VAIHELUKKOTEKNIIKKA JA TAKAISINKYTKETYT DEMODULAATTORIT KULMAMODULAATION ILMAISUSSA

Transkriptio

1 VIHELUOTENII J TISINYTETYT DEMODULTTORIT ULMMODULTION ILMISUSS Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 4

2 Vaihlukko PLL FM- ja PM-ilmaiinpiirinä Ellä on arkalu plkäään ikriminaaoria kulmamoulaaion ilmaiimna ii FMM-konrio riaaoria ja VI:ä käyän. Parmpi SNR-uoriukyky kuinkin aauaan aihlukiulla ilmukalla pha-lok loop. Dikriminaaori iliin llä nimmäiki lähinnä pagogin mrkiyknä uoki, koka n oiminnan pruia FMMkonrio oli hlpoi pääläiä prukaaoia. PLL on käyyin FM/PM-ilmaiumnlmä. Sillä oiaan myö ouaa kohrnin ilmaiukanoaallon gnroini iä aaiia ilmaiinraknia DSB, SSB, VSB kä rilai aajuukroja ja -jakaja, joia ariaan ioliiknä. PLL:n oria pruuu ylimpään akaiinkykyjn ääöjärjlmin oriaan im. akaiinkyky ahiim, proiolliuu, onko ääö- ja ymikniikka hankaa? PLL-kniikkaa: hp:// all ikainn Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 4

3 Vaihlukon raknn Oa: aihilmaiin, ilmukkauoain, ilmukkaahiin ja jänniohjau okillaaori VCO Pruiana on gnroia ilmukalla ignaali, jolla pyriään approkimoimaan aaaoua ignaalia. Saapuan ja paikallii gnroiun ignaalin roignaalilla, joka aaaan aihrailijala, ohjaaan ilmukkaa pakoamaan uranairh maholliimman pinki., ilmukka lukkiinuu uloignaalin aihn. Eim. FM:llä uloaajuu muuuu koko ajan. Erojänni ohjaa VCO:n aajuua ynaamii uraamaan uloaajuun/aihn muuoa. Vaaaia pruraknia iinyy mm. ymboliynkronoinnia, hajoukooin kooiurannaa, ääöjärjlmiä, jn.. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 3 4

4 4 4 Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 Vaihlukon analyyi Vaihilmaiimia on monnlaiia. Tää olamm n koouan krolakupiiriä ja alipääöuoaima poiamaan oin harmoonin, kä inrriä kulma-aron mrkin käänämiki. on VCO-akio. -akio ul aihilmiimn krojaa i ol ikr. D!. VCO on käyännöä aajuumoulaaori, jonka lähön aajuuiaaio / on rrannollinn ohjauignaaliin. [ ] [ ] [ ] [ ] α α ra x u u u r / in in o in in o in 0

5 Vaihlukon analyyi oka aihilmiimn lähö määräyyy PLL:n ulon ja VCO:n lähön aihiaaioin prulla, oiaan PLL:n oiminaa arkalla ilman kanoaajuua. Mallia kuuaan pälinaariki malliki aihilmaiimn pälinaaria ini-funkioa johun. un PLL on lukoa, on hyä imaai ulon iaaioa. Eron olla pini oiaan approkimoia in[ ], jolloin mallia ul linaarinn. x r ja o korauua ii uurilla ja ja kanoaaloaajuu häiää ynamiikkayhälöiä. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 5 4

6 6 4 Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 Vaihlukon analyyi on ilmukkaahiu, johon PLL:n ri ahiuk on käky. [ ] [ ] [ ] in, in in µ α α α µ

7 Vaihlukon analyyi Silmukan uloa FM-ignaalin aajuuiaaio on rrannollinn m-ignaaliin, ja koka PLL uraa uloaajuun/aihn muuoa, VCO:n ohjauignaali on in ama kuin mouloiu anomaignaali m. PM-moulaaion apauka VCO:n ohjauignaali on ilä ingroiaa anoman m palauamiki. Diffrniaaliyhälö kuaaa PLL:n ynaamin oiminnan. Vaihohoinn apa on käyää Lapla-aon iyä r. piirianalyyiä iffrniaaliyhälö ja -aoiyk arkala amaa aiaa uaalii ri näkökulmaa,. aika-aajuumaailma PLL:n ynamiikkaa haainnolliaan uin iffrniaaliyhälöä aaaalla aihaokuaajalla. Eimrkiki kulmaaajuuaklll aaaan iy rou ψ : ψ ψ inψ ψ Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 inψ, 0 7 4

8 Vaihlukon oiminakäyrä aihaokuaaja Lukon abiili ay-a oiminapi Taajuuakln ilmaanua ynyy aajuuirh. Siä aaa pi B kuaa. Haaiaan, ä koka aikainkrmni > 0 aina, ja myö ψ > 0, jo ψ/ > 0. Eli oiminapi iiryy aina ammala oikall ylmmää puoliaoa. Sama aalla pi iiryy oikala ammall almmaa puoliaoa. Näin olln oiminapi pyrkii ay-a ilaan kohi abiilia oiminapiä, poikkuiinpa aiha ψ kumpaan uunaan ahana. Say-a aihirh ψ ja aajuuirh oa ää ap. nollia. PLL on lukoa ain, jo oiminakäyrä ja ψ-akli ψ/0 kuaa 3.48 likkaaa. Lukoa olaa <. Siki määrää kuan 3.49 mukain. kraluun lukon lukkiinumialun uuruun. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 8 4

9 Vaihlukon uranakyky Lukon ynamiikan määrää ilmukan komponni mm. LPF ja muu paramrin aro. N määräää kuinka nopia muuokia oiaan uraa ja jääkö aihn ja aajuun jäöirhä aya ilaa. Puhuaan.,., jn. kraluun ilmukoia. Paramri aikuaa myö ilmukan kohinaioiuun SNR.. kl ilmukka. Silmukkaahiu π50. Taajuuakl f, 4, 48 ja 55 Hz. 55 Hz:llä i nää lukkiinnu, koka käyrä i likkaa ψ- aklia. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 9 4

10 Vaihlukon uranakyky S Tuloaajuun muuokia aihuua ay-a aihirh oiaan minimoia liäämällä ilmukkaahiua. un >>, aihirh on pini ja oiaan käyää linaaria mallia. H h Θ Φ [ α α ] u δ Toiiin, ä uurll ilmukkaahiukll. Suuri johaa uurn kaianlyn, mikä aihuaa ouuonglmia. Lukkoa oiaan käyää myö PM-ignaalin ilmaiuun. oka VCO:n uloignaali on rrannollinn PLL:n uloignaalin aajuupoikkamaan, VCO:n ohjauignaalin ingraali on in rrannollinn lukon uloignaalin aihiaaioon k p m. α Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 0 4

11 Eimrkki -aoanalyyiä S on :n funkio, jon PLL on mioiaa iyll ignaaliaoll. Rajoiin uloa poiaa onglman r. ikrim. kaianpääöraj.. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 4

12 Eimrkki -aoanalyyiä S Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 4

13 VIHELUON SEURNTYY. ERTLUVUN SILMUOILL S Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 3 4

14 4 4 Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6. kraluun aihlukko S. kl lukkojn oiminaa rajoiaa rajoiu lukkiuumialu ja aya jäöaihirh :ll. Onglma oiaan rakaia. kl lukolla. Silmukkauoaimn F paranaminn k PLL:a. kl lukon. F oiaan ouaa ingraaorilla. Olaan linaarinn malli. PLL:n luonnollinn aajuu n ja aimnnukijä ξ äyyy määriää ilmukan fyyin paramrin ja a aulla. [ ] n n n yypillinn n n n f f a a a a a F a a F F H F a a F πξ ξ π ξ ξ ξ ξ 4, 0.707,,, Φ Ψ Φ Θ Θ Φ Θ

15 . kraluun aihlukko S oka aih on aajuun ingraali, ja ingroini aaa jakamia :llä, ulon aajuuakla aaaa ulon aih Φ /. Ψ, ξ < ξ ψ n n ξ in ξ Nähään, ä ay-a aihirhkulma ψ 0, kun. ξ uaa ξ0.707, f n 0 Hz, 88.9, a44.4. un f0 Hz, aih- ja aajuuro mnä nollaan. un f35 Hz, jää π:n aihirh aaj. irh0. un f40 ja 45 Hz, ynyy 3 ja 4 jakon hyppäyä yllipping. n n n Jakon hyppäy i kuinkaan jää pyyää aajuuirhä Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 5 4

16 . kraluun aihlukko S Vaaaia VCO:n hkllin aajuun kuaajia oiaan hlpoi nähä jakon aihn π -krrannain hyppäyk. Taajuuirhä i jää miään apauka, aan n ay-a - aro on nolla. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 6 4

17 TJUUSERTOJT J TJUUSJJT S Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 7 4

18 Taajuukroja S Vaihlukolla oiaan ouaa aajuukrojia ja -jakajia, joia ariaan ioliiknnkniikaa. Epälinaarilla rajoiimlla gnroiaan pariomia harmoniia, joia johonkin VCO lukkiuuu kuaa 5. harm., li apahuu aihkohrni aajuun krominn. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 8 4

19 Taajuujakaja S Iana on gnroia harmooniia VCO:n lähöön ja lukia niiä yki PLL:n uloon. Vaihkohrni aajuujau lähö roaan hyin kapalla BPF:lla. Silmukan lpoaajuu quin frq. on f 0 /. Tällä aalla oiaan ouaa kä aajuujakajia ä krojia im. ijoiaan BPF kkiaajuull 5f 0 iillä kromiki. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 9 4

20 TJUUSOMPRESSIIVINEN TISINYTENTÄ Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 0 4

21 4 Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 Taajuukompriiinn akaiinkyknä Raknn muiuaa PLL, mua roaa BPF:n, ikriminaaorin ja VCO:n offkkiaajuun 0 oala ilmukan uloaajuu. Viiminn kaaa kuaa aihiaaioa ikriminaaorin uloa. [ ] [ ] [ ] [ ] inp aihiaaio ikr x r.. in in in o α α α α

22 4 Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 Taajuukompriiinn akaiinkyknä Lai on :n prulla läi FM-ilmaiin. Eu on limmin nähäiä kirjoiamalla näkyiin ikriminaaorin uloignaali x. Taajuu 0 on VCO:n offaajuu ja ikriminaaorin kkiaajuu. Nähään, ä kmällä ulo D uurki, aaaan aihiaaio pinki, mikä pinnää ikriminaaorin uloa ilmnää kaianlyä. Läkaiainn FM oiaan komproia kapakaiaiki FM:ki. Raknn una on hyä kohinanio. m f D D D D D π π π α α π / in 0 x D π

23 COSTSIN VIHELUITTU SILMU Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 3 4

24 Coain aihlukiu ilmukka Takaiinkykyillä raknilla oiaan kulmamoulaaioin liäki ilmaia myö DSB. Toinn apa olii inkin gnroia PLL:llä kohrni ilmaiukanoaalo aallin DSB-ilmaiimn. Coa on parmpi raknn. I/Q-kanain LPF poiaa oin harmoonin. un ilmukka on lukoa, VCO:n ohjaujänni on nolla. Tioliiknnkniikka I 5359 ari ärkkäinn Oa 6 4 4