra dữ liệu số (Hoạt động ở mức LOW) VDDD 3 Chân cấp điện áp số
CLKOUT 4 Đầu ra xung đồng hồ DGND 5 Chân nối đất số
SCANTEST 6 Đầu vào kiểm tra (Sử dụng ở mức LOW) OSC1 7 Đầu vào bộ tạo dao động
OSC2 8 Đầu ra bộ tạo dao động
APGND 9 Nối đất tương tự cho khuếch đại công suất TXOUT 10 Đầu ra tín hiệu tương tự
VDDAP 11 Cấp điện áp tương tự cho khuếch đại công suất AGND 12 Chân nối đất tương tự
VDDA 13 Cấp điện áp tương tự RXIN 14 Đầu vào tín hiệu tương tự
PD 15 Đầu vào ngắt nguồn (hoạt động ở mức HIGH) TEST1 16 Đầu vào kiểm tra (Sử dụng ở mức HIGH)
Bảng 3.1: Mô tả các chân của TDA5051
Để cung cấp ổn định trong các điều kiện môi trường, tần số sóng mang được tạo ra bằng cách quét bộ nhớ ROM (Read Only Memory – Bộ nhớ chỉ đọc) dưới sự điều khiển của xung đồng hồ của bộ vi điều khiển hoặc lấy tần số tham chiếu của bộ tạo dao động trên chip. Sự tạo xung tần số cao giúp loại bỏ thành phần răng cưa bị dãn rộng, phần bị dãn rộng sẽ được lọc bởi mạch dao động LC và không gây ra các thành phần nhiễu nghiêm trọng nào. Sự điều chế dữ liệu được thực hiện thông qua chân DATAIN và được đưa tới các mạch số cụ thể để trở thành sóng mang (sự tạo dạng sóng). Các thành phần điều hòa bị hạn chế trong quá trình này, do đó tránh được nhiễu nghiêm trọng trên kênh truyền dẫn (theo khuyến nghị của CISPR16 VÀ EN50065-1). Khi sử dụng mạch LC (hoặc một bộ lọc tương đương) thì TDH (Total Harmonic Distortion) có giá trị là -55dB.
Sự kết nối trực tiếp tới mạng điện (đường dây điện) được thực hiện thông qua một mạch LC tới mạng cho các ứng dụng có chi phí thấp. Tuy nhiên, bộ biến đổi tín hiệu HF có thể được dùng khi cần phải ngăn cách đường điện. Trải qua chế độ truyền dẫn, cần thận trọng khi truyền vì thành phần nhận của mạch không bị vô hiệu và sự phát hiện tín hiệu được truyền vẫn hoạt động bình thường. Vì vậy, trong lập trình vi điều khiển, sự gộp lại của bộ nhận (Rx) cần tránh trong khi truyền tín hiệu.
Trong chế độ truyền, đầu vào dữ liệu (chân DATAIN) ở mức LOW. Nghĩa là khi một cụm (burst) được tạo ra trên đường dây (chân TXOUT) khi chân DATAIN ở mức LOW. Chân TXOUT ở trạng thái trở kháng cao, đồng nghĩa với việc thiết bị hiện tại không truyền dẫn. 1s trạng thái logic kế tiếp được xử lý trong chế độ NRZ (Non-Return-to Zero nghĩa là không trở về giá trị 0). Hình dạng của xung như trong hình 3.3.
Hình 3.3: Quan hệ giữa DATAIN và DATAOUT
Trong khi đó, ở chế độ nhận, đầu ra dữ liệu (chân DATAOUT) hoạt động ở mức LOW. Nghĩa là đầu ra dữ liệu ở mức LOW khi cụm được nhận. Chân DATAOUT duy trì ở mức LOW cho đến khi cụm được nhận xong.
Dưới đây là phổ của tín hiệu tạo bởi TDA5051A (Hình 3.4) với bộ tạo dao động bằng thạch anh ở tần số 8.48MHz. Tần số sóng mang cho điều chế ASK là 132.5 kHz.
Hình 3.4: Phổ tín hiệu