Electrónica de Comunicaciones CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia para RF. 8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM). 10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK). 12- Tipos y estructuras de receptores de RF. 13- Tipos y estructuras de transmisores de RF. 14- Transceptores para radiocomunicaciones ATE-UO EC dem FM 00

9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM) Idea fundamental: Obtener la forma de onda de la moduladora (información) de la portadora modulada en ángulo, normalmente convertida a una frecuencia intermedia. Información (moduladora) Amplificador de FI (o de RF) Demodulador Amplificador de banda base Portadora modulada ATE-UO EC dem FM 01

Tipos de modulaciones analógicas de ángulo (I) Modulación Demodulación Moduladora Portadora sin modular Modulación de frecuencia (FM) Portadora modulada en FM ATE-UO EC dem FM 02

Tipos de modulaciones analógicas de ángulo (II) Modulación Demodulación Moduladora Portadora sin modular Modulación de fase (PM) Portadora modulada en PM ATE-UO EC dem FM 03

Tipos de modulaciones analógicas de ángulo (III) PM Moduladora FM Comparación entre FM y PM Ecuaciones: Moduladora: xm(wmt) Portadora: vp(wpt) = VP·coswpt Modulada FM: vpFM(wmt, wpt) = VP·cos[wpt + Dwp·∫ xm(wmt)·dt] t -¥ Modulada PM: vpPM(wmt, wpt) = VP·cos[wpt + Dfp·xm(wmt)] Si llamamos fp = wp/(2p) y fm max, Dfp max y Dfp max a los máximos valores de fm = wm/(2p), Dfp = Dwp/(2p) y Dfp, respectivamente, se cumple: DBFM » 2(Dfp max + fm max) DBPM » 2(Dfp max·fm max + fm max) FM de banda ancha (radiodifusión): Dfp max = 75 kHz fm max = 15 kHz DB » 180 kHz FM de banda estrecha (comunicaciones de voz): Dfp max = 5 kHz fm max = 3 kHz DB » 16 kHz ATE-UO EC dem FM 04

Tipos de demoduladores de FM Discriminadores Detector de cuadratura Demoduladores con PLLs Esquema general de un discriminadores Portadora modulada Limitador f v ve vs Convertidor f/v (derivador) Detector de pico Moduladora ATE-UO EC dem FM 05

Ejemplos de circuitos limitadores Etapa diferencial Con diodos 3 etapas con margen dinámico muy pequeño ATE-UO EC dem FM 06

Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores. Con un circuito resonante R + ve L C vs - vdFM R’ C’ D fo 1,4·fo 0,6·fo ½vs/ve½ 0,5 fFI Q=5 vdFM =½ vs1½ Simple Poco simétrico Difícil de ajustar ATE-UO EC dem FM 07

Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores. Con dos circuitos resonantes (I) R + ve L1 C1 vs1 - R’ C’ D L2 C2 vs2 vdFM ½vs1½ ½vs2½ vdFM =½vs1½- ½vs2½ ½vsFM/ve½ ½vs1/ve½ Más simétrico Muy difícil de ajustar Salida diferencial fFI -½vs2/ve½ ATE-UO EC dem FM 08

Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores. Con dos circuitos resonantes (II) Sin salida diferencial R + ve L1 C1 vs1 - R’ C’ D L2 C2 vs2 vdFM ½vs1½ -½vs2½ R’’ Más simétrico Muy difícil de ajustar Menor ganancia ½ vs1½- ½ vs2½ 2 vdFM = ATE-UO EC dem FM 09

El discriminador de Foster-Seely (I) Esquema básico C vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ ½vs2½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 Se puede demostrar que: vs/ve = k1/(1 - LeqCeqw2 + jwLeq/Req) Siendo: Leq = Ld2 + Lm·Ld1/(Lm + Ld1) k1 = Lm/(Lm + Ld1) Ceq = 4C, Req = R/4 ATE-UO EC dem FM 10

El discriminador de Foster-Seely (II) vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ ½vs2½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 Como vs/ve = k1/(1 - LeqCeqw2 + jwLeq/Req), si w = wr = 1/(LeqCeq)1/2, entonces vs/ve = k1Req/(jwrLeq), es decir, vs y ve están desfasados 90º El circuito se diseña para wr = wp (en la práctica wr = wFI) También se cumple que vdFM =½vs1½- ½vs2½= ½ve + vs½- ½ve - vs½ ATE-UO EC dem FM 11

El discriminador de Foster-Seely (III) 10,7 MHz 10,5 10,9 ½vs/ve½ vdFM Relación muy lineal vdFM/f vdFM =½vs1½- ½vs2½= ½ve + vs½- ½ve - vs½ Si w = wr Si w > wr Si w < wr ve vs vs1 ve vs vs1 ve vs vs1 -vs ve vs2 ve -vs vs2 -vs ve vs2 ½vs1½<½vs2½ vdFM < 0 ½vs1½>½vs2½ vdFM > 0 ½vs1½=½vs2½ vdFM = 0 ATE-UO EC dem FM 12

El discriminador de Foster-Seely (IV) vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ ½vs2½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 Salida diferencial C vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ ½vs2½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 Cac Lch Salida referida a masa ATE-UO EC dem FM 13

El discriminador de relación (I) vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ ½vs2½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 Foster-Seely vdFM =½vs1½- ½vs2½ ½ vs1½- ½ vs2½ 2 vdFM = Relación -½vs2½ C vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 R’’ ATE-UO EC dem FM 14

Vs12 casi costante. Se puede usar para limitar las amplitudes El discriminador de relación (II) -½vs2½ C vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 R’’ vs12 10,7 MHz 10,5 10,9 vs12 Vs12 casi costante. Se puede usar para limitar las amplitudes vdFM 10,7 MHz 10,5 10,9 Foster Relación Menor ganancia que en el Foster ATE-UO EC dem FM 15

El discriminador de relación (III) Discriminador de relación con limitador de amplitud -½vs2½ C vs1 + - R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ vs ve Acoplamiento no ideal R 1:1:1 R’’ vs12 + - C’’ C’’ vs12 + - -½vs2½ C vs1 R’ C’ D vs2 vdFM ½vs1½ vs ve R 1:1 ATE-UO EC dem FM 16

El detector de cuadratura (I) Mezclador vf vmez Retardo tr vpFM vpFM’ Principio de funcionamiento (I) vpFM = VP·cos[wpt + Dwp·∫ xm(wmt)·dt] t -¥ vpFM’ = VP·k1·cos[wp(t - tr)+ Dwp·∫ xm(wmt)·dt] t-tr -¥ vmez = VP2·k2·k1·cos[2wpt - wptr + Dwp·∫ xm(wmt)·dt + Dwp·∫ xm(wmt)·dt] + VP2·k2·k1·cos[wptr + Dwp·∫ xm(wmt)·dt] t -¥ t-tr vf = VP2·k2·k1·cos[wptr + Dwp·∫ xm(wmt)·dt] t t-tr Como xm(wmt) no cambia apreciablemente en tr segundos, queda: vf = VP2·k2·k1·cos[wptr + Dwp·tr·xm(wmt)] Y como la red de retardo se calcula para que valga 90º a wp, queda: vf = VP2·k2·k1·cos[p/2 + Dwp·tr·xm(wmt)] = -VP2·k2·k1·sen[Dwp·tr·xm(wmt)] ATE-UO EC dem FM 17

El detector de cuadratura (II) Mezclador vf vmez Retardo tr vpFM vpFM’ Principio de funcionamiento (II) vf = -VP2·k2·k1·sen[Dwp·tr·xm(wmt)] Como se cumple que: wp·tr » p/2, ½xm(wmt)½ £ 1 y Dwp << 2wp, entonces: Dwp·tr·xm(wmt) = p·xm(wmt)·Dwp/(2wp) << 1, y, por tanto: vf = -VP2·k2·k1·sen[Dwp·tr·xm(wmt)] » -VP2·k2·k1·Dwp·tr·xm(wmt) ¡Ojo! vf depende también de Vp2 Þ Hay que usar limitador vpFM vpFM’ vf tr Limitador ve vs vpFM vmez vf ATE-UO EC dem FM 18

El detector de cuadratura (III) Mezclador vf vmez Retardo tr vpFM vpFM’ ¿Cómo se genera el retardo? Calculamos la transferencia de la red: vdFM’/vdFM = LCss2/[1 + Ls/R + L(C + Cs)s2] Efectuamos un análisis senoidal permanente (s = jw). Sólo es válido si wm << wp: vdFM’/vdFM = -LCsw2/[1 - L(C + Cs)w2 + jLw/R. Por tanto: vmez = VP·cos(wt)·2k2·½vdFM’/vdFM½· VP·cos[wt – arg(vdFM’/vdFM)] Þ vf = k2·VP2½vdFM’/vdFM½cos[arg(vdFM’/vdFM)] Se define Q = R/(Lwp) + - vdFM R L C Cs vdFM’ 10,7 MHz 10,5 10,9 vf/k2·VP2 Cs=C/20 Q = 15 10 5 ATE-UO EC dem FM 19

Demoduladores de FM con PLLs wcorte PLL >> wm max Principio de funcionamiento vcont osc vdFM V = k(DF) Salida Entrada vpFM vosc vcont osc 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 wcorte PLL >> wm max ATE-UO EC dem FM 20

Demoduladores de PM con PLLs wcorte PLL << wm min Principio de funcionamiento vdPM V = k(DF) Salida Entrada vpPM vosc vDF Condición de diseño: el PLL debe ser suficientemente lento para ser insensible a las variaciones de frecuencia Þ frecuencia de corte del PLL << frecuencia mínima de la moduladora wcorte PLL << wm min ATE-UO EC dem FM 21

Portadora modulada en FSK Tipos de modulaciones digitales de ángulo (I) Modulación Demodulación Moduladora 1 Portadora sin modular Modulación digital de frecuencia, (Frequency Shift Keying, FSK) Portadora modulada en FSK ATE-UO EC dem FM 22

Portadora modulada en BPSK Tipos de modulaciones digitales de ángulo (II) Modulación Demodulación Moduladora 1 Portadora sin modular Modulación binaria digital de fase, (Binary Phase Shift Keying, BPSK) Portadora modulada en BPSK ATE-UO EC dem FM 23

Demodulación de FSK (I) Con discriminador (Foster Seely o relación) Detector con batería de filtros Con detector no coherente Con detector coherente vpFSK vf1 vf2 + vdFSK vd1 - vd2 Detector con dos filtros ATE-UO EC dem FM 24

Demodulación de FSK (II) Detector coherente vf1 vmez1 vpFSK vf2 + PLL vdFSK vmez2 vpf1 vpf2 - ATE-UO EC dem FM 25

Demodulación de BPSK Bucle elevador al cuadrado. El mismo esquema que para demodulación de DSB con recuperación de la portadora vmez vpBPSK Mezclador vo(wpt) f = 0º vf vmez PLL x2 2 recuperación de la portadora vs vs ATE-UO EC dem FM 26

Discriminador de relación Ejemplo de antiguo esquema de amplificador de FI con demoduladores de AM y FM Discriminador de relación Detector de envolvente ATE-UO EC dem FM 27

Ejemplo de esquema de amplificador de FI y de BF de sonido para TV con CI TDA8190 Limitador Detector de FM de cuadratura ATE-UO EC dem FM 28