10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

1

Temat 15.

• Układy PLL •

• Transmisja sygnałów •

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

2

PLL - ang. Phase-Locked Loop - układ z
pętlą sprzężenia fazowego - układ
śledzący z fazową, automatyczną
regulacją częstotliwości.

~

~

u

s

(t

)

u

g

(t

)

Układ PLL

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

3

Wybrane zastosowania układu

PLL

1. Demodulator
FM

Układ PLL w stanie synchronizmu

śledzi zmiany częstotliwości sygnału

wejściowego. Jeżeli więc sygnałem

wejściowym jest sygnał FM, to napięcie

na

wejściu

generatora VCO

odwzorowuje zmiany częstotliwości

tego sygnału, tj. demoduluje go.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

4

2. Demodulator
AM

Syg. AM

 









0

0

0

t

sin

t

U

U

)

t

(

u













 

t

U

~





0

0

g

g

t

sin

U

)

t

(

u









u

3

(t)

 

   

 













0

0

g

0

m

g

m

3

t

2

cos

1

U

t

U

U

2

k

t

u

t

u

k

t

u

















/2

PLL

FDP

X

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

5

3. Powielanie i dzielenie
częstotliwości

Jeżeli przebieg napięcia sygnału jest harmoniczny
a napięcie oscylatora lokalnego jest falą
prostokątną lub napięcia są przeciwne, to
możliwa jest synchronizacja pętli na dowolnej
harmonicznej fali prostokątnej.

 

t

k

cos

U

t

u

0

k

k









n

k

p

1

n

2

k

k

p

sin

1

n

2

U

U

2

FDP

u

u

















































sin

sin

2

1

cos

sin

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

6

4. Synchronizacja obrotów silników

elektrycznych

Detektor

fazy

Filtr dolno-

przepustowy

M

~

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

7

Transmisja sygnałów

Nadajnik

Odbiornik

Linia transmisyjna

Nadajnik

Odbiornik

Rodzaje transmisji:

• simpleksowa, dupleksowa, wielokrotna, ze
zwielokrotnieniem czasowym lub
częstotliwościowym, ...

• przewodowa: kablami miedzianymi,
światłowodami,

• bezprzewodowa: w podczerwieni, radiowa
wąskopasmowa, radiowa szerokopasmowa,
mikrofalowa; - mysz optyczna, mysz radiowa.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

8

Transmisja kablami

miedzianymi

1. Przesył niesymetryczny

Nadajn
ik

Odbiorni
k

Przewód
sygnałowy

Przewód masy

Linia
transmisyjna

Wada:

..............................................................................................................

.............. ...................................................................................................................

............................

.

Stosuje się do transmisji na małe odległości w
środowisku o

.......................................................................

.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

9

2. Przesył różnicowy

Nadajn
ik

Odbiorni
k

Przewód masy

Symetryczna linia
sygnałowa

_

+

Zaleta: Zakłócenia elektromagnetyczne
wnoszone zarówno do linii sygnałowej, jak i
spadki napięcia na przewodzie masy mają
charakter

......................................................................................

, na

które nie reaguje różnicowy odbiornik.

Stosuje się do transmisji również
na

.........................................................

.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

10

3. Problemy przesyłu na duże
odległości

Niezwykle ważne są parametry linii
przesyłowej:

• impedancja

...........................................................................

,

•

..........................................................

,

•

............................................

przenoszenia,

• odporność na czynniki środowiskowe,
• koszt inwestycji i eksploatacji,
• trwałość.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

11

Linia długa

(równania

telegraficzne)

u

i

R

x

Lx

G

x

C

x

x

x

u

u









x

x

i

i









x

x

x+x









































































































x

x

u

u

t

x

C

x

G

x

x

i

i

i

t

i

x

L

i

x

R

x

x

u

u

u

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

12

Równania telegraficzne

t

u

C

Gu

x

i

t

i

L

Ri

x

u





























Dla zerowych warunków
początkowych: u(x,0)=0,
i(x,0)=0



..............................................................

u oraz

i mają postać:





 

 









0

odbita

fala

x

2

pierwotna

fala

x

1

Z

j

,

x

u

j

,

x

i

e

j

A

e

j

A

j

,

x

u























 

 



 

 



Z

0

– impedancja charakterystyczna (falowa) linii

długiej

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

13



























j

C

j

G

L

j

R

 -

.......................................................

, 

-

....................................................................

.

Dla kabli koncentrycznych (koaksjalnych),

które zwykle stosuje się w transmisji
dalekosiężnej -



|f=10MHz

18÷40dB/km i rośnie z częstotliwością,



|f=1GHz

100dB/km

Przebiegi napięcia i prądu w linii mają postać
fali o postaci:

 

 

 





















































c

LC

1

;

A

F

a

;

A

F

a

:

gdzie

x

t

a

x

t

a

t

,

x

u

2

1

2

1

1

1

odbita

fala

2

pierwotna

fala

1



 





 



10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

14

Dopasowanie nadajnika i odbiornika

do linii



Z

g

Z

L

Z

0

,



L







L

e(t)

 Warunki

dopasowania

- W sytuacji dopasowania na wyjściu (Z

L

=

...........

) w

linii długiej występuje tylko fala pierwotna.

- W linii długiej dopasowanej na wejściu
(Z

g

=

...................

) fala pierwotna stanowi wierną

replikę sygnału 0,5e(t).

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

15

Rodzaje kabli miedzianych

1. Kabel wielożyłowy (taśmowy) – stosuje się do

łączenia urządzeń peryferyjnych w transmisji
na niewielką odległość, z małymi prędkościami
oraz wewnątrz PC.

2. Skrętka – para przewodów w izolacji

wzajemnie skręcona. Kable ze skrętkami
zwykle zawierają 4 lub więcej skrętek. Stosuje
się skrętki nieekranowane (30MHz; 10Mb/s)
oraz ekranowane plecionką lub metalową
taśmą. Kable skrętkowe przeznaczone do
transmisji sygnałów o częstotliwości powyżej
100MHz (z przepływnością 100Mb/s i większą)
mają ekranowaną każdą skrętkę oraz
dodatkowo cały kabel.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

16

Skrętka jest najtańszym i najczęściej
stosowanym rodzajem kabla w lokalnych
sieciach komputerowych.

3. Kabel koncentryczny – jest tradycyjnie
stosowany od ponad 60 lat w transmisji
sygnałów w.cz. do 1GHz.

Zalety: Odporny na zakłócenia i podsłuch. Nie
emituje zakłóceń. Duży maksymalny zasięg
transmisji (200m ÷1km).

Wady: Drogi. Nieco tylko tańszy od
światłowodów. Odchodzi się od transmisji
cyfrowej tym kablem. Trwałość (20lat) mniejsza
od trwałości kabli światłowodowych.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

17

Transmisja światłowodowa

– najbardziej nowoczesna i bardzo
perspektywiczna,

– możliwe jest osiągnięcie szybkości
transmisji

.........................

b/s; szerokość widma

sygnałów 500MHz ÷ 2GHz,
– odporna na na zewnętrzne

.................................................

z

wyjątkiem promieniowania radioaktywnego,

– jest prawie bezstratna (



min



.........................

dB/km), co

umożliwia duży zasięg (nawet do

.........................

km).

– Trwałość kabli światłowodowych (

.............

lat) jest

większa od miedzianych. Dlatego łączne koszty
wieloletnie traktu światłowodowego są niższe od
miedzianego.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

18

Światłowód

– ma rdzeń wykonany ze szkła kwarcowego (SiO

2

)

z domieszką GeO

2

, płaszcz – ze szkła o mniejszym

współczynniku załamania niż rdzeń i osłonę
polietylenową.

– Tanie światłowody, przeznaczone do transmisji
na krótkie dystanse, wykonuje się z rdzeniami ze
szkła organicznego.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

19

Promień świetlny
przemieszcza się
cały czas w rdzeniu,
bo występuje
całkowite
wewnętrzne odbicie
od płaszcza .

Uwaga!

Nie wolno zaglądać
do podłączonego
światłowodu.

Grozi to
uszkodzeniem oka.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

20

Kabel światłowodowy

Światłowód w
osłonie

Żyła nośna

Żyła wypełniająca

Powłoka
zewnętrzna

Żyła nośna

6÷12 światłowodów w
osłonie

Żyła wypełniająca

Powłoka
zewnętrzna

Oblew żyły
nośnej

Wypełnienie środka
kabla (żel)

Obrzut i obwój środka
kabla

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

21

Podstawowe rodzaje

światłowodów

1.
Jednomodowy

1÷10µ
m

n

n

0

n

1

n

2

2. Wielomodowy o skokowej zmianie współczyn.
załamania

3. Wielomodowy o gradientowej zmianie współcz.
załamania

20÷50µ
m

n

n

0

n

1

n

2

20÷50µ
m

n

n

0

n

1

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

22

Okna transmisji światłowodowej

Szkło kwarcowe

Szkło

organiczne

I

II

III

I

II



śr

[nm]

600

800

[dB/k

m]

1÷3,5 0,4÷1 0,16÷0,

25

220

6

Zasięg

tran

[km]

10÷

.....

....

75÷

.....

....

150÷

.........

.....

50m

1

Nadajnik steruje diodą luminescencyjną lub

laserem, których promieniowanie w odpowiednim

oknie transmisyjnym jest przesyłane przez

światłowód do fotodiody lub fototranzystora

znajdującego się na wejściu odbiornika.

c300 000km/s; 3,4µs/km

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

23

Transmisja bezprzewodowa

- eliminuje konieczność układania kabli,
- jest atrakcyjna w sieciach tymczasowych, na
terenach trudnych do instalacji linii kablowych
(góry, pustynie, niektóre tereny miejskie, ...) w
łączności z

........................................................

, jako

przedłużenie i uzupełnienie sieci LAN, ...

Rodzaje:

• Transmisja w podczerwieni

• Transmisja radiowa:

–

mikrofalowa,

.....................................................

,

..............................................

.............

.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

24

Transmisja w podczerwieni

Nadajn
ik

Odbiorni
k

U/Ir

Ir/U

• Nadajnik elektryczny steruje nadajnik

podczerwieni (

.............. ...................................................................



opt

=0,8÷1,6µm), który emituje wiązkę

promieniowania podczerwonego.

• Odbiornik podczerwieni (

..................................................

)

przetwarza ją na sygnał elektryczny, który jest

przejmowany przez odbiornik elektryczny.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

25

Charakterystyka transmisji w

podczerwieni

• Odbiornik podczerwieni musi znajdować się
w

..................................

.................................................

.

• Przestrzeń pomiędzy odbiornikiem i
nadajnikiem w linii widzenia musi
być

....................................................................................................

.

Pojawienie się

....................................

może zerwać

łączność.

• Wiązka podczerwieni nie może przebiegać zbyt
blisko powierzchni odbijających: lustra wody,
okien, .., gdyż mogą pojawić się sygnały odbite.

• Na różne przedziały zasięgu transmisji muszą
być stosowane odpowiednio
dopasowane

.....................................................................................

.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

26

• Wiązka skondensowanej podczerwieni jest

niebezpieczna dla oczu

. Dlatego należy

zapewnić, by trasa wiązki przebiegała kilka

metrów (co najmniej 3) nad głowami ludzi i

wiązka nie była mocniejsza od koniecznej dla

danych warunków transmisji.

• Typowa wiązka nadajnika podczerwieni jest

rozbieżna (2÷40

o

). Ponadto wiązka podczerwieni

jest rozpraszana na trasie przelotu (cząstki

powietrza, pary, pyły, ...). Oba te czynniki

powodują, że natężenie promieniowania zmniejsza

się z dystansem i dlatego zasięg transmisji nie

przekracza

.............

km.

• Transmisja jest wrażliwa na warunki

atmosferyczne (deszcz, opad śniegu). Jest

natomiast odporna na

zakłócenia

......................................................................................

.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

27

• W łączności komputerowej

(WLAN, urządzenia peryferyjne

– PC) wykorzystuje się

standard IrDA działający na

falach =0,8÷0,9µm. Max

przepływność ~4Mb/s 

125Mb/s.

• Transmisja w

podczerwieni

....................

.........................

.........

zezwolenia administracji

na stosowanie.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

28

Transmisja radiowa

• Wymaga zezwolenia na prowadzenie przez

administrację państwową (PL – Państwowa

Agencja Radiowa, USA – FCC). Zezwolenie

dotyczy zarówno kanału radiowego, jak i poziomu

mocy. Bez zgody można emitować jedynie bardzo

małe moce, tak małe, że zasięg odbioru nie

przekracza kilkunastu metrów.

• Transmisja wąskopasmowa – stosowana

klasycznie w radiofonii. Nadajnik i odbiornik

pracuje w jednym wąskim paśmie częstotliwości.

Transmisja jest

........................

na zakłócenia

elektromagnetyczne i

................................................................

fal

radiowych oraz na

.................................

.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

29

• Transmisja szerokopasmowa – jest to

najnowszy sposób transmisji radiowej.

Sygnał nadawany jest w szerokim paśmie

częstotliwości. Chwilowy rozkład

częstotliwości określany jest za

pomocą

.........................................

.............

nadajnika i

odbiornika. Moc sygnału jest niewielka.

Transmisja jest

.................................................................

.

Uzyskiwane szybkości transmisji są rzędu

250kb/s.

• Transmisja mikrofalowa – transmisja

radiowa w zakresie fal o częstotliwości ok.

1÷

................

GHz (= 30cm ÷ 1mm).

• W klasycznej transmisji mikrofalowej antena

odbiorcza powinna znajdować się na

linii

.................................................................

w odległości

do

..........

km. Większy zasięg transmisji realizuje

się za pomocą tzw. linii radiowych lub za

pomocą satelity.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

30

Transmisja mikrofalowa jest wrażliwa na

warunki pogodowe. Silna mgła i deszcz o

intensywności ok. 5 cm/godz. może doprowadzić

do całkowitego zaniku łączności - opady śniegu i

przelot dużych gromad ptaków może poważnie

zakłócić transmisję.

Główna część energii mikrofalowej
przekazywana jest w wiązce tworzącej 1.
strefę Fresnela, dlatego strefa ta powinna
znajdować się w wolnej przestrzeni.

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

31

Bezprzewodowe sieci LAN

Pasma: 2,4GHz i 5GHz. Zasięg: do 5km.
Przepływność: 4Mb/s

10.04.21

Układy PLL - Transmisja syg
nałów

32