Sut i Ddatblygu Tonffurf FM

Dadgodio Amledd Radio
Dysgwch am ddwy dechneg ar gyfer adfer y signal band sylfaen gan gludwr wedi'i fodiwleiddio'n amledd.

Mae modiwleiddio amledd yn cynnig perfformiad gwell dros fodiwleiddio osgled, ond mae hi ychydig yn anoddach tynnu'r wybodaeth wreiddiol o donffurf FM. Mae yna ychydig o wahanol ffyrdd i ddadosod FM; ar y dudalen hon byddwn yn trafod dau. Mae un o'r rhain yn eithaf syml, a'r llall yn fwy cymhleth.

Creu'r Arwydd
Fel yn How to Demodulate a AM Waveform, byddwn yn defnyddio LTspice i archwilio demodiwleiddio FM, ac unwaith eto mae angen i ni berfformio modiwleiddio amledd yn gyntaf fel bod gennym rywbeth i'w ddadgodio. 

Os edrychwch yn ôl ar y dudalen ar fodiwleiddio amledd analog, fe welwch fod y berthynas fathemategol yn llai syml na modiwleiddio osgled. 

Gydag AC, fe wnaethom ychwanegu gwrthbwyso ac yna lluosi cyffredin. Gyda FM, mae angen i ni ychwanegu gwerthoedd sy'n amrywio'n barhaus at y maint y tu mewn i swyddogaeth sin (neu cosin), ac ar ben hynny, nid y gwerthoedd band amrywiol yw'r gwerthoedd amrywiol hyn yn barhaus ond yn hytrach yn rhan annatod o'r signal band sylfaen.

O ganlyniad, ni allwn gynhyrchu tonffurf FM gan ddefnyddio ffynhonnell foltedd ymddygiad mympwyol a pherthynas fathemategol syml, fel y gwnaethom gydag AC. Mae'n ymddangos, serch hynny, ei bod hi'n haws cynhyrchu signal FM mewn gwirionedd. Yn syml, rydym yn defnyddio'r opsiwn SFFM ar gyfer ffynhonnell foltedd arferol:

Y “cylched” canlynol yw'r cyfan sydd ei angen arnom ar gyfer creu tonffurf FM sy'n cynnwys cludwr 10 MHz a signal band sylfaen sinusoidal 1 MHz:




Sylwch fod y mynegai modiwleiddio yn bump; mae mynegai modiwleiddio uwch yn ei gwneud hi'n haws gweld yr amrywiadau amledd. Mae'r plot canlynol yn dangos y donffurf a grëwyd gan ffynhonnell foltedd SFFM.

Demodulation: Yr Hidlydd High-Pass
Mae'r dechneg demodiwleiddio gyntaf y byddwn yn edrych arni yn dechrau gyda hidlydd pasio uchel. Byddwn yn tybio ein bod yn delio â band cul FM. Mae angen i ni ddylunio'r hidlydd pasio uchel fel y bydd y gwanhad yn amrywio'n sylweddol o fewn band amledd y mae ei led ddwywaith lled band y signal band sylfaen. Gadewch i ni archwilio'r cysyniad hwn yn fwy trylwyr.

Bydd gan y signal FM a dderbynnir sbectrwm sydd wedi'i ganoli o amgylch amledd y cludwr. Mae lled y sbectrwm bron yn hafal i ddwywaith lled band y signal band sylfaen; mae ffactor dau ganlyniad o newid yr amleddau band sylfaen positif a negyddol, ac mae'n “fras” yn gyfartal oherwydd gall yr integreiddio a gymhwysir i'r signal band sylfaen effeithio ar siâp y sbectrwm wedi'i fodiwleiddio. 

Felly, mae'r amledd isaf yn y signal wedi'i fodiwleiddio bron yn hafal i amledd y cludwr heb yr amledd uchaf yn y signal band sylfaen, ac mae'r amledd uchaf yn y signal wedi'i fodiwleiddio bron yn hafal i amledd y cludwr ynghyd â'r amledd uchaf yn y signal band sylfaen.

Mae angen i'n hidlydd pasio uchel gael ymateb amledd sy'n achosi i'r amledd isaf yn y signal wedi'i fodiwleiddio gael ei wanhau yn sylweddol fwy na'r amledd uchaf yn y signal wedi'i fodiwleiddio. Os cymhwyswn yr hidlydd hwn i donffurf FM, beth fydd y canlyniad? Bydd yn rhywbeth fel hyn:

Mae'r plot hwn yn dangos y donffurf FM wreiddiol a'r donffurf hidlo pasio uchel, at ddibenion cymharu. Mae'r plot nesaf yn dangos y donffurf wedi'i hidlo yn unig, fel y gallwch ei weld yn gliriach.

Trwy gymhwyso'r hidlydd, rydym wedi troi modiwleiddio amledd yn fodiwleiddio osgled. Mae hwn yn ddull cyfleus o ddadgodio FM, oherwydd mae'n caniatáu inni elwa o gylchedau synhwyrydd amlen sydd wedi'i ddatblygu i'w ddefnyddio gyda modiwleiddio osgled. Nid oedd yr hidlydd a ddefnyddiwyd i gynhyrchu'r donffurf hon yn ddim mwy na thocyn uchel RC gydag amledd torri bron yn hafal i amledd y cludwr.

Sŵn Osgled

Mae symlrwydd y cynllun demodiwleiddio hwn yn naturiol yn gwneud inni feddwl nad hwn yw'r opsiwn perfformiad uchaf, ac mewn gwirionedd mae gan y dull hwn wendid mawr: mae'n sensitif i amrywiadau osgled. 

Bydd gan y signal a drosglwyddir amlen gyson oherwydd nad yw modiwleiddio amledd yn cynnwys newidiadau i osgled y cludwr, ond ni fydd amlen gyson ar y signal a dderbynnir oherwydd bod ffynonellau gwall yn anochel yn effeithio ar osgled.

O ganlyniad, ni allwn ddylunio demodulator FM derbyniol dim ond trwy ychwanegu hidlydd pasio uchel i demodulator AM. Mae angen cyfyngwr arnom hefyd, sef cylched sy'n lliniaru amrywiadau osgled trwy gyfyngu'r signal a dderbynnir i osgled penodol. 

Mae bodolaeth y rhwymedi syml ac effeithiol hwn ar gyfer amrywiadau osgled yn galluogi FM i gynnal ei gadernid mwy (o'i gymharu ag AC) yn erbyn sŵn osgled: Ni allwn ddefnyddio cyfyngwr â signalau AC oherwydd bod cyfyngu'r osgled yn llygru'r wybodaeth a amgodir yn y cludwr. Ar y llaw arall, mae FM yn amgodio'r holl wybodaeth yn nodweddion amserol y signal a drosglwyddir.

Dadgodio: Y Ddolen Dan Glo
Gellir defnyddio dolen wedi'i gloi fesul cam (PLL) i greu cylched gymhleth ond perfformiad uchel ar gyfer demodiwleiddio FM. Gall PLL “gloi ar” amledd tonffurf sy'n dod i mewn. Mae'n gwneud hyn trwy gyfuno synhwyrydd cam, hidlydd pasio isel (aka “hidlydd dolen”), ac oscillator a reolir gan foltedd (VCO) i mewn i system adborth negyddol, fel a ganlyn:

Ar ôl i'r PLL gloi, gall greu sinwsoid allbwn sy'n dilyn amrywiadau amledd yn y sinwsoid sy'n dod i mewn. Byddai'r donffurf allbwn hon yn cael ei chymryd o allbwn y VCO. 

Mewn cymhwysiad FM-demodulator, fodd bynnag, nid oes angen sinwsoid allbwn sydd â'r un amledd â'r signal mewnbwn. Yn lle, rydym yn defnyddio'r allbwn o'r hidlydd dolen fel signal wedi'i ddadosod. Gadewch i ni edrych ar pam mae hyn yn bosibl.

Mae'r synhwyrydd cam yn cynhyrchu signal sy'n gymesur â'r gwahaniaeth cyfnod rhwng y donffurf sy'n dod i mewn ac allbwn y VCO. Mae'r hidlydd dolen yn llyfnhau'r signal hwn, sydd wedyn yn dod yn signal rheoli ar gyfer y VCO. 

Felly, os yw amlder y signal sy'n dod i mewn yn cynyddu ac yn gostwng yn gyson, mae'n rhaid i'r signal rheoli VCO gynyddu a gostwng yn unol â hynny er mwyn sicrhau bod amledd allbwn VCO yn aros yn hafal i'r amledd mewnbwn. Mewn geiriau eraill, mae allbwn yr hidlydd dolen yn signal y mae ei amrywiadau osgled yn cyfateb i'r amrywiadau amledd mewnbwn. Dyma sut mae PLL yn cyflawni demodiwleiddio amledd.

Crynodeb

* Yn LTspice, gellir cynhyrchu sinwsoid wedi'i fodiwleiddio'n amledd trwy ddefnyddio'r opsiwn SFFM ar gyfer ffynonellau foltedd safonol.

* Mae techneg demodiwleiddio FM syml ac effeithiol yn cynnwys hidlydd pasio uchel (ar gyfer trosi FM-i-AM) ac yna demodulator AM.

* Mae cyfyngwr yn rhagflaenu demodulator FM uchel-basio-hidlydd i atal amrywiadau osgled rhag cyfrannu gwall at y signal demodulated.

* Gellir defnyddio dolen wedi'i chloi fesul cam i gyflawni demodiwleiddio FM perfformiad uchel. Mae defnyddio PLLs cylched integredig yn gwneud y dull hwn yn llai cymhleth nag y gallai ymddangos.

Gadewch neges 

Rhestr negeseuon