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
Lx
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.
c300 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