ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UNMODULADOR I/Q"
Tesis previa a la obtención del Título deIngeniero en Electrónica y Telecomunicaciones
Quito, Junio del 2000
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fuedesarrollado en su totalidad por laSrta. Jenny del Rocío Pallo Meló,
rIng. Carlos Egas Acosta
DEDICATORIA
A MIS PADRESJosé Eduardo Pallo y María Dolores Meló
He llegado a cumplir uno de los objetivos más importantes de mí vida porustedes y para ustedes y se los dedico en agradecimiento al infinito amor y
apoyo que me han dado en todo momento de mi vida.
AGRADECIMIENTO
A Dios y a la Virgen del Quinche que me protegen, me dan salud y lo másimportante me dan la vida para compartir los momentos más hermosos con las
personas que más amo, MI FAMILIA.
A mis hermanosAlexandra, Sadi, Anita y Eduardo que con todo su cariño me alientan a seguir
adelante y están conmigo alegrando cada momento de mi vida.
A mis amigos Nanci, Carlos, Jonny, Sandro, Sonia, Noemí, Marcelo quecompartieron conmigo momentos inolvidables en esta Facultad y me ayudaron
como grandes amigos en su momento.
Un agradecimiento especial al Ing. Carlos Egas y al Ing. Ramiro Morejón, queme guiaron muy acertadamente en el desarrollo del tema de tesis,
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ...........8
Antecedentes........ 8Objetivo..... ............9
CAPITULO I ........11
TEORÍA BÁSICA UTILIZADA
1.1 INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS........12
1.1.1 Las comunicaciones electrónicas.......... 12
1.2 TRANSMISIÓN DIGITAL......,.,.,.,... 14
1.2.2 Transmisión en banda base... ..14
1.2.3 Bits y Baudios ......16
1.2.4 Elección de niveles de la señal de datos para la transmisión........17
1.3 ANÁLISIS DE FOURIER............. ........18
1.3.1 Serie de Fourier Trigonométrica 18
1.3.2 Espectro de potencia ., ..20
1.3.3 Propiedad de desplazamiento de frecuencia (modulación)... ..22
1.4 TRANSMISIÓN DE DATOS UTILIZANDO UNA PORTADORA DE
ALTA FRECUENCIA... ............23
1.4.1 Transmisión analógica de información.................. .........23
1.4.2 Espectro electromagnético..... ..............24
1.5 MODULACIÓN DIGITAL.. .........26
1.5.1 Modulación básica de una portadora por información digital.......27
1.5.2 Eficiencia del ancho de banda............. .27
1.6 CLASES DE MODULACIÓN DIGITAL........... 27
1.6.1 Desplazamiento de Amplitud (ASK) .....27
1.6.2 Desplazamiento de Frecuencia (FSK) 28
1.6.3 .Desplazamiento de Fase (PSK) 29
1.7 MODULACIÓN MULTISÍMBOLA......... ...........30
1.7.1 Desplazamiento de fase cuaternaria o en cuadratura (QPSK) 31
1.7.2 PSK de ocho niveles (8-PSK).............,......... ......33
1.7.3 PSK de dieciséis niveles (16-PSK) ....................33
1.7.4 Modulación de amplitud en cuadratura QAM ..................34
CAPITULO II.. 37
DISEÑO
2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL .....38
2.2IMPLEMENTACION DE MODULADORES QPSK Y 8-QAM CON UN
MODULADOR I&Q......................... 39
2.2.1 Modulador QPSK........... 39
2.2.2 Modulador 8-QAM......... 43
2.3 EQUIPO MODULADOR I/Q 47
2.3.1 Esquema general del equipo modulador..... .......47
2.3.2 Requerimientos.... 48,
CAPITULO III.. ....50
REQUERIMIENTOS DE HARDWARE Y SOFTWARE PARA LA ¡MPLEMENTACION DEL
EQUIPO MODULADOR
3.1 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE DEL EQUIPO MODULADOR. 51
3.1.1 Dispositivo modulador I&Q (ZAMIQ-895M) ,.51
3.1.2 Módulo principal,. ............52
3.1.3 Módulo de Display y Teclado...... ......54
3.1.4 Fuente ., ......................56
3.1.5 Módulo convertidor de niveles........... 56
3.1.5.1 Fuente de nivel ., .......57
3.1.5.2 Selección de niveles....... 59
3.1.5.3 Acoplamiento................ ...............62
3.1.5.4 Protecciones , .......63
3.1.6 VCO........ ..................64
3.1.7 Presentación de! Equipo........ .........65
3.2 SOFTWARE.......... .......68
3.2.1 Descripción del programa principal... ......,.,.68
3.2.2 Modo remoto... .............70
3.2.3 Modo local...... .......70
3.2.3.1 Pruebas ......70
3.2.3.2 Manejo del modulador QPSK y 8-QAM.... 72
3.2.4 Descripción de las subrutinas generales...... ...........................75
CAPITULO IV ...................77
Instrucciones de funcionamiento, Pruebas sobre el equipo, Prédica de laboratorio
4.1 FUNCIONAMIENTO.... .......................78
4.1.1 Módulo principal de trabajo............ ...............78
4.1.2 Manejo de pantallas .....80
4.1.3 Modulo convertidor de niveles......... ., ......87
4.2 PRUEBAS SOBRE EL EQUIPO,. „ ...................88
4.2.1 Prueba 1. Señal en banda base..... ......88
4.2.2 Prueba 2. Señal modulada .....97
4.2.3 Prueba 3. Espectro de potencia.... ....105
4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS .....................110
4.4 PRACTICA PROPUESTA.. .........111
CAPITULO V.... „ , ....115
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES .116
5.2 RECOMENDACIONES ,. ................120
BIBLIOGRAFÍA ..................123
ANEXOS.. , .........125
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INTRODUCCIÓN
ANTECEDENTES
Sabiendo la necesidad de reforzar el conocimiento adquirido en las
clases teóricas con la ayuda de prácticas de laboratorio, se plantea el
desarrollo de temas específicos para poder implementar nuevas prácticas para
el laboratorio de Líneas de Transmisión.
Hace algún tiempo lo más común era encontrar una modulación
analógica cuando se hablaba de radiofrecuencia, en señales de radio, canales
de televisión, etc. en cuyos casos se transporta información como la onda
sonora de la voz o las variaciones eléctricas correspondientes a una imagen.
En este trabajo se desea implementar prácticas para el laboratorio de
Líneas de Transmisión con ayuda de un nuevo equipo que se relacione con el
medio real más estrechamente, el equipo tiene como función principal realizar
modulación digital de niveles en PSK y QAM utilizando una portadora
sinusoidal de alta frecuencia, para alcanzar el propósito deseado se utiliza el
dispositivo modulador I&Q, ZAMIQ-895M de la casa comercial Míni-Circuits,
dispositivo básico para el que se crea una circuitería de control para
implementar el equipo modulador completo encargado de realizar todas las
tareas que se necesitan para desarrollar prácticas didácticas.
Para la elaboración de la Guía de usuario se realizaron varias pruebas
de funcionamiento del dispositivo modulador I&Q que nos proporcionan los
parámetros necesarios para crear un equipo de control que pueda garantizar el
buen funcionamiento del equipo completo para la modulación de una señal en
niveles. Para realizar las prácticas de laboratorio se propone observar el
comportamiento de la señal RF modulada en QPSK y 8-QAM, también se pone
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en consideración la realización de una prueba obligatoria del equipo que nos
permite observar de manera sencilla el buen funcionamiento del dispositivo
modulador I&Q,
El equipo esta hecho con un alcance tal que se puedan implementar
prácticas diseñando moduladores de 16 niveles en PSK y QAM, además de los
dos tipos de modulación desarrollados en esta Tesis.
OBJETIVO
Tal como se menciona en la sección anterior el objetivo principal de éste
documento es realizar el diseño e implementar un equipo que sirva para el
desarrollo de prácticas para el laboratorio de Líneas de Transmisión.
La composición de esta tesis tiene una estructura tal que nos permite al
final llegar a cumplir nuestro objetivo.
En el capítulo I se citan conceptos básicos que son base teórica del
desarrollo de este tema.
En el capítulo II se exponen los requerimientos básicos de hardware
para construir el equipo que satisfaga las condiciones expuestas; nos
centramos en el diseño planteándonos las necesidades para llegar a construir
el equipo.
En el capítulo III se tiene la presentación del equipo completo y la
explicación del desarrollo del diseño del hardware y del software que se utilizó
tanto para hacer la presentación de las distintas pantallas en el display como
para la comunicación del equipo remoto y local para el funcionamiento del
equipo.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 9 -
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En el capítulo IV se indican de una manera sencilla instrucciones para el
manejo del equipo con las presentaciones que se muestran en el dísplay,
además se pone a consideración las pruebas realizadas sobre el equipo para
verificar el correcto funcionamiento en la parte de modulación, por último se
cubre el objetivo principal presentando la práctica propuesta para el laboratorio
de Líneas de Transmisión usando la señal modulada en QPSK y 8-QAM.
Las conclusiones y recomendaciones sobre el tema desarrollado, así
como la cita de autores de la documentación tomada para complementar
conocimientos teóricos y anexos varios se presentan en el último capítulo de
este documento.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 10 -
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CAPITULO ITEORÍA BÁSICA UTILIZADA
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1.1 INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS
1.1.1 LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS
Empezaremos dando un concepto sencillo de comunicación electrónica,
así: entendemos como comunicación al intercambio de información entre 2
puntos o más utilizando un medio de transmisión específico y con ayuda de
señales eléctricas. Un sistema de comunicación se constituye por un conjunto
de métodos, procedimientos y elementos ¡nterrelacionados para coordinar el
proceso de intercambio de información.
Se tienen tres elementos básicos para conformar un sistema de
comunicación (figura 1.1).
Canal . ^^^^^^^—«
^^^^H^^^^HI^H, ,, ., «k. BBH^^BH_^ InformaciónInformación
Figura 1.1
Estructura Básica de un Sistema de Comunicación
El transmisor (Tx) pasa la información de su forma original a señales
eléctricas y las procesa (amplifica, filtra, modula, etc.), es decir, las adecúa
para ser entregadas al canal.
El canal lleva la señal originada en el transmisor hacia el receptor,
sirviendo de unión entre ellos.
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El receptor (Rx) recibe del canal la señal eléctrica generada por el
transmisor y la procesa (amplifica, filtra, demodula, etc.) para entregar en su
salida la información en su forma original.
El modelo para la comunicación de datos se define por los modos de
transmisión que son:
Simplex (SX): de transmisor a receptor en un solo sentido.
Half-Duplex (HDX): de transmisor a receptor en ambos sentidos.
Full-Duplex (FDX): transmisión en forma simultánea.
La figura 1.1 utiliza los componentes básicos de la comunicación para
ilustrar el modo de transmisión Simplex. La figura 1.2 ilustra los modos de
transmisión HDX, FDX ya que éstos necesitan en cada punto un transmisor y
un receptor para tener un intercambio real de información es decir una
comunicación bidireccional.
Información
Canal _^^^^^^^^__5_
Información
Figura 1.2
Ilustración de un sistema de comunicación bidireccional.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 13 -
EPN
1.2 TRANSMISIÓN DIGITAL
1.2.1 TRANSMISIÓN EN BANDA BASE
Los dígitos binarios que secuencialmente envía un ordenador son
aperiódicos, sin embargo, a la hora de transmitirlos podemos considerar un
grupo de ellos como una señal periódica que se repetirá, para ello realizamos
el análisis de Fourier con lo que representamos una función periódica como
suma de un número teóricamente infinito de senos y cosenos y a continuación
descomponemos la señal en suma de una serie de armónicos (serie de
Fourier) de forma que cuanto mayor sea el número de armónicos mejor será la
reproducción de la señal original. Según el análisis de una onda por series de
Fourier tenemos como resultado que su contenido espectral es muy grande,
ocupando así un gran ancho de banda (e! ancho de banda de un sistema de
comunicaciones es la banda de paso mínima (rango de frecuencias) requerida
para propagar la información de fuente a través del sistema, el ancho de banda
debe ser lo suficientemente grande para pasar todas las frecuencias
significativas de la información.
Figura 1.3
Transmisión de una señal de período T en banda base
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -14-
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Según el canal por donde se efectúe la transmisión la señal estará
supeditada a limitar su ancho de banda AB para poder reproducir la señal en el
receptor por tanto se tendrá una limitación de la velocidad de transmisión
según Nyquist.
Se define el teorema de Nyquist para que una señal pueda ser
reconocida fielmente, así como un límite de velocidad de transmisión como:
La velocidad máxima de datos = 2*AB*log2M bps (1.1)
Donde:
M=2N (1.2)
M= número de niveles
N= número de bits por nivel
AB = Ancho de banda
Nyquist demostró que si una señal arbitraria se hace pasar a través de
un filtro pasa-bajo con un ancho de banda AB, la señal filtrada puede
reconstruirse por completo mediante la obtención simple y sencilla de 2AB
muestras por segundo exactamente. Si la señal consiste de M niveles
discretos, ecuación 1.2, la ecuación 1.1 muestra la relación para una canal sin
ruido dada por Nyquist.
El canal es la vinculación entre el transmisor y el receptor. La velocidad
límite de transmisión de información a través de un canal se llama capacidad
del canal.
Shannon, estableció que si la velocidad de transmisión de datos Vtx es
igual o menor que la capacidad del canal C, existe una técnica de codificación
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 15 -
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que permite la transmisión por el canal (ruidoso) con una frecuencia de errores
arbitrariamente pequeña.
C = H*log2(1+S/N) (1.3)
El resultado más importante del teorema de Shannon establece la
máxima velocidad de datos sobre un canal ruidoso cuyo ancho de banda es AB
(Hz) y cuya relación señal-ruido es S/N sin importar el número de niveles de la
señal o la frecuencia de muestreo que se tome1.
En banda base la señal se envía directamente por el medio para
distancias cortas y velocidades bajas. Una de las desventajas más importantes
que se pueden hacer después del análisis de la transmisión en banda base es
que la transmisión de señales digitales requiere de un mayor ancho de banda.
1.2.2 BITSYBAUDIOS
La cantidad de veces que la línea fue señalizada en la modulación es
expresada en baudios (símbolos/seg.) fe. En la modulación digital, la velocidad
de cambio en la entrada del modulador se llama velocidad de bit Vtx y tiene las
unidades de bits/seg. y es igual al recíproco del tiempo de duración de bit.
Velocidad de bit (Vtx) = 1/T (1.4)
T= duración del elemento básico de señal, período.
Tanenbaum, Transmisión de datos, página 65
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 16 -
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1.2.3 ELECCIÓN DE NIVELES DE LA SEÑAL DE DATOS PARA LATRANSMISIÓN2
Para el caso de las señales digitales el ruido aditivo provoca
ocasionalmente dígitos erróneos, y el rendimiento se evalúa entonces en
términos de la probabilidad de error.
En un sistema binario los dos niveles de pulsos generalmente son
representados como una señal de amplitud A para el 1 lógico y una amplitud O
para el O lógico o como pulsos de igual amplitud y polaridades opuestas es
decir, con amplitudes -A/2 y +A/2 voltios llamada señal binaria polar, la señal
de encendido y apagado como el primer caso produce un nivel medio distinto
de cero que depende de las proporciones relativas de unos y ceros
transmitidos, su empleo también facilita el ajuste del umbral de decisión en el
receptor si las frecuencias de ocurrencia, relativas de ambas señales binarias
son ¡guales. La señal binaria polar tiene también la ventaja de que el umbral de
decisión óptimo se halla en cero.
El análisis del umbral de decisión para la representación de una señal en
dos niveles lógicos y cuatro niveles lógicos que es lo que necesitamos para
nuestra aplicación proveyendo la conexión a un demodulador se presenta en la
figura 1.4.
Si el comportamiento estadístico de las señales recibidas más el ruido
no es gaussiano y no tiene la simetría de la función de densidad mostrada en
las figuras que se analizan mas adelante el análisis descrito intuitivo descrito
anteriormente no es de mucha utilidad.
: Mischa Schwartz, Transmisión de Información, Modulación y Ruido, Capítulo V.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -17 -
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NIVEL
LÓGICO
0
1
ENCENDIDO
APAGADO ,
0
A
POLAR
Voltios
A/2
-A/2
UMBRAL DE
DECISIÓN
0
0
Tabla 1.1
NIVELES
0
12
3
POLAR
-A/2
-A/6
A/6
A/2
UMBRAL
DE
DECISIÓN
-A/3
0
+A/3
Tabla 1.2
Figura 1.4
Umbral de decisión
1.3 ANÁLISIS DE FOURIER
1.3.1 SERIE DE FOURIER TRIGONOMÉTRICA
Para nuestro estudio es indispensable hacer un análisis de las señales
en función ya no del tiempo únicamente sino también de la frecuencia para el
análisis de ancho de banda en la transmisión.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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Una de las demostraciones más importantes que nos presenta el
matemático Francés, Fourier, es que sumando una cantidad ilimitada de senos
y cosenos se puede construir cualquier función3 f(t) de período T. La ecuación
1.5 presenta la relación que muestra la descomposición de senos y cosenos
para una función f(í) donde an y bn son las amplitudes de coseno y seno del
enésimo término armónico (un armónico es un múltiplo entero de la frecuencia
fundamental).
.5)
*~s n T1
1 O
_2_T
6/0 ~~ rrt
1 O
o
(1.6)
La serie de Fourier trigonométrica se puede representar en forma más
compacta como:CO
+!a (1.7)
(1.8)
En el análisis que sigue será más interesante tratar con el espectro de
amplitud de Cn y con la fase angular tf>n que con los coeficientes individuales de
Fourier an y bn.
1 Stremler, Introducción a los Sistemas de Comunicación, página 30.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 19 -
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1.3.2 ESPECTRO DE POTENCIA
Primero haremos una revisión del espectro de línea de Fourier4 de la
figura 1.5 que gráfica directamente la amplitud Cn en función de la frecuencia
para la señal f(t), para una señal periódica, usando la serie trigonométrica se
obtiene el espectro en donde la amplitud y la fase de cada componente
senoidal se pueden hallar a partir del grupo de ecuaciones 2.4, cabe anotar que
el espectro de línea es un espectro discreto.
3fD
Figura 1,5
Interpretación del espectro de línea trigonométrico
El principio de los métodos de Fourier para el análisis de señales es
descomponer todas las señales en sumatorios de componentes senoidales,
esto proporciona la descripción de una señal dada en términos de frecuencias
senoidales, un objetivo importante de este análisis es la descripción de cómo
están distribuidas la energía y la potencia de la señal en términos de tales
frecuencias, esta función se define como densidad espectral de potencia, la
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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ecuación 1.9 muestra la densidad espectral de potencia de una función
periódica.
(1.9)
La cantidad Fn ~ describe el monto relativo de energía de una señal dada
f(t) en función de la frecuencia y se llama densidad espectral de energía de f(t).
De igual forma la función que describe la contribución relativa de potencia de
una señal f(t) contra la frecuencia, se llama densidad espectral de potencia,
Sf(co). La densidad espectral de potencia de una señal aperiódica es una
función continua de la frecuencia, la de una señal periódica, se aproxima a una
serie de funciones impulso localizadas en las frecuencias armónicas de la señal
cuando el tiempo de observación se hace largo5, esto se puede observar en la
figura 1.6.
Sf(ü))
o
(a)
O
(b)
Figura 1.6
Densidad espectral de potencia de una (a) función periódica, (b) función aperiódica.
4 Stremler, Introducción a los Sistemas de Comunicación, páginas 44-46.5 Stremler, Introducción a los Sistemas de Comunicación, Capítulo IV.
DISEÑO E MPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -21-
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Nótese que la densidad espectral de potencia de una señal sólo retiene
información sobre la magnitud, omitiendo lo referente a la fase, de ahí que
todas las señales con la misma densidad espectral de magnitud tengan
idénticos espectros de potencia sin importar las posibles diferencias en las
características de la fase, hay una densidad espectral de potencia específica
para una señal dada pero puede haber muchas señales con la misma densidad
espectral de potencia.
1.3.3 PROPIEDAD DE DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA6
(MODULACIÓN)
AI proceso de multiplicar una señal por una función armónica
fundamental, es decir un seno o un coseno para trasladar la densidad espectral
se conoce como modulación de amplitud. La ecuación 1.10 se llama propiedad
de modulación de la transformada de Fourier.
En el proceso de modulación una mitad de la densidad espectral se
mueve a frecuencias más altas y la otra a frecuencias menores, esta
característica se puede apreciar en la figura 1.7.
- -[F(co + fi>0) + F(co - ¿y0)] (1.10)
1 Stremler, Introducción a los sistemas de Comunicación, página 101.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 22 -
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F(o»
A
-T/2 O +T/2 \
F((D)
/(t)cosco0tA
-A
Figura 1.7
Efectos de la modulación en la densidad espectral de la señal
1.4 TRANSMISIÓN DE DATOS UTILIZANDO UNA PORTADORA DE
ALTA FRECUENCIA
1.4.1 TRANSMISIÓN ANALÓGICA DE INFORMACIÓN
Para la transmisión digital se requiere de un elemento físico entre
receptor y transmisor mientras que en el sistema de radio digital (transmisión
analógica) el medio de transmisión puede ser también el aire.
Una de las características que distinguen un sistema de radio digital de
uno convencional de A.M. o F.M. es que las señales de modulación y
demodulación en el sistema digital son pulsos digitales en lugar de ondas
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analógicas, la radio digital utiliza portadoras analógicas al igual que los
sistemas convencionales.
La señal digital que se toma de una fuente se modula, es decir, la
información se la envía sobre una señal sen(cüct) que se llama portadora y que
se encuentra a una frecuencia fc.
En este punto es importante hablar de lo que es la modulación y las
razones por las cuales se modula. Modular es transformar las características
de una señal eléctrica original a otra señal que por sus características le es
más fácil la propagación, a esta segunda señal se llama portadora (carrier), a la
primera señal se le llama señal modulante y al resultado final se le llama onda
modulada, en resumen:
Portadora fácil propagación.
Modulante señal a transmitir.
Modulada señal resultado de la modulación.
Las razones para modular son las siguientes:
• Utilizar un medio no guiado como el espacio libre para enviar la información
• Facilitar la propagación de la señal.
• Uso impráctico de antenas a ciertas frecuencias.
• Compartir canal de comunicación, trasladando a diferentes frecuencias,
diferentes tipos de información.
1.4.2 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
El espectro electromagnético que se utiliza para la transmisión de la
abrumadora mayoría de las señales de comunicaciones se encuentra limitado
en las distribuciones de ancho de banda en las diferentes gamas de frecuencia
-24-
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que hay en uso, es importante entonces conocer la ocupación espectral medida
por el ancho de banda de diferentes señales que se transmiten por un sistema
de comunicaciones determinado, además es importante conocer los requisitos
de ancho de banda del canal o medio de transmisión por el cual las señales
van a ser transmitidas con el objeto de que al receptor lleguen las señales
relativamente sin distorsión.
Cuando se introduce distorsión al transmitirse por canales de banda
limitada los efectos que se producen en las señales transmitidas tienen que ser
determinados.
En un conductor la corriente y el voltaje siempre están acompañados por
un campo eléctrico y un campo magnético, una onda electromagnética también
puede viajar en el espacio libre al ser radiada por una antena.
Características de las ondas electromagnéticas:
Velocidad de onda. Las ondas viajan a distintas velocidades,
dependiendo del tipo de onda y de las características del medio de
propagación. En el vacío las ondas viajan a la velocidad de la luz (c = 3 X 108
m/s), las ondas electromagnéticas viajan considerablemente más lentas a lo
largo de una línea de transmisión.
Frecuencia y longitud de onda. Las oscilaciones de una onda
electromagnética son periódicas y repetitivas. Por lo tanto, se caracterizan por
una frecuencia (f). La distancia de un ciclo ocurriendo en el espacio se llama la
longitud de onda (1) y se determina por la siguiente ecuación fundamental:
X=c/f (1.11)
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 25 -
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La frecuencia es el número de veces que se repite la señal en un
determinado tiempo, estas frecuencias de transmisión están en un determinado
lugar en el espectro de frecuencias, el espectro electromagnético se presenta
en la figura 2.7 y las frecuencias pueden ser; bajas, medias y alta Frecuencia,
también influye la longitud de onda:
larga 10m en adelante
corta lOm a 20m
microondas 3m a 30cm
F(Hz) 10°102104106 10 101' 10'- 1016 10" 10a0 10a 1034
sss
ss
Radio Microondas Infrarrojoagí
uv'' / /
/ Luz/ visible
', Rayos X\s gamma
\\a
LF MF HF VHF UHF SHF EHT THF
Figura 1.8
Espectro electromagnético7
1.5 MODULACIÓN DIGITAL
1.5.1 MODULACIÓN BÁSICA DE UNA PORTADORA POR INFORMACIÓNDIGITAL
La comunicación digital abarca la transmisión digital y la radio digital ó
transmisión analógica, la primera es la transmisión de pulsos digitales, entre
dos o más puntos, de un sistema de comunicación, el radio digital es la
transmisión de portadoras analógicas moduladas en forma digital entre dos o
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -26-
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más puntos de un sistema de comunicación como ya se indicó en el capítulo
anterior.
1.5.2 EFICIENCIA DEL ANCHO DE BANDA8
La eficiencia del ancho de banda es la relación de la tasa de bits de
transmisión al mínimo ancho de banda requerido para un esquema de
modulación en particular e indica el número de bits que pueden propagarse a
través de un medio por cada hertz de ancho de banda y se utiliza para
comparar el rendimiento de una técnica de modulación digital con otra, la
ecuación 1.12 muestra esta relación.
„,_ . . tasa de transmisión (bps) (1.12)Eficiencia = • —
Mínimo ancho de banda (Hz)
1.6 CLASES DE MODULACIÓN DIGITAL
1.6.1 DESPLAZAMIENTOS DE AMPLITUD (ASK)
Con ASK la señal de entrada modula con unos y ceros lógicos a una
portadora sen(ooot) que conforme cambia de estado se tiene a la salida una
señal que varia de amplitud. Cuando se asigna al OL un nivel de señal O voltios
y al IL un nivel de señal A voltios la señal se prende o bien se apaga según sea
el caso, a este tipo de modulación se la llama también OOK on-off-Keying,
figura 1.9.
7 Tanenbaum, Transmisión de datos8 Tomasi, Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 27 -
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Entrad abin aria
SalidaASK
Tiempo
Tiem po
Figura 1.9
Modulación ASK
1.6.2 DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)
El FSK binario es una forma de modulación angular de amplitud
constante similar a la modulación en frecuencia normal excepto que la señal
modulante es un flujo de pulsos binarios que varía entre dos niveles de voltaje
discretos. Con el FSK binario la frecuencia central o de portadora se desplaza
por los datos de la entrada binaria, conforme cambia la señal de entrada binaria
de O lógico a 1 lógico la salida se desplaza entre dos frecuencias, una
frecuencia de marca o de 1 lógico y una frecuencia de espacio o de O lógico
figura 1.10, con el FSK hay un cambio en la frecuencia de salida cada vez que
la condición lógica de la señal de entrada binaria cambia, así la razón de salida
del cambio es igual a la razón de entrada del cambio, la razón de cambio en la
entrada del modulador se llama razón de bit Vtx y tiene las unidades de bits por
segundo (bps).
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fm
fs
Entradabinaria
En tí a dabinaria
SalidaLógica
1 : O M ¡ ü : 1 : O
lf\J
tiernp o
fs fm fs fm fs
fm frecuencia de marca; fs f recuencia de espac io
Figura 1.10
Modulación FSK
1.6.3 DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK)
Es otra forma de modulación digital angular de amplitud constante. Con
PSK la señal de entrada es una señal digital binaria y es posible un número
limitado de fases de salida. Con la transmisión por desplazamiento de fase
binaria (BPSK) son posibles dos fases de salida para una sola frecuencia de
portadora, una fase de salida representa un 1 lógico y la otra un O lógico figura
1.11, conforme la señal digital de entrada cambia de estado la fase de la
portadora de salida se desplaza entre dos ángulos que están 180 grados fuera
de fase, para este tipo de modulación cada vez que cambia la condición de
lógica de entrada cambia la fase de salida en consecuencia, para BPSK fB es
igual a Vtx y el ancho de banda de salida más amplio ocurre cuándo los datos
binarios de entrada son una secuencia alternativa 1,0. El mínimo ancho de
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banda requerido para permitir el peor caso de la señal de salida del BPSK es
igual a Vtx9 por lo que la eficiencia de ancho de banda es 1bps/Hz.
Entradabinaria
SalidaBSK
Tiempo
Tiempo
Figura 1.11
Modulación BPSK
1.7 MODULACIÓN MULTISIMBOLA
El ancho de banda requerido para transmitir la secuencia digital de
banda base se reduce por medio de señalización multinivel que consiste en la
combinación de sucesivos pulsos binarios para formar un solo pulso lo que en
consecuencia requiere un menor ancho de banda de transmisión
específicamente con la conformación ideal de Nyquist pueden transmitirse 2
símboios/s/Hz por el canal de ancho de banda de Nyquist de AB Hertz, si se
usa un conjunto de M=2N símbolos donde N es el número de sucesivos pulsos
binarios que se han combinado para formar el símbolo adecuado que se va a
trasmitir pueden trasmitirse usando la banda de Nyquist 2N bps/Hz.
Un conjunto conveniente de señales para PSK M-aria es:10
9 Tomasi, Sistemas de Comunicaciones Electrónicas, páginas 465-466
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 3 0 -
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(1.13)
Donde los M posibles ángulos de fase 0¡ se eligen como;
Uí 'M'M'"'9 M
coc = frecuencia de portadora
0 = ángulo de desfase
1.7.1 DESPLAZAMIENTO DE FASE EN CUADRATURA (QPSK)
Es una técnica de codificación M-ario (M representa el número de
niveles que se obtienen según el número de dígitos binarios que se combinen)
en donde son posibles 4 fases de salida de amplitud constante para una sola
frecuencia de portadora,
Para llevar a cabo la técnica QPSK se necesita más de un solo bit de
entrada por ello se utilizan 2 bits dándose las siguientes combinaciones de bits:
00, 01, 10 y 11 por lo que los datos de entrada binarios se combinan en grupos
de 2 bits llamados dibits.
La señal í-ésima de las cuatro posibles puede escribirse con la forma
rectangular que para simplificar se ha supuesto hasta el momento.
iSf,(0 = c°s(¿9er + 0,) (1.15)
¡=1,2,3,4
10 Stremler, Introducción a los Sistemas de Comunicación, página 659.
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dos posibles elecciones para las cuatro fases angulares son:
1) 6¡ = O, +/- 7T/2, 7C
2) 9¡ = +/-7T/4, +A37T/4 (1.16)
en ambos casos las fases están espaciadas id2 radianes, las señales de la
ecuación anterior pueden representarse por desarrollo trigonométrico como.
(1.17)
Para la ecuación 1.17 los pares (a¡, b¡) están dados según la ecuación 1.16
1) (3^0 = (1,0); (0,1); (-1,0); (Or1)
2) ((^a-^b) =0.1); (-ti); K-i);(1.18)
(1.19)
La transmisión de este tipo se denomina a menudo transmisión con dos
portadoras en cuadratura de fase entre sí que se transmiten simultáneamente
por el mismo canal.
eje en cuadratura
eje en fase
(a)
Figura 1.12
Constelación de señales QPSK
eje en fase
(b)
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Es muy útil representar las señales dadas por las ecuaciones 1.17, 1.18
y 1.19 en un diagrama bidimensional donde se sitúan los diversos puntos (aj,b¡),
el eje horizontal correspondiente a la ubicación de a¡ se llama el eje en fase (I),
el eje vertical donde se localiza b¡ se llama el eje en cuadratura (Q). Las cuatro
señales de la ecuación 1.18 aparecen entonces como se muestran en la figura
1.12a, las señales de la ecuación 1.19 aparecen en la figura 1.12b. Los puntos
de la señal se dice que representan una constelación de la señal.
En la modulación QPSK ya que la señal de salida no cambia de fase
hasta que 2 bits han sido introducidos al equipo modulador fB es igual a la
mitad de Vtx, como resultado QPSK requiere de un mínimo ancho de banda de
Nyquist de doble lado igual a Vtx/2, por tanto con QPSK se realiza una
compresión de ancho de banda, aplicando la ecuación 1.12 la eficiencia de
ancho de banda es 2bps/Hz.
1.7.2 PSK DE OCHO NIVELES (8-PSK)
Es una técnica de codificación M-ario donde M=8 por lo tanto hay ocho
posibles fases de salida para codificar ocho fases diferentes, los bits que están
entrando se consideran en grupos de 3 bits llamados tribits, en un modulador
de 8-PSK hay un cambio en fase en la salida por cada 3 bits de entrada de
datos, en consecuencia fe para 8-PSK es igual a Vtx/3 por lo que el ancho de
banda mínimo es igual a Vtx/3 Hz y la eficiencia de ancho de banda es igual a
3 bps/Hz.
1.7.3 PSK DE DIECISEIS NIVELES (16-PSK)
Para este tipo de modulación hay 16 diferentes fases de salida posibles.
El modulador actúa en los datos que están entrando en grupos de 4 bits
llamados quadbits, la fase de salida no cambia hasta que 4 bits han sido
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introducidos al modulador por tanto fB es igual a Vtx/4 por tanto el mínimo
ancho de banda es igual a Vtx/4 Hz y la eficiencia de ancho de banda 4 bps/Hz.
1.7.4 MODULACIÓN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM)
Pueden generarse esquemas multisímbolos de señalización más
generales haciendo que a¡ y b¡ de la ecuación 1.17 tomen valores múltiples, las
señales resultantes se denominan señales de modulación de amplitud en
cuadratura (QAM), estas señales pueden interpretarse como de muchos
niveles de modulación en amplitud aplicados independientemente en cada una
de las dos portadoras en cuadratura.
El diagrama de constelación de un conjunto de la señal QAM de 16
niveles se muestra en la figura 1.13, nótese que esta señal puede considerarse
como si se hubiera generado por dos señales moduladas en amplitud y en
cuadratura, como se usan cuatro niveles en cada una de las portadoras la
señal se denomina en ocasiones señal QAM de cuatro niveles, todos los
puntos de la constelación están igualmente espaciados.
Es evidente que la señal general de QAM puede escribirse también como:
(1-20)
Donde la amplitud r¡ y la fase angular 0¡ dan las adecuadas combinaciones de
(a¡, b¡).
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• -* •
oí bo
. -
Q
-ii • •
-10 • •
i i'10 'll
-00 • •
-01 • •
Figura 1.13
Diagrama de constelación y distribución de niveles 16-QAM.
La modulación 8-QAM esta bajo el mismo concepto que 8-PSK, trabaja
con grupos de 3 bits, para este tipo de modulación tanto la fase y la amplitud de
la portadora transmitida varían, como se necesita la entrada de tres bits para
tener el cambio de fase al igual que para 8-PSK, fB es igual a Vtx/3 y el mínimo
ancho de banda requerido para 8-QAM es Vtx/3 Hz al igual que en el 8-PSK
siendo también igual la eficiencia de ancho de banda.
La modulación 16-QAM actúa sobre los datos de entrada en grupos de 4
bits, también la fase y amplitud de la portadora transmitida varían según los bits
de información a la entrada del modulador, con un modulador de 16-QAM hay
un cambio en la señal de salida ya sea su fase, amplitud o ambos para cada 4
bits de datos de entrada, en consecuencia fB es igual a Vtx/4 por tanto el
ancho de banda mínimo y la eficiencia de ancho de banda son iguales a 16-
PSK.
Como la velocidad de bits permisible por un determinado canal depende
del número de símbolos o estados que se elijan, con esto se podría pensar que
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se puede aumentar indefinidamente la magnitud de la constelación de la señal
QAM, esto no es así ya que el número de niveles de amplitud hace más severo
el problema de la interferencia entre símbolos cuando es muy elevado, además
es evidente que cuando el número de fases distinguibles crece el
espaciamiento de fase entre las señales se reduce en consecuencia
variaciones de fase y problemas de tiempos podrían hacer más difícil
determinar la fase con precisión a medida que el número de fases distinguibles
aumente. Por último el ruido que está presente y que se agrega durante la
transmisión y la recepción hace más difícil distinguir los puntos individuales de
una constelación a medida que el número de puntos de ella tienden a
aumentar, un poco de imaginación indicará que la posición específica de los
puntos de la constelación de la figura 1.13 depende de la amplitud de la señal,
a medida que la amplitud aumenta, los puntos se mueven hacia fuera, cuando
disminuyen los puntos se desplazan hacia adentro. Para un potencia fija de
transmisión la ubicación de los puntos esta restringida. La única manera de
agregar más estados o puntos de la constelación es agregando puntos entre
los que ya existen el resultado es que los puntos quedan cada vez más
próximos, por lo que el ruido y las variaciones de fase producen errores de
detección con alta frecuencia, existe entonces un límite en el número de
estados de QAM que pueden usarse en la práctica, en la actualidad el máximo
número que se usa es de 16 estados QAM.
Los moduladores tanto QPSK como QAM hacen una modulación de
doble banda lateral con portadora suprimida (DBLPS) y requieren mucha
menos potencia para transmitir la misma información y son más complicados
porque deben generar una portadora de fase y frecuencia apropiada, ya que la
portadora no se transmite.
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CAPITULO IIDISEÑO
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EPN
2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL
Empezaremos haciendo referencia al dispositivo modulador I&Q,
ZAMIQ-895M fabricado por la compañía Mini-Circuits para el cual se diseña un
circuito de control completo, como ya se mencionó en secciones anteriores la
característica que le da el nombre al dispositivo es la descripción que se le da
al eje X en la representación de coordenadas rectangulares de una señal, I que
significa In-phase y al eje Y se le llama Q que significa en cuadratura, es decir
90° fuera de fase respecto de la portadora, el modulador I&Q trabaja con el
concepto de realizar una modulación en cuadratura por ello el nombre de
modulador I&Q.
La figura 2.1 muestra un diagrama de bloques donde se puede observar
(os componentes principales del dispositivo modulador I&Q.
LO 90*hybrid(Tsplrtter/comtxner
" .
-Gutput
V < 90*
Figura 2.1
Diagrama de bloques del dispositivo modulador I&Q
El proceso de modulación se lleva a cabo de la siguiente manera: Un
VCO presenta a su salida una señal de frecuencia alta, señal que es
introducida en el dispositivo por el puerto denominado LO y que mediante un
divisor de potencia permite dirigir parte de la señal en fase a un mezclador
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denominado canal I y la señal desfasada 90° al canal denominado Q. Los
dígitos binarios provenientes de la fuente de información digital se codifican a
una señal polar NRZ para luego dirigir cada nivel correspondiente a un símbolo
al canal I y al canal Q respectivamente, a cada una de estas secuencias de
símbolos se multiplica por una señal en fase y por una señal en cuadratura con
la portadora RF correspondientemente (esta acción la realiza el mezclador
doble balanceado) la salida de los mezcladores dan como resultado dos
señales ortogonales entre sí, estas señales son luego combinadas
vectorialmente en un sumador, para obtener una señal modulada de salida en
el puerto denominado RF output
2.2 IMPLEMENTACION DE MODULADORES QPSK Y 8-QAM CON UN
MODULADOR I&Q
2.2.1 MODULADOR QPSK
Aprovechando la ortogonalidad del seno y coseno, es posible transmitir y
recibir dos señales diferentes de manera simultánea en la misma frecuencia
portadora. La multiplexión de cuadratura es un método eficaz para transmitir
dos señales de mensaje dentro del mismo ancho de banda.
Para implementar e! modulador QPSK se necesitan 4 estados que
representan cuatro cambios de fase en la señal modulada por lo que se
requieren combinaciones de dos bits por estado, estos niveles son 00, 01, 10,
11, cada uno de estos estados son codificados de tal manera que le
corresponda una magnitud y una polaridad en el diagrama de constelación para
conseguir la característica de magnitud constante y cambio de fase en la señal
modulada resultante.
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La magnitud y polaridad para cada estado en cada eje se escoge con los
siguiente criterios:
1) El diagrama de constelación exige tener una distribución balanceada de
cada estado para proporcionar estabilidad en la fase de la señal resultante
modulada como se observa en la figura 2.2.
10
-A/2
00
Q
n
A/2
-A/2 •01
Figura 2.2
Diagrama de constelación de la modulación Q-PSK
2) Para poder tener en el demodulador niveles de detección aceptables y
reducir los errores en el caso de querer diseñar un sistema dé comunicación
los niveles se escogen dentro del rango lineal de trabajo que especifica el
fabricante para el dispositivo modulador l&Q11 ZAMIQ-895M.
Con lo expuesto se escoge una amplitud A=0.4 voltios, según lo expuesto
en la sección que explica la manera de escoger el nivel conveniente de la
señal en el capítulo I para una señal polar NRZ, entonces para representar al
Refiérase al anexo A-2 de pruebas sobre el dispositivo modulador I&Q.
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OL se escoge e! nivel de -0.2voltios correspondiente a -A/2 y para representar al
IL el nivel de 0.2 voltios correspondiente a +A/2.
Con el concepto básico de la modulación QPSK que expresa que para tener
un cambio en la fase de salida se necesita a la entrada de dos bits para
conformar un estado, es fácil darse cuenta que con los niveles escogidos es
suficiente para que con estos valores aplicados directamente a los canales I y
Q de la figura 2.1 se tenga una modulación QPSK.
Para el análisis supondremos la amplitud de la señal portadora igual a la
unidad por lo que se tiene una portadora f(t) = sen(coct).
Como se dijo anteriormente de una serie de bits se van tomando pares
de bits, estos bits nos indican la polaridad y magnitud del nivel que se escoge
así, para escoger el nivel que ingresa en el canal I tenemos el indicativo del
primer bit y para escoger el nivel que ingresa al canal Q el segundo bit, en
polaridad los OL representarán una polaridad negativa y los IL representarán
una polaridad positiva de la magnitud escogida anteriormente12.
bits:
Ahora se analiza lo que sucede con cada una de las combinaciones de
Si se tiene el par de bits 00, le corresponderá; a la entrada del canal I = -0.2V y
a la entrada del canal Q = -0.2V entonces a la salida del sumador se tiene:
-0.2*senact-0.2*coscflct
Para el segundo nivel 01 le corresponderá a la entrada del canal I = +0.2V y a
la entrada del canal Q = -0.2V, entonces a la salida del sumador se tiene:
+0.2*sencDct - 0.2*coscoct
' Tomasi, Introducción a los Sistema de Comunicaciones, páginas 466-480
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Para el tercer nivel 10 le corresponderá a la entrada del canal I = -0.2V y a la
entrada del canal Q = +0.2V, entonces a la salida del sumador se tiene;
-0.2*sencoct + 0.2*coscoct
Para el cuarto nivel 11 le corresponderá a la entrada del canal I = +0.2V y a la
entrada del canal Q = +0.2V, entonces a la salida del sumador se tiene:
Resumiendo en la tabla 2,1 se tiene que el bit menos significativo (bit de
la derecha) de la palabra código (dibit) controlará al canal I y el bit más
significativo al canal Q, en nuestro diseño.
SEÑALES
LÓGICAS
0 .
0
, 1
1
0
10
1
I(V)
-0.2
+0.2
-0.2
+0.2
Q(V)
-0.2
-0.2
+0.2
+0.2
Tabla 2.1
Codificación de la señal digital binaría
Grafícando los valores que salen del sumador en el diagrama de
constelación (figura 2,2) se tienen puntos que representan la distribución de
fase contenida en la onda resultante. En el diagrama de constelación los
valores correspondientes a senoDct se ponen sobre el eje X o como se
mencionó anteriormente lo llamaremos eje in-phse, I, y los valores
correspondientes al coscoct sobre el eje Y o en cuadratura Q. El diagrama de
constelación muestra los componentes de magnitud y fase de una onda
sinusoidal.
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Del diagrama de constelación se tiene;
NIVEL j MAGNITUD | FASE
00
01
10
11
0.388
0.388
0.388
0.388
-135°
-45°
+135°
+45°
Tabla 2.2
Como se puede observar en la tabla 2.2 se tienen cuatro estados
representados en el diagrama de constelación por el ángulo 0, cada cambio de
fase de 90° se dará con la variación de nivel y permitirá variaciones de 45° para
que conserve estabilidad de fase en el modulador, además se logró la
característica de un modulador Q-PSK que es la magnitud constante de la
señal modulada resultante,
2.2.2 MODULADOR 8-QAM
Como se mencionó en el capítulo I para un modulador 8-QAM se tiene
variaciones de fase y amplitud de una portadora en correspondencia con el
cambio de tres bits que conforman los 8 estados siguientes: 000, 001, 010,
011, 100, 101, 110, 111 con este tipo de modulación se pretende tener dos
niveles de amplitud y 4 cambios de fase en total para todas las combinaciones
binarias por lo que se necesita diseñar un circuito que nos permita tener el
control de los canales I y Q con los tres bits de entrada de tal manera de
alcanzar los resultados deseados.
La figura 2.3 nos muestra la distribución de estados en el diagrama de
constelación para una señal de modulación 8-QAM que necesita 4 niveles de
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señal y la correspondencia en dígitos que se da ahora como se dio en la
modulación Q-PSK.
101
100
000
001
Q
111
110
010
Olí
Figura 2.3
Diagrama de constelación de la modulación 8-QAM
Para 8-QAM como ya se menciono se necesitan tres bits (A, B, C) para
obtener el cambio de fase por lo que como se puede observar se tiene el bit A
que nos dará la polaridad en el eje Q y el bit B que nos da la polaridad para el
eje I, el bit menos significativo nos dará la magnitud tanto en el eje I como en el
eje Q como se planteó anteriormente.
El circuito de control funcionará con una lógica tal que nos permitirá el
manejo de la señal de salida con los tres bits A, B, C de entrada. El bit C nos
dará la magnitud del nivel que ingrese tanto al canal I como al canal Q, ahora
escogeremos la magnitud del nivel correspondiente para 1|_ y para 0L, la
magnitud se escoge según la necesidad de reducir la probabilidad de error en
el demodulador (para realizar la comunicación entre los dos dispositivos) con
valores dentro del rango de trabajo del dispositivo modulador I&Q, que sería
con ayuda de lo expuesto en una de las secciones del capítulo I sobre el
-44-
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umbral de decisión, si se escoge un valor de A=0.4 igual que en la sección
anterior, para nuestro requerimiento de 4 niveles según la Tabla 1.2 se tiene:
Tabla 2.3
El bit B nos da la polaridad del nivel que ingresa al canal I. negativa para
OL y positiva para 1L) y el bit A nos da la polaridad del nivel que ingresa al canal
Q como se ve en la tabla 2.4.
ENTRADA BINARIA j
A
0
0
0
0
1111
B
0
0
1
1
0
0
11
c0
10
10
10
1
I(V)
-0.067
-0.2
0.067
0.2
-0.067
-0.2
0.067
0.2
Q(V)
-0.067
-0,2
-0.067
-0.2
0.067
0.2
0.067
0.2
Tabla 2.4
A la salida del sumador se tienen las siguientes señales resultantes;
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ENTRADABINA'RIA j
A
0'.
;o0,.
0
1
1 '
T-,1 '
•
B
0
0
1
1
0
0
11
*c
; o1
;o. 1.; o
;í\.0
1
SALIDA DEL SUMADOR
-0.067sencoct-0.067coscoct
-0.2*sena)ct - 0.2*coscoct
0.067*seno3ct - 0.067*coscoct
0.2*senroct - 0.2*coscoct
-0.067*senoct + 0.067*coscoct
-0.2*sencoct + 0.2*coso)ct
0.067*seno)ct + 0.067*cosQct
0.2*sencoct + 0.2*coscoct
Tabla 2.5
El resumen de la magnitud y fase resultante se muestran en la tabla2.6.
ENTRADA BINARIA : j AMPLITUD
A
°:0
- 0;
. 0
^111
B
0
0
1
1
0
0
11
có10
10
10
1
(Voltios)
0.113
0.283
0.113
0.283
0.113
0.283
0.113
0.283
FASE
-135°
-135°
-45°
-45°
135°
135°
45°
45°
Tabla 4.6
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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2.3 EQUIPO MODULADOR I/Q
2.3.1 ESQUEMA GENERAL DEL EQUIPO MODULADOR
Del análisis hecho en la sección anterior utilizando canales I y Q para
tener una señal en cuadratura se puede ver que con el dispositivo modulador
I&Q ZAMIQ-895M podemos realizar un equipo tal que nos permita modular en
QPSK, 8- PSK y 8-QAM se puede extender el razonamiento a niveles mayores
pero en la práctica este no es el caso ,para ordenes altos de QAM Y PSK la
separación entre estados de fase llegan a ser pequeños y la susceptibilidad al
ruido es grande, de manera general un modulador se puede implementar como
se muestra en la figura 2.4, el principal componente de un modulador digital es
el desfasador de 90° el cual divide a la portadora en dos partes iguales
(refiriéndonos a la potencia) las cuales están 90° fuera de fase la señal digital
ingresa a un bloque encargado de tomar los datos de manera serial,
agrupándolos en símbolos, según el tipo de modulador por niveles que se
desee, este bloque produce dos salidas que se conectan a las entradas I&Q de
amplitud y polaridad correspondiente al grupo de bits de entrada y que
corresponderán a cada símbolo, las señales I y Q son luego mezcladas en los
puertos I y Q correspondientes los cuales generan salidas que están en
cuadratura, estas salidas son sumadas y la salida resultante es una señal
modulada.
Convertidor serieparalelo
01001101Entrada digital
Señal modulada
Figura 2.4
Diagrama de un modulador utilizando un dispositivo modulador I&Q
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2.3.2 REQUERIMIENTOS
Como se menciona en la sección anterior y según las características
técnicas del dispositivo modulador I&Q se puede ¡mplementar moduladores en
niveles de PSK y QAM ya que el dispositivo modulador I&Q (ZAMIQ-895M)
tiene la característica de poseer una zona lineal de trabajo para los niveles de
ingreso a los canales I&Q lo que nos permitirá variar la fase y amplitud de la
señal modulada.
. En general los datos a modular se obtienen de dos maneras una es de
manera local por medio de un teclado y un display, y la segunda por medio de
un computador (la interfaz entre el computador y el equipo modulador es parte
del proyecto) ambas opciones son manejadas por un módulo principal
encargado de realizar la comunicación entre las fuentes de los datos y el
dispositivo modulador, un segundo módulo llamado convertidor de niveles que
con la ayuda del módulo principal se encarga de convertir los datos que se
reciben a los niveles correspondientes señalados anteriormente para
procesarlos como se indica en la sección anterior.
El diagrama de bloques de la figura 2.5 presenta los elementos que
conforman el equipo completo que permite tener una señal RF de salida
modulada en QPSK y 8-QAM en prácticas del laboratorio de Líneas de
Transmisión que pueden ser realizadas por los estudiantes de niveles
superiores con los beneficios y limitaciones que son presentadas en este
trabajo.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 48 -
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PC
Convertidorde niveles
Teclado yDisplay
Figura 2.5
Diagrama de bloques del equipo modulador completo
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CAPITULO IIIREQUERIMIENTO DE HARDWARE Y
SOFTWARE PARA LA IMPLEMENTACIONDEL EQUIPO MODULADOR
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3.1 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE DEL EQUIPO MODULADOR
3.1.1 DISPOSITIVO MODULADOR I&Q (ZAMIQ-895M)
El modelo del modulador es ZAMIQ - 895M que se muestra en la imagen
3.1 está especificado para trabajar con frecuencias de portadora comprendidas
entre 868 y 895 Mhz13 con una potencia de operación en LO de 10 +/-1dBm y
una potencia máxima en el puerto LO de 50mW. Un dispositivo modulador I&Q
provee amplitud de la señal de salida modulada variable trabajando en el rango
de operación lineal.
Imagen 3.1
Dispositivo Modulador I&Q
Este modulador posee cuatro puertos con conectores SMA hembras,
tres de entrada y uno de salida, los puertos de RF tienen una ¡mpedancia
característica de 50Q, el puerto de entrada LO es utilizado para el ingreso de la
señal generada por el VCO, otros puertos de entrada son los puertos I y Q en
donde se introducirá la señal codificada en banda base, el puerto de salida RF
es el puerto de donde se toma la señal ya modulada.
13 Hojas de especificaciones técnicas del dispositivo modulado I&Q, Anexo A-l.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 51 -
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3.1.2 MODULO PRINCIPAL
El módulo principal es la tarjeta de control encargada de realizar la
comunicación serial entre el computador y el equipo modulador por medio de
una interfaz RS-232/TTL que se desarrolla también como parte del proyecto,
este módulo también toma los datos de un teclado y además por medio del
teclado se maneja el orden de presentación de las acciones que realiza el
equipo, con la ayuda de un display se hace la presentación visual de las
acciones que puede realizar el equipo y se muestran las distintas opciones
como una guía de manejo del equipo, además se puede visualizar los datos a
ser modulados que se envían por el teclado.
El módulo principal de control es de diseño común para los demás
equipos del proyecto y tiene como componente principal un microprocesador
8031 de la familia INTEL 51 versión sin ROM14, el microcontrolador es de
tecnología HMOS, 128 bytes de memoria RAM interna, dos temporizadores de
16 bits, es necesario usar una memoria de programa externa de 8 Kbytes del
tipo EPROM (2764), y una memoria RAM externa de 8 Kbytes (6164).
Imagen 3.2
Módulo Principal
14 José González, Introducción a los Microcontroladores.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -52-
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Puesto que el límite máximo para el funcionamiento del microcontrolador
es de 20 Mhz, se escoge un cristal de 12 Mhz que es un valor estándar para
aplicaciones de comunicación y que permitirá alcanzar velocidades de
transmisión altas para el caso de implementar un sistema de comunicación.
La memoria EPROM a usarse es una 2764 de 8 kbytes (8k * 8), en
consecuencia posee 13 líneas de direcciones. El microcontrolador puede
direcciones hasta 65536 localidades de memoria (64kbytes).
Puesto que la memoria externa es de solo SKbytes solo existen 12
líneas de entrada por lo tanto las direcciones válidas de memoria externa van
desde OOOOH hasta OFFFH, en este dispositivo se asigna a RAM externa las
direcciones desde OOOOH hasta 7FFFH y para direcciones los periféricos
externos se utiliza las direcciones 8FFFH hasta FFFFH direcciones que serán
ocupadas para direccionar un PAL (Arreglo Lógico Programable) que es parte
del módulo del Display y teclado que también es general para el proyecto.
La función del módulo principal es tomar los dígitos binarios tanto del PC
como del teclado que llamaremos modulación de manera local, los datos del
teclado ingresan a memoria externa en donde únicamente se les coloca una
bandera de inicio y de fin (7EH), para luego dirigirlos a los 4 pines más bajos
del pórtico 1 (P1) con un orden que depende de la modulación de niveles que
escojamos.
Los datos para la modulación remota serán de igual manera ubicados en
memoria RAM externa en las mismas condiciones que los datos que
ingresamos por teclado es decir con una bandera de inicio y fin15.
15 Tomado de la Tesis Amplificador de Frecuencia Intermedia con Control Automático Digital.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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Microcontrolador8031
Bus dedireccionesAO... Al 5
Interfaz. decomunicación
serial TTL/RS232
bOO
O-o
BusDatos
de
ogo
Bus deDatos
Puerto P1 Conectormacho de 40pines
Figura 3.1
Diagrama de bloques de la composición del módulo principal
3.1.3 MODULO DEL DISPLAY Y TECLADO.
Cómo se menciona en la sección anterior los bits menos significativos
del bus de direcciones son utilizados para direccionar la memoria RAM externa
y los bits más significativos para direccionar periféricos del microcontrolador,
los mismos que serán tratados como localidades de memoria RAM externa,
estos periféricos son el teclado para ingreso de datos y el display para
visualización de los mismos y para la presentación del manejo del equipo.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -54-
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Imagen 3.3Display y Teclado
El display es un elemento de escritura mientras que el teclado es un
periférico de lectura para el microcontrolador.
Una tarjeta adicional será la que maneje a estos perifér¡cos16como se
mencionó es el módulo del Display y Teclado.
Figura 3.4
Módulo de Display y Teclado
16 Tesis Amplificador de Frecuencia Intermedia con Control Digital.
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3.1.4 FUENTE
Para polarizar los distintos módulos se utiliza una fuente, la misma que
nos proporciona los siguientes niveles de voltaje; GND, -5V.+5V.
Con una alimentación de 110 Vac y soporta una corriente máxima de 3A.
Imagen 3.5
Fuente
3.1.5 MODULO CONVERTIDOR DE NIVELES
La función del convertidor de niveles es tomar los datos digitales
binarios del módulo principal desde los 4 pines más bajos del pórtico 1 (P1.0,
P1.1, P1.2, P1.3) procesarlos y tener a la salida de este módulo los niveles
convenientes exigidos por el dispositivo modulador I&Q para la modulación de
la señal digital. El convertidor de niveles es el encargado de dar los niveles
eléctricos adecuados de tal manera que el dispositivo modulador ZAMIQ-895M
trabaje dentro de la región lineal y proporcione los cambios de fase deseados
según el diseño para el modulador Q-PSK, y el cambio de amplitud y fase
según los niveles de la señal de entrada para el modulador de tipo 8-QAM que
se va a implementar, además el módulo es diseñado con las protecciones
necesarias para evitar daños en el dispositivo modulador.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q 56-
EPN
3.1.5.1 FUENTE DE NIVEL
Los niveles de voltaje deseados según el diseño se obtienen de cuatro
fuentes, estos niveles son escogidos de tal manera que el modulador I&Q
trabaje dentro de la región lineal. Para tener niveles fijos de voltaje se usa una
fuente ideal de voltaje hecha con un amplificador operacional LM 324 el mismo
que a la vez presenta como características principales una alta impedancia de
entrada y baja impedancia de salida, la fuente esencialmente se hace con una
configuración de seguidor unitario que proporciona una ganancia de 1 sin
inversión de polaridad como se muestra en la figura 3.2.
Con ayuda de la fuente descrita en la sección anterior que proporciona
los voltajes ya especificados mediante un divisor de voltaje se obtienen niveles
de voltaje de Ivoltio para el nivel de mayor amplitud y para el nivel de menor
amplitud 0.33 voltios, si se tomaran los valores pequeños de voltaje la señal
puede mezclarse con ruido y hacer imposible la detección en el demodulador
en el caso de una conexión, el ajuste a los valores deseados se hace con un
potenciómetro de precisión.
Figura 3.2
Fuente generadora de niveles
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El voltaje V1 es +1-5 voltios dependiendo de la polaridad del nivel que
escojamos, para poder tener las magnitudes de los dos niveles deseados los
valores de los elementos utilizados se calculan para cada uno de los casos.
Se necesitan cuatro fuentes para proporcionar +/-1 Voltio y +/-
0.33Voltios:
Para que V2 tenga una magnitud igual a 1 Voltio y para tener niveles de
corriente razonables escogemos el valor fijo de R2 y R1 de tal manera que nos
dé un voltaje aproximado al valor que deseamos en el divisor de voltaje de
manera que con el potenciómetro podamos hacer fino el cambio al voltaje
exacto que necesitamos, entonces;
R2 = 220 Q
R1 = 560 Q
Si V2 queremos que sea igual a 0.33V, entonces:
R2= 100 Q
P = 500 Q
El potenciómetro de precisión sirve para fijar V2 exactamente a los
valores deseados ya que el modulador necesita a sus entrada valores
exactamente iguales a los calculados ya que su trabajo en la región lineal se da
con valores bajos de voltaje y un cambio significativo de voltaje variará de igual
manera la fase o amplitud en la señal de salida modulada.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 58 -
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3.1.5.2 SELECCIÓN DE NIVELES
El microncotrolador mediante el pórtico 1 es el encargado de manejar un
par de multiplexores analógicos. Los pines del pórtico 1 van conectados a la
entrada de selección de los multiplexores los mismos que determinan el
enrutamiento del nivel deseado proporcionado por la fuente (voltaje V2) el que
es conmutado hacia la salida como se indica en la figura 3.3. Como el alcance
de nuestro circuito es poder realizar una modulación de niveles superiores se
escogió esta configuración.
El multiplexor que se escogió es un circuito integrado CD4052 de
tecnología CMOS que pasará señales polares y es útil para aplicaciones
analógicas y digitales.
V2.1V2.2V2.3V3.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
-5V
•¡•5V
a
1_
r-l
12141511
^ •}^j 5p, 2^
4
109
6__
716
I
XO XX1X2 YX3
YOY1Y2Y3
A
INH
VGE
CD4052
13
3 r
12141511
n__1_r-, 5
r-T 2~r-t__4_
109
D 6_
716
Q
X1X2 YX3
YOY1
Y3
INH
CD4052
13
3 3
Figura 3.3
Circuito de selección de niveles
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -59-
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Es necesario hacer un análisis de la ubicación de cada una de las cuatro
fuentes en cada uno de los multiplexores para que con cada combinación de
dígitos binarios provenientes del microcontrolador en la entrada enrute el nivel
deseado, así nos ayudaremos con la tabla 3.3 de control del multiplexor y
además se hace un análisis para cada una de las formas de modulación que
vamos a ¡mplementar para no tener que manipular el hardware y hacer los
cambios necesarios para cambiar la forma de modular únicamente por
software, el análisis se hace para un solo canal de salida es decir en este caso
solo para el canal I ya que el proceso para la selección del nivel es igual para el
otro canal, el análisis se hace tomando dos bits ubicados en los ejes en el
diagrama de constelación uno que nos da la polaridad y otro la magnitud.
01 00
Q
10
10 1100
01
Figura 3.4
Ubicación de los valores elegidos en el diagrama de constelación
QPSK
' 1 *
X
X V
Tabla 3.1
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -60-
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Para este caso se tiene:
X=0 ; la magnitud de V=0.33V
X=1 ; la magnitud deV=1V
8-QAM
Para 8-QAM se necesitan 4 niveles y en correspondencia con lo
dicho en secciones anteriores se escoge los valores.
Tabla 3.2
Como se puede ver se tiene una distribución uniforme. Observando las
tablas 3.2 y 3.3 hay una correspondencia con la ubicación de las señales de
control del multiplexor y los voltajes que se necesitan, por lo que se-muestra el
resultado en la tabla 3.4.
ESTADOS DE
ENTRADA
B
0
0
1
1
A
0
1
0
1
CANALES ENCENDIDOS
X
ox1X
2X
3X
Y
OY
1Y
2Y
3Y
Tabla 3.3Lógica de funcionamiento del multiplexor
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ESTADOS DE
ENTRADA
B
0
0
1
1
A
0
1
0
1
CANALES ENCENDIDOS
X
OX=V2.1
1X=V2.1
2X=V2,3
3X=V2.4
V
-0.33
-1
+0,33
+1
Tabla 3.4Ubicación de las fuentes en las correspondientes entradas del multiplexor
3.1.5.3 ACOPLAMIENTO
La señal de salida del multiplexor que nos proporciona los niveles
necesarios para la modulación (salida I figura 3.3) como ya se dijo proviene de
un elemento de tecnología CMOS por lo que es necesario proveer a la salida
de un elemento que permita manejar niveles de corriente correspondientes al
funcionamiento del dispositivo modulador que están en el orden de unos pocos
mA, un seguidor unitario hecho con e circuito integrado LM324 es el encargado
de realizar esta tarea y además mantendrá constante el nivel de voltaje que
entregue el multiplexor. Una de las características que se necesita del
amplificador operacional que se utiliza en el seguidor unitario es que tenga un
adecuado ancho de banda para transmitir la señal de manera que los pulsos de
señal contengan la información necesaria para que en la detección no se
produzcan errores (para realizar una comunicación con el demodulador), por lo
dicho anteriormente el C.l LM324 es muy adecuado ya que permite manejar
una corriente de 4mA con un ancho de banda de 4 MHz y que requiere de un
máximo de 1QnA a su. entrada que serán proporcionados por el elemento de
tecnología CMOS. EL circuito descrito en esta sección se muestra en la figura
3.6.
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D1 D2BMC
Figura 3.6
Circuito de acoplamiento
3.1.5.4 PROTECCIONES
Según el anexo A-2 los niveles de voltaje que permiten trabajar al
modulador en la región lineal están en el rango comprendido entre -0.35V y
+0.35V y los rangos de voltaje l/Q de salida que se tienen en el último circuito
de la figura 3.3 son superiores por lo que se necesita bajar estos voltajes.
Es indispensable limitar la corriente que debe ingresar al modulador con
una resistencia fija colocada en serie con el modulador esta resistencia según
las pruebas presentadas en el anexo A-2 es de 270O, esta resistencia también
nos permite tener un divisor de voltaje para obtener en la entrada del
modulador el voltaje deseado, también éste análisis se hace en el anexo A-1 de
pruebas sobre el dispositivo modulador.
Para proteger al modulador se usa un circuito limitador de voltaje con
dos diodos de germanio ubicados como se muestra en la figura 3.4 para limitar
el voltaje y evitar que un voltaje mayor del que hace trabajar al modulador en la
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -63-
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región lineal se pueda presentar por la saturación de cualquiera de los
amplificadores operacionales que se utilizan lo que nos llevaría a tener voltajes
de+5Vy~5V.
3.1.6 VCO
El oscilador ZOS-1025 también adquirido como parte del equipo nos
proporcionara una frecuencia de portadora comprendida entre 685 y 1025 Mhz
según el voltaje de control que se le aplique, la frecuencia que se escoge es
890Mhz para la cual se tiene una correspondencia de potencia para esa
frecuencia de 9 dBm aproximadamente, correspondiéndole un voltaje de
control de 9.5V17.
Imagen 3.6VCO modelo ZOS-1025
El VCO mostrado en la imagen 3.6 se polariza con 12V en el puerto
marcado como GND +12V, este puerto soportará una corriente máxima de 140
mA como máximo, además posee dos puertos de salida: el principal que a la
frecuencia de 890 Mhz proporciona una ganancia de 9dBm y el puerto auxiliar
que proporciona aproximadamente -13.5 dBm, además el puerto que
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -64-
proporciona el voltaje de control necesita de un potenciómetro para adoptar el
voltaje deseado. Cabe señalar que la impedancia de acoplamiento para RF es
de 50Q al igual que el resto de dispositivos requeridos para este proyecto.
3.1.7 PRESENTACIÓN DEL EQUIPO
Después de la descripción de cada una de las partes que conforman el
equipo ahora podemos presentar tanto la imagen del módulo convertidor de
niveles parte fundamental del desarrollo de este tema, imagen 3.6 como el
diagrama esquemático del circuito diseñado gráfica 3.7.
Imagen 3.6
Módulo convertido de niveles
' Especificaciones técnicas del dispositivo se encuentran en el anexo A-3.
•65-
EPN
Figura 3.7
Diagrama esquemático del módulo convertidor de niveles
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Imagen 3.7
Equipo modulador de señales digitales
A la izquierda de la imagen 3.7 se puede apreciar el módulo convertidor
de niveles y a la derecha se tienen el módulo principal y el módulo de manejo
de display y teclado en un módulo único que evitará la manipulación de las
tarjetas por separado, a este conjunto lo llamaremos módulo principal de
trabajo. La figura 3.8 muestra el diagrama de bloques de la conexión del
módulo principal de trabajo.
MODULO PRINCIPAL DE TRABAJO
MODULOPRINCIPAL
MODULOCONVERTIDODE NIVELES
MODULO DEDISPLAY YTECLADO
Figura 3.8
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3.2 SOFTWARE
3.2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA PRINCIPAL
El programa principal esta desarrollado para manejar el equipo
modulador de una manera muy didáctica, las distintas presentaciones que se
muestran en el display ayudaran al estudiante en el manejo del equipo, lo que
se hace en el manejo del modulador de manera local es tomar del buffer del
teclado los datos que se encuentran en forma hexadecimal para luego
convertirlos en un código ASCII en la subrutina EXTO_SERVICE, mediante
comparaciones se van escogiendo las subrutinas residentes para presentar la
correspondiente pantalla en el display. El programa requiere de localidades de
memoria para almacenar datos, asignar variables y manejar subrutinas,
también es necesario especificar la existencia de banderas que indican valores
en la atención de interrupciones del programa. Estas localidades se muestran
en la tabla 3.5.
ETIQUETA
SERIAL
TIP_MOD
Vtx
DATO
VELOL
VELOH
POSITION
BUFTCL1
BUFTCL
FLAGJVIODFLAG REC
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26H.O
20H.O
FLAG_MODEM
TEC_FLAG
Bandera de seteo de
Bandera del teclado
parámetros
Tabla 3.5
Presentación delequipo
Modo
Local =0Remoto=1
odo remoSeteo deara metro
Aplicaciones0=Pruebas1=QPSK=8-QA
Recoge losdatos de RAMexterna losmodula
Figura 3.9
Diagrama de flujo del programa principal
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3.2.2 MODO REMOTO
Al escoger el modo remoto el teclado que se utiliza para la modulación
en modo local queda anulado completamente pero se tiene la opción de
regresar a la primera pantalla, una vez seteados los parámetros el proceso de
modulación de manera remota debe realizarse completamente.
Para acceder al modo remoto se activa la interrupción serial lo que nos
permite atender una subrutina ubicada en la dirección ODOOH, esta subrutina es
preparada como parte del proyecto en el desarrollo del interfaz, una vez que se
atiende la subrutina con la ayuda de banderas asignadas para este propósito
se puede realizar la modulación.
Cuando ya se han seteado los parámetros es decir la velocidad de
transmisión y el tipo de modulación que se va a realizar se activa la bandera
26H.O FLAG_MODEM, una vez seteados los parámetros se puede enviar el
archivo de datos que se escribe en memoria externa desde la localidad 0020H
con una bandera de inicio y fin asignada a la 7EH, cuando los datos se han
escrito en la memoria externa se setea la bandera 26H.1 FLAGJREC, de igual
manera para empezar a modular se setea otra bandera que es la 26H.2.
3.2.3 MODO LOCAL
3.2.3.1 PRUEBAS
Estas pruebas se realizan con el objeto de comprobar el buen
funcionamiento del dispositivo modulador I&Q.
Se presentan 6 pruebas que se muestran en la pantalla del display, se
escogen con el teclado cada una de las opciones presentadas, estas opciones
son las siguientes:
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Opción O 0Lpara la entrada del cana! I y 0L para la entrada del canal Q.
Opción 1 0L para la entrada del canal I y 1L para la entrada del canal Q.
Opción 2 1Lpara la entrada del canal I y Ou para la entrada del canal Q.
Opción 3 Envía una señal con los cuatro estados para cuatro cambios de
fase tipo serie.
Opción 4 Permite el envío de tres caracteres repetidamente en código
ASCII para ser modulados en 8-QAM.
Opción 5 Permite el envío de un carácter repetidamente en código ASCII
para ser modulado en Q-PSK
Las opciones de la O a la 2 se realizan automáticamente fijando al P1.1
correspondiente al cana Q y al P1.3 correspondiente al canal I los niveles para
cada caso. En P1.0 y en P1.2 se pone el valor correspondiente al 1 Lógico para
fijar el valor de voltaje a la salida del módulo convertidor de niveles en 1V.
La opción 3 genera una secuencia de ocho bits 00110011 para el canal I
y una secuencia de 8 bits 01010101 para el canal Q. Con esta opción se tiene la
posibilidad de escoger la velocidad de transmisión con la correspondiente
subrutina.
En la opción 4 se escoge primero la velocidad de transmisión de entre
todos los valores en bits por segundo (bps), en esta opción se hace uso del
teclado para escoger tres caracteres numéricos para que en forma de
secuencia se modulen en 8-QAM y poder observar en el osciloscopio.
En la opción 5 se procede de manera similar que en la opción anterior
escogiendo primero la velocidad de transmisión de entre los siete valores que
se presentan en bits por segundo (bps), en esta opción se hace uso del teclado
para escoger una tecla para que en forma de secuencia se module en QPSK y
poder observar en el osciloscopio.
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Aplicaciones
Presenta a la salidadel P1 los datosseleccionados
Figura 3.10
Diagrama de flujo de prueba
3.2.3.2 MANEJO DEL MODULADOR QPSK Y 8-QAM
El equipo permite al estudiante tener la opción de escribir y visualizar los
datos que desea enviar en el display, además en esta misma pantalla se tiene
la opción de cancelar el envío y regresar a la pantalla anterior. Si los datos han
sido escritos correctamente y se desea modular los datos se presiona la tecla
ENTER que indica la acción. Para modular los datos se realiza la siguiente
operación y lo que se hace es mientras los datos se van escribiendo en el
display también se van guardando en memoria RAM externa en la primera
localidad de memoria de datos asignada que es la 0020H, en esta localidad el
primer carácter que se pone es la bandera de inicio para tener conexión con el
demodulador y tener un control de la extensión del texto, esta bandera también
se utiliza en la transmisión remota para saber la extensión del archivo que se
recibe en el equipo la bandera es la 7EH, luego de la bandera van los datos y
cuando se termina de escribir los datos se pone la misma bandera par indicar
-72-
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que se ha terminado de escribir los datos y entonces se puede enviar a
modular toda la información, luego de que se han escrito los datos en memoria
externa del programa se envían los datos según la opción de modulación que
se escoja, según la estructura del equipo se necesitan cuatro bits ubicados en
el pórtico 1 para controlar los multiplexores que proporcionan la salida de los
niveles deseados.
MODULACIÓN QPSK
Según la lógica expuesta en la tabla 3.3 del multiplexor y la tabla de
resumen del diseño QPSK tabla 3.1 el primer bit de la derecha va al pin P1.3
para ir al canal I, el bit siguiente correspondiente al canal Q va al pin P1.1 y en
los pines P1.0 y P1.2 un 1 lógico para fijar el nivel de voltaje en 1 Voltio a la
salida del modulo convertidor de niveles todo esto se hace por software ya que
las conexiones están ya fijadas.
ELIJA lVELOCIDAD Vtx
ELIJA LAELUCIDAD Vt
4 = 2400 5 = 48006 = 9600
Se almacenanlos datos a
Modula lasteclas
presionadas
Figura 3.11
Diagrama de flujo para el modulador QPSK
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MODULADOR 8-QAM
Tomando en cuenta las tablas 2.5, 3.3 y 3.4 podemos mostrar la
configuración en el puerto P1 como se muestra en la figura 3.3 en donde al pin
P1.0 se pone el primer bit de la derecha de la serie, bit C del canal Q al igual
que en el pin P1.2 bit C del canal I el siguiente pin P1.1 será el que determine
la salida para el canal Q y el tercer bit será el que controle la salida para el
canal I por el pin P1.3.
Elija Vtx bps4= 2400 5= 4800
6 = 9600
Se almacenanlos datos a
modular
Modula lasteclas
presionadas
Figura 3.12
Diagrama de flujo para el modulador 8-QAM
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3.2.4 DESCRIPCIÓN DE LAS SUBRUTINAS GENERALES
CLEAR DSP (BORRADO DEL D1SPLAY)
Esta subrutina permite borrar el display y posicionar el cursor en el punto
inicial, primer carácter de la primera línea.
SHOWJTEXT
Presentación de mensajes en Display y el Mensaje se lo recoge de la
memoria ROM. Esta subrutina despliega un mensaje a partir de la tabla de
mensajes con sus respectivas etiquetas. Borra todo el display e inicia desde la
posición inicial. Los mensajes se deben terminar con / * para salir de la
subrutina.
DELAY
Espera del display. Esta subrutina permite realizar una espera para que
se ejecuten las operaciones internas del display. Los valores de los contadores
deben ser ingresados en los registros R6 y R7 y deben estar de acuerdo a los
valores del reloj del microprocesador y de los tiempos sugeridos por el
fabricante del display.
1NSERTJ.OC
Esta subrutina es para posicionar el cursor y escribir un carácter, el
carácter al ser desplegado debe guardarse en la el registro R6 y la posición en
el display en el registro R7. Cada subrutina debe llamarse por separado.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 75 -
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INSERTJ3HAR
Escritura del carácter en al posición actual del display, el carácter debe
ser previamente almacenado en la localidad R6.
POS_MESS
Subrutina que escribe mensajes a partir de determinada localidad. La
dirección de la localidad que va a recibir el mensaje debe estar guardada en al
localidad denominada POSITION y en el DPTR la localidad ROM del inicio del
mensaje.
ESPERÁIS
Esta subrutina permite hacer esperas de aproximadamente un segundo
en las presentaciones de pantallas del display.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 76 -
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CAPITULO IVINSTRUCCIONES DE FUNCIONAMIENTO
PRUEBAS SOBRE EL EQUIPO
PRACTICA DE LABORATORIO
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4.1 FUNCIONAMIENTO
4.1.1 MODULO PRINCIPAL DE TRABAJO
Imagen 4.1
Módulo principal de trabajo
El manejo de este equipo es muy sencillo sin embargo una de las
precauciones más importantes que debemos tomar es ubicar correctamente los
conectores de alimentación en el sentido que se indica en la caja de protección
de los módulos (módulo principal y módulo de display y teclado).
El programa principal esta desarrollado para manejar el equipo
modulador de una manera muy didáctica, las distintas presentaciones que se
muestran en el display ayudan al estudiante en el manejo del equipo. Cada una
de las pantallas indica las teclas que se utilizan para el control, las teclas que
no se utilizan sirven para escribirías como datos para ser modulados, las teclas
de la segunda función no están activadas.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -78 -
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La tecla ||¡|| realiza la acción indicada en la presentación, la tecla que
borra toda la pantalla es jji|||, la tecla que indica que se puede anular la acción
presentada en la pantalla y regresar a la pantalla anterior es l g, la tecla que
indica que hay una siguiente pantalla es |j[|j En la tabla 4.1 se indican las
teclas disponibles, los respectivos códigos ASCII que son los que se modulan y
se presenta en el display.
NOMBRE DE
LATEÓLA
ASCII
O
1
2
3
4
5
6
7
8
9
CLEAR
HELP
ENTER
ND
Tabla 4.1
Código ASCII de las teclas utilizadas
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4.1.2 MANEJO DE PANTALLAS
A continuación revisaremos la secuencia de pantallas para el manejo del
equipo. La pantalla principal hace la presentación del proyecto y se muestra
durante tres segundos luego de este tiempo se pasa a la siguiente pantalla.
Figura 4.1Presentación del proyecto
En la siguiente pantalla se escoge la fuente de datos, si se escoge la
manera local la fuente es el teclado (opción 0) y si escogemos la manera
remota la fuente de donde tendremos los datos es el computador, con la opción
remota se anula completamente el teclado.
Figura 4.2
Pantalla para escoger la fuente de datos
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -80-
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En el modo loca! se pueden escoger entre tres aplicaciones.
PRUEBAS: opción O, nos permite enviar valores fijos de información
para comprobar el buen funcionamiento del dispositivo modulador i&Q antes de
enviar secuencias de datos.
QPSK: opción 1, indica que se va realizar la modulación QPSK enviando
datos por teclado.
8-QAM: opción 2, indica que el tipo de modulación para los datos que se
envían por el teclado es 8-QAM.
Figura 4.3Serie de pantallas de presentación de aplicaciones
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -81-
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ESTA ENVIANDOCANALIZOCANALQ = 6
ELIJA LA Vtxbps0 = 150 1=3002=600 3 = 1200MOD. LOCAL V'-.-:
ESTA ENVIANDOCAÑAL i = 00110011CANAL Q = 01010101
Figura 4.4Serie de pantallas de presentación de pruebas
La pantalla de velocidad de transmisión tiene la opción de avance de
pantalla en la cual están el resto de valores de velocidad para escoger.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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Figura 4.5Serie de pantallas de presentación de las pruebas 4 y 5
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -83-
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ELIJA LA Vtxbps
MOD, LÓCÁlí
ELIJA LA Vtxbps4 = 2400 5 = 48006 = 9600MOD. LOCAL <-
Figura 4.6
Serie de pantallas de presentación de la modulación QPSK
Para la modulación QPSK y 8-QAM primero se escoge la velocidad a la
que se desea transmitir para luego escribir en el display los datos desde el
teclado, para esto se ocupan las dos líneas centrales del display las mismas
que se van borrando conforme se ingresan los caracteres que se van a
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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modular, a medida que se va escribiendo en el display se van guardando los
datos en memoria RAM externa con una capacidad de 8 Kbytes.
f
ELIJA LA Vtxbps0 = 150 1=3002 = 600 3 = 1200MOD. LOCAL '
MOD. LOCAL 8-QAM
ENTER CLEAR <~
MODULACIONCONCLUIDA
ELIJA LA Vtxbps4 = 2400 5 = 48006 = 9600MOD. LOCAL *
Figura 4.7
Serie de pantallas de presentación de la modulación 8-QAM
Si se escoge la manera de modular remota (opción 1) podemos retornar
únicamente en la primera pantalla de presentación para volver a escoger la
manera de modular, si se setean los parámetros desde el PC como se pide en
la primera pantalla se debe terminar con el proceso de modulación de manera
DISEÑO E BVÍPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -85-
EPN
remota ya que se anula completamente el teclado y la única fuente de datos es
el computador.
TRANS. REMOTA iSETEE PARÁMETROS i
DESDE EL PC 1
TRANS. REMOTADATOS RECIBIDOS
DESDE EL PC
IMODULACIÓNCONCLUIDA
Figura 4.8Serie de pantallas de presentación del modo remoto
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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Para el modo de operación de modulación remota los parámetros que se
deben setear en el computador son: el tipo de modulación y la velocidad de
transmisión por lo que las pantallas que se presentarán en el display son las
mismas para los dos tipos de modulación ya que solo presentan las acciones
que se han hecho en el equipo.
4.1.3 MODULO CONVERTIDOR DE NIVELES
Es el interfaz entre el módulo principal de trabajo y el dispositivo
modulador I&Q ZAMIQ-895M.
Imagen 4.2
Módulo convertidor de niveles
Otro punto que hay que tomar en cuenta en el manejo de los dispositivos
de alta frecuencia diseñados por la compañía Mini-Circuits es que cada uno
trabaja con un rango de valores de potencia de las señales RF que se utilizan
por lo que para su manejo es necesario leer las especificaciones técnicas del
anexo A.
DISEÑO EIMPLEMBNTACION DE UN MODULADOR I&Q - 8 7 -
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4.2 PRUEBAS SOBRE EL EQUIPO
4.2.1 PRUEBA 1 ( SEÑAL EN BANDA BASE)
Esta prueba se realizó para comprobar el funcionamiento del equipo
convertidor de niveles y además es obligatorio realizarla antes de conectar el
dispositivo modulador I&Q ya que nos ayuda a verificar que los niveles de
voltaje no excedan a los valores determinados que son; nivel alto +0.3V y -0.3V
y nivel bajo +0.16V y -0.16V, para esta prueba se realizaron las conexiones
entre el equipo principal de trabajo y el equipo convertidor de niveles (figura
4,9) para luego llevar directamente hacia el osciloscopio las señales
provenientes de los canales I y Q para observar las señales que se obtienen en
la opción O correspondiente a las pruebas.
Equipo principalde trabajo Osciloscopio
Datos /Canal I
Canal Q
Equipoconvertidor de
Figura 4.9
Conexión del equipo
En la opción de pruebas podemos enviar valores de voltaje fijos
correspondientes a un uno lógico o cero lógico a los canales I y Q, además se
pueden enviar caracteres para modular tanto en QPSK como en 8-QAM. Para
la parte de modulación, la señal en banda base que sale por el canal I y por el
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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canal Q se puede observar en el osciloscopio digital (TEKTRONIX TDS 120)
con lo que se puede comprobar que las señales obtenidas corresponden a los
dos tipos de modulación según el diseño explicado en el capítulo II. En esta
sección de pruebas se analizan cada una de las señales que se obtuvieron así
[as gráficas que se presentan a continuación son las que se imprimieron de las
pruebas de funcionamiento del dispositivo convertidor de niveles.
Ti
-i*
-2»
íjt Jl_ '«'Stop MP<*-DJ»Gf, PAWTAU*
^i f 1 1 ; tvi i
':'• ', • '•
:;-••!.-••-+
•í
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ii'i . n H-'
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Ti
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•
'.
, :.; '"";
htHpotocftt
'í anenüi':
fotnato;
Aumeíttár.Camasí£
;ft^tó%PW ítí
Gráfica 4.1
Gráfica de la opción O de pruebas
Esta gráfica presenta las señales que obtenemos en la opción O de
pruebas en donde se envía un O lógico correspondiente a un voltaje negativo
de 0.3 voltios tanto al canal I como al canal Q.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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24-
^ M Pw¡ QJOOOf PAKTA11A
Fonwto
'Aumcmaf-Contarte.
CH1 (UV CH2 0.3V
Gráfica 4.2
Gráfica de la opción 1 de pruebas
Señales provenientes de la opción 1 de pruebas, para el canal I un OL, y
para el canal Q un 1L cuyos niveles son -0.3 y +0.3 voltios respectivamente, el
canal I es el canal 1 del osciloscopio y el canal Q es el canal 2, gráfica 4.2.
CHI iray
Gráfica 4.3
Gráfica de la opción 2 de pruebas
DISEÑO E MPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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Opción 2 de pruebas en donde se envía al canal I = 1L, canal Q = OL
correspondientemente +0.3 voltios y -0.3 voltios, gráfica 4.3.
-6
Tt
•}*
2*
CH
H - . Jl- '**
ulf ,.».
PSto,
...
"
•
:
"• y •"
i 1 i 4» 1 1 f 1
•
MPüK OOJOí f*CDOAS•
IMf
1 D.3V CH2 0,3V
t'i
'
^
-
i
,,
¡ :",
tt
.*• ' " í " ' '
:'
.
FUOT&CKl
CH2
CH1rrecuéhcrá
' 75,11 HiCH2-
Frecuencia
15QJ) Hi,
Gráfica 4.4
Gráfica de la opción 3 de pruebas
La opción 3 de pruebas presenta una serie para la cual se puede
escoger la velocidad de transmisión dada por los bits del canal Q que se
observan en el canal 2 del osciloscopio para este ejemplo la velocidad es de
600 bps.
*
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
T€
i*
2*
CH
si* _n_ • st*
* . 1 1
....
i i i t
•
•
i
1 0.3V C
M Púa -#,6Qms UTflJOAKS
t . - i
•
*
t j !,l i -L l
:
•'
:
: *
>;
-
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*
E-H2 Q3V
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;
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*„
MJ-
-
:-4i»
i * M"
-
;-~.',
Eíl6do<WStstcífta
Op^
AuiocAfado,
&ií¥.de»Re^stro
Lanwag?
Bit de inicio para el análisis
Gráfica 4.5
Gráfica de la opción 5 de pruebas
En esta gráfica se presenta la opción 5 de modulación QPSK para el
carácter 35H enviado en serie a una velocidad de transmisión de 150 bps,
analizando la gráfica anterior se puede verificar que en la modulación QPSK se
envía alternadamente los datos al canal ! y al canal Q según la velocidad de
transmisión escogida.
35 H = 00110101 b
Así al canal I le corresponde la serie
y al canal Q
Q'
1110
0010
Que se puede verificar en la gráfica 4.5.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -92-
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Ti
1*
2*
k JV Wd M Pos 11.«mr CH2
t 1 1 !1
4"
..
11
1 i ] + i i i i '
i 1 i i
:
*'"
r
E
1i
' ' ! ' ' ' •
1 • • '*'•'' '
i
-;
i ( 11 mi
' * " ' . '
i i i t 1
-4
n
Acoplamiento
Lfrrih*Ancho Bwdd
60MKz
Ganaoa'aVtfúMe
Sonda
Bit inicial para el análisis
Gráfica 4.6
Gráfica de la opción 5 de pruebas
En esta gráfica se presenta la opción 5 de modulación QPSK para el
carácter 39H enviado en serie a una velocidad de transmisión de 300 bps, para
este caso se analiza de igual forma que se analizó en la gráfica anterior; así
para este ejemplo.
39 H = 00111001 b
Así al canal I le corresponde la serie
y al canal Q
Q'
1010
0110
lo que se puede verificar en la gráfica 4.6.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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bit de inicio para el análisis
Gráfica 4.7
Gráfica de la opción 4 de pruebas
En esta gráfica se presenta la opción 4 de modulación 8-QAM del
carácter 35H enviado en serie a una velocidad de transmisión de 300 bps, para
este caso se analiza de igual forma que se analizó en el caso anterior para la
modulación QPSK y según lo explicado en el capítulo II para la modulación 8-
QAM¿ así para este ejemplo se tiene;
35 H = 00110101 b
Q I c
Recordando lo que se dijo para el diseño en el capítulo II se tiene que el
bit C nos da la magnitud del símbolo, así: para 1L = nivel alto, OL = nivel bajo, y
los bits I y Q nos darán la polaridad, así: 1L = positivo, OL = negativo.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -94-
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.00110101001101010011010100110101
!
Q
-1
+1
+0,3
+0,3
-0.3
+0.3
+0.3
-o;3+1-1
+0,3,.
-0.3
-1
+1
-1 .
-1
Tabla 4.2
bit de inicio para el análisis
Gráfica 4.8
Gráfica de la opción 4 de pruebas
En la gráfica 4.8 se presenta la opción 4 de modulación 8-QAM del
carácter 39H enviado en serie a una velocidad de transmisión de 300 bps, para
este caso se analiza de igual forma que se analizó en el caso anterior.
39 H = 00111001 b
Q
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -95-
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.00111001001110010011100100111001
IQ
-1
-1
*1
*1 X
-0.3
+0.3
-0.3
f*o/3,~. *- ;
+ 1
-1
+0.3
7o;s '+0.3
+0.3
-1-1,
Tabla 4.3
T f e k j LF~
2»-
i-f fi"i-«-»'i i.j (,t,i t » t : t » » i t»
Q:3V Q.3V "tísmi' 'X • fc '• ' • ' • ' •n-'' • f l? ' ' 'r' ' ' ' ' * - ' ' * r ' >"' '
InterpcAacáCh
Perwtwcía
Fwmato
COtltJAÍtB
bit de inicio para el análisis
Gráfica 4.9Gráfica de la opción 2 de aplicaciones
Esta gráfica corresponde a la señal obtenida al trabajar con ia opción 2
de aplicaciones se presenta la modulación QPSK del carácter 012 decimal,
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -96-
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enviado a una velocidad de transmisión de 1200 bps, con bandera de inicio y
fin (7EH), analizando como en las gráficas 4.5 y 4.6 se tiene:
012d = 001100000011000100110010 bx\ I0111111000110010001100010011000001111110
7EH 7EH
Así al canal I le corresponde la serie
01110010101000100111
y al canal Q
11100010001000101110
lo que se puede verificar en la gráfica 4.9.
4.2.2 PRUEBA 2 (SEÑAL MODULADA)
Esta prueba se realizó adicionando a los elementos anteriores de la
pruebal el dispositivo modulador I&Q y los respectivos elementos de alta
frecuencia necesarios para el funcionamiento del equipo.
Con esta prueba se obtuvo la forma de la señal portadora modulada que
indica el buen funcionamiento dei dispositivo modulador ZAMIQ-895M, para lo
cual se utiliza un mezclador para poder llevar ia señal al osciíoscopio Tektronix
ya que se está trabajando con frecuencias muy altas y no se dispone de un
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -97-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
equipo para poder observar (as señales a frecuencias tan altas, con este
mezclador se consigue alimentar al osciloscopio con una señal a una
frecuencia intermedia de diferencia tal que se pueda observar en la pantalla ya
que el osciloscopio tiene un ancho máximo de 60 MHz. El elemento mezclador
(modelo ZLW-2) utilizado fue adquirido también como parte del proyecto a la
compañía Mini-Circuits, el mezclador trabaja hasta con una señal de frecuencia
de 1Ghz para la entrada del oscilador local y la señal de RF\n se utiliza
el oscilador ZOS-1025 como entrada LO al dispositivo modulador ZAMIQ-
895M, y como oscilador auxiliar el 1362 de la General Radio Company utilizado
en el laboratorio de líneas de transmisión, la señal que se obtienen de este
oscilador tiene una potencia se aproximadamente 25dBm y es necesario
atenuarla ya que no se debe sobrepasar la potencia de entrada en LO del
mezclador que es de 7dBm.
VCOl VC02
Equipo principalde trabajo
Dispositivomodulador I&Q
Equipo convertidorde niveles
Mezclador
Osciloscopio
Figura 4.10
Conexión del equipo
1 Especificaciones técnicas, Anexo A-3
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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Para esta prueba es necesario que los osciladores que se usen provean
de una señal estable en amplitud y frecuencia ya que la frecuencia intermedia
que se desea visualizar debe ser muy baja en relación con la frecuencia que se
trabaja, y se debe evitar cambios de frecuencia pequeños en los osciladores
por inestabilidad ya que esto ocasiona problemas para observar la señal en el
osciloscopio.
La primera gráfica que se presenta muestra la serie que se presenta en
la gráfica 4.4 de la sección anterior pero la velocidad de transmisión es de 9600
bps ya que obtener frecuencias intermedias menores de manera que se pueda
ver la señal a velocidades más pequeñas fue imposible por la inestabilidad de
los osciladores, para el análisis de la señal modulada debemos tomar en
cuenta que la manera de modular del dispositivo modulador ZAMIQ-895M es
de forma diferencial, ello es que basándose en una señal de referencia con la
que esté trabajando (oscilador local) el momento que entra un símbolo en los
puertos de datos, el dispositivo desplaza en fase la señal actual hacia atrás el
valor del defasaje correspondiente al símbolo, trabajando con la tabla 4.4.
• 'A
..-00" ^
01,-.
- dC;.Yfi 1X
FASE
-135°
-45°
+135°
+45°
Tabla 4.4
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -99-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
Gráfica 4.10
Gráfica 4.11
Gráfica de la señal modulada (opción 5 de pruebas)
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -100-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
Para esta gráfica la modulación es QPSK del carácter 35H para el
análisis de cambio de fase se utiliza la tabla 4.4, el canal 1 del oscüoscopio
corresponde a la señal que entra al canal I.
Gráfica 4.12
Opción 5 de pruebas
Para la gráfica 4.12 de modulación QPSK para el carácter 39H se utiliza
la tabia 4.4 para los cambios de fase sobre la portadora de referencia.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -101-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
101 001 101 110 100 010 Olí 010
Gráfica 4.13
Gráfica de la señal modulada (opción 4 de pruebas)
Para la gráfica 4.13 de modulación 8-QAM para el carácter 35H a una
velocidad de 9600 bps se utiliza la tabla 4.5 para los cambios de fase y de
amplitud sobre la portadora de referencia.
ENTRADA BINARÍA' , j AMPLITUD
Q
0
0
0
0
, 1A
1
1
I
0
0
110
0
11
c0
10
.-, ; -1- '0
10
;1 -
Menor
Mayor
Menor
Mayor
Menor
Mayor
Menor
Mayor
FASE
225°
225°
135°
135°
315°
315°
45°
45°
Tabla 4.5
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -102
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
Gráfica 4.14
Gráfica ampliada de la gráfica 4.13
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
Gráfica 4.15
Gráfica de una señal modulada (opción 4 de pruebas
Para la gráfica 4,15 de modulación 8-QAM para el carácter 39H a una
velocidad de 9600 bps se utiliza la tabla 4.5 para los cambios de fase y de
amplitud sobre la portadora de referencia.
Gráfica 4.16. Gráfica ampliada de la gráfica 4.15
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -104-
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4.2.3 PRUEBAS (ESPECTRO DE POTENCIA)
Para esta prueba se arma el equipo igual que en el caso anterior con los
elementos de alta frecuencia sin el mezclador ya que directamente la señal RF
modulada de salida del dispositivo modulador ZAMIQ-895M es la que vamos a
ingresar al analizador de espectros del laboratorio de Electrónica de alta
frecuencia para obtener datos de potencia y la forma de la señal en el dominio
de la frecuencia, de igual manera que en el caso anterior comparando con los
datos teóricos dados para los dos tipos de modulación se pueden analizar las
señales y ver si son los resultados esperados. La frecuencia de portadora es de
887.672 MHz con una potencia de 9.02 dBm en la entrada LO del dispositivo
modulador I&Q. Para todos los casos se indica la potencia de la señal
modulada también se indica el ancho de banda según Nyquist.
Equipo principalde trabajo
Datos
VC01
Cana! I
Canal Q—
Señal RF
H
Dispositivomodulador I&Q
Equipo convertidorde niveles
Analizador deespectros
Figura 4.11
Conexión del equipo
DISEÑO EMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 105-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
jl¡2:t.3±í2'4'. «'PR 28. 2608
REF 23.6, dB»- íST 4fl dB,
CEHfER -8.87-..£1846,. RH¿RtjS; VU ±.9 >Hz
BPAH 28. <SWP 38B «'seo
Gráfica 4.17
Potencia de la señal RF modulada P= -6.6 dBm
La gráfica 4.17 del espectro de potencia corresponde a la opción 2 de
pruebas en donde se envía ai canal I un 1L y al canal Q un OL.
PEAKLOB11aev
Mft SBSC F*
•CORR
- ..23.6 dBa ;ft:T 48
CEMTER 887.68618, HHz;RES BH 1,* kH* UB.M í fcHi
HftRKER
HARKÉR iOH orr
28.88 kHlSHP aee »«*c
ñor*'P.'r .2
Gráfica 4.18
Potencia de la señal modulada P= -10.9 dBm, Ancho de banda AÍÍRF- lOKHz
La gráfica de espectro de potencia corresponde a la opción 3 de pruebas
en donde se envía una serie determinada a 9600bps.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 106-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
±2122148 APR ¿»f 29**
RET '28;.,;6; dB« ftT *• dBpErtk
i»dB/
Uft SBSC F,S
CCMTGR 887.59976 HHzRES BU i.é kHz YBW i
MftRKCftftMPTP
8ELECTi. 2 a 4
SPrtH 2t.*» fcHiSUP 300 *i*o
.Mor».bf: 2
Gráfica 4.19
Potencia de la señal modulada P= -15.4 dBm. Ancho de banda ABRF = 6.8 KHz
La gráfica de espectro de potencia corresponde a la opción 4 de pruebas
en donde se envía el carácter 39H modulado en 8-QAM a 9600bps.
HftRKERNO«UAL
.HflpKER*
NfSRKER"a«pTff
CEHTER 897.62823 MHzRES BU 1.8 kHi VBH 1 kHz
SPftN 2«.«*8HP SBC »v«o
Gráfica 4.20
Potencia de la señal modulada P= -9.9 dBm3 Ancho de banda AEÍRF = 7 KHz
La gráfica de espectro de potencia corresponde a la opción 4 de pruebas
en donde se envía el carácter 437decimal modulado en 8-QAM a 9600bps.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q 107-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
M A R K E RHoRnnL
Gráfica 4.21
Potencia de la señal modulada P= -12.4 dBm, Ancho de banda ABRF = 9.8KHz
La gráfica de espectro de potencia corresponde a la opción 5 de pruebas
en donde se envía el carácter 30H modulado en QPSK a 9600bps.
.....REF 23.. .5: dB.PETÁKLO 6
26.80
CEHTER 887.67278 HHi-RES' BM l.-é Ü.Hz
Gráfica 4.22
Potencia de la señal modulada P= -10.4 dBm, Ancho de banda AB^ = 9.8 KHz
La gráfica de espectro de potencia corresponde a la opción 5 de pruebas
en donde se envía el carácter 33H modulado en QPSK a 9600bps.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -IOS-
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
12189142 ñPR 29, 20*0
REF 23 .6 dB* AT 48 dBPEMCtu aILldB'/
CCHTER 987. 64a»3 MHxRES BH 1 .6 kHz
SPftM 20,-•• kHz•SHP 389 »»•«•
Gráfica 4.23
Potencia de la señal modulada P= -11.8 dBm, Ancho de banda AB^r = 9.8 KHz
La gráfica de espectro de potencia corresponde a la opción 5 de pruebas en
donde se envía el carácter 36H modulado en QPSK a 9600bps.
CEHTE» fre7r..S6362 HHlRES BU 1 ,B"
, ílor».1 of 2
Gráfica 4.24
Potencia de la señal modulada P= -15,6 dBm, Ancho de banda ABRF = lOKHz
La gráfica de espectro de potencia corresponde a la opción 5 de pruebas
en donde se envía el carácter 39H modulado en QPSK a QGOObps.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -109-
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4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Al variar la información a modular también varía la potencia de la señal
de salida del modulador debido a la variación que existe de la potencia media
en la señal de entrada en los canales de datos.
La velocidad de transmisión de la señal que entra a los canales 1 y Q del
modulador no corresponde exactamente al valor que se escoge en las
opciones de modulación presentadas en el display ya que hay muchos factores
que afectan a la misma como los ciclos de máquina utilizados en las
instrucciones.
Con las gráficas presentadas en la sección 4.2.2 se pudo verificar lo que
se dijo acerca del desplazamiento de fase para el modulador diferencial de que
los cambios de fase son sobre la portadora en el instante en que se introduce
el dato.
También se ha podido verificar que el ancho de banda corresponde al
doble del ancho de banda en banda base tanto en la modulación en QPSK
como en 8-QAM.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 110 -
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4.4 PRACTICA PROPUESTA
HOJA GUIA
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE LINEAS DE TRANSMISIÓN
TEMA: DETERMINACIÓN DE LA ONDA ESTACIONARIA Y LA RELACIÓN
VSWR (S) DE UNA SEÑAL RF MODULADA.
OBJETIVO: Conocer las características de onda estacionaria para una señal.
INTRODUCCIÓN:
ESQUEMA GENERAL PARA LA OBTENCIÓN DE LA ONDA ESTACIONARIA
Señalmodulada
EquipoModulador
Carga
Figura 4.12
Esquema general de conexión
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q -111-
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El elemento generalmente utilizado par la obtención de medidas para
formar la onda estacionaria de voltaje es la línea ranurada, que no es más que
un dispositivo formado por una línea coaxial rígida con un ranura a lo largo de
su longitud, una pieza deslizable o carro móvil puede deslizarse sobre una
ranura a lo largo de su longitud, un detector de prueba está montado sobre el
carro y se extiende parcialmente dentro de la línea ranurada, acercándose al
conductor interno. De esta manera, se acopla la energía desde el conductor
interior al detector de prueba, sin cambiar el patrón de onda estacionaria dentro
de la línea ranurada. Hay una escala en centímetros a lo largo de la longitud de
la línea ranurada, de tal manera que una señal en una posición puede
correlacionarse a una señal en otra posición en la línea ranurada. La línea
ranurada debe acoplar ¡a impedancia característica de la línea de transmisión.
Una vez que la punta de prueba recolectado energía, la señal detectada puede
tratarse en cualquier número de forma haciendo factible obtener la forma de la
onda estacionaria de voltaje y la relación VSWR (S).
La señal que se obtienen del sensor de la línea ranurada es pequeña por
lo que es necesario amplificar la señal para lo cual utilizaremos el equipo
diseñado para la medida de la onda estacionaria desarrollada en la tesis parte
de este proyecto llamada AMPLIFICADOR DE FRECUENCIA INTERMEDIA
CON CONTROL AUTOMÁTICO DIGITAL, la cual será utilizada como
documento de consulta obligatoria par el desarrollo de esta practica.
La señal que vamos a analizar es una portadora modulada de la que se
toma una muestra por el sensor de la línea ranurada, un mezclador será el
encargado de darnos la frecuencia intermedia de SOMhz, la cual se filtra y
amplifica para obtener la señal de la cual se procesara la información.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 112 -
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TRABAJO PREPARATORIO
1) Revisar las conexiones del equipo modulador parte de la tesis DISEÑO E
IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q y del equipo de medición de
onda estacionaria desarrollado en la tesis AMPLIFICADOR DE
FRECUENCIA INTERMEDIA CON CONTROL AUTOMÁTICO DIGITAL
2) Presentar las fórmulas para el cálculo del coeficiente de onda estacionaria
en decibelios, y explicar un método para el calculo del coeficiente de
reflexión.
PARTE PRACTICA
1) Armar el equipo modulador I/Q y realizar las pruebas de funcionamiento
correspondientes a este equipo.
2) Una vez que se ha verificado el funcionamiento del equipo modulador
armar la parte del amplificador de Fl.
3) Tomar los datos necesarios para calcular la relación de onda estacionaria
de voltaje (VSWR), coeficiente de reflexión ( si existe), con una carga de
50Q y con el dispositivo demodulador ZAM1Q-895M conectado, para la
señal modulada en QPSK y 8-QAM.
INFORME
1) Presentar los datos tomados en tablas con un número suficiente de datos
tal que se pueda obtener la forma de onda estacionaria.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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2) Realizar comparaciones y analizar los resultados de los parámetros pedidos
correspondientes a los dos tipos de modulación.
3) Comparar y analizar los resultados de los parámetros pedidos para las dos
cargas.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q - 114 -
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CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I &Q 115
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CONCLUSIONES
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I &Q 116
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Una de las características propias de trabajar con elementos de alta
frecuencia es que el desarrollar equipos que proporcionen alta estabilidad con
una protección adecuada requiere de alta tecnología, es esta una de las
razones principales que nos llevo a escoger una buena opción para desarrollar
los módulos que necesitaban dispositivos de alta frecuencia y fue la compra de
los mismos ya que si la tecnología avanza hay que saberla aprovechar sin
desperdiciar recursos, el inconveniente que se tuvo fue la importación de los
mismos por no tener facilidades de traslado de los elementos lo que retrasó el
trabajo de todo el grupo.
La naturaleza de cuadratura de la modulación í&Q es usada para la
reducción del ancho de banda de una señal modulada. Codificando las señales
que ingresan al canal I ó Q, el modulador !&Q puede ser usado para
modulación de niveles altos. En esencia la magnitud y polaridad de las señales
que ingresan al canal I o Q determinan el traslado de magnitud y fase del
vector I/Q, esta teoría fue aplicada en el diseño del equipo modulador de esta
tesis, las pruebas realizadas sobre el equipo determinan el correcto
funcionamiento del equipo, obteniendo al final un equipo confiable que será el
encargado de proporcionar una señal RF modulada tomando los datos desde
un teclado, caracteres simples llamado modo local, y también tomando los
datos de un computador personal llamado a este método modo remoto, la
señal RF final servirá para el análisis en el laboratorio del Líneas de
Transmisión cumpliendo así con el objetivo final que es dar más opciones en
las prácticas del laboratorio de Líneas de Transmisión.
Para las pruebas de modulación, prueba 2, fue necesario utilizar un
equipo de control digital de voltaje (no es parte del equipo modulador pero fue
necesario utilizarlo de manera improvisada y se recomienda la construcción e
impíementación) para variar el voltaje de control del VCO ya que según las
especificaciones técnicas la sensibilidad de variación del dispositivo ZOS-1025
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I &Q 117
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es 30 MegaHertz por voltio y según las velocidades de transmisión como son
bajas la frecuencia intermedia que se necesita sacar es de unos pocos miles de
hertzios, por esto que se necesita elementos de alta precisión para realizar las
medidas y de gran estabilidad para no cambiar la frecuencia intermedia a la
que se va a medir, la necesidad de utilizar fuentes de bajo rizado en la seña!
DC de salida es uno de los parámetros importantes también ya que en esta
prueba se debe tomar en cuenta que el voltaje que se introduzca en el VCO
será el que determine la frecuencia de salida y si se proporciona un voltaje
variable como el que se da al tener una señal con rizado alto la señal de salida
se ve afectada dando problemas en la determinación de la frecuencia
intermedia fija, éste hecho no solamente afecta en esta prueba sino también en
¡os requerimientos de una modulación QPSKy 8-QAM que determinan que se
debe proporcionar cambios de fase y amplitud respectivamente según el tipo
de modulación pero con una frecuencia constante. El procedimiento explicado
anteriormente fue necesario desarrollarlo ya que la limitada capacidad de
disponibilidad de equipos para medir y observar señales de alta frecuencia
limitaba cumplir con el objetivo de observar las características de cambio de
fase de la señal modulada, haciéndose necesario utilizar el mezclador ZLW-2
para obtener una frecuencia mucho menor que pueda ser vista en el
osciloscopio utilizado para este propósito.
De una manera sencilia se presenta el equipo modulador utilizando para
el diseño del módulo principal las ventajas de utilizar el microprocesador 8031
ya que se usa las ventajas en fas comunicaciones de datos con el computador
utilizando la comunicación serial con el ínterfaz RS-232, utilizar el módulo de
display y teclado permite dar mayor facilidad de manejo de periféricos dando la
posibilidad de ampliar el número de periféricos según las necesidades.
El objetivo principal de esta tesis es la proposición de nuevas prácticas
para el laboratorio de líneas de transmisión y creo que se ha cumplido con el
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I &Q 118
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objetivo ya que a pesar de que la practica propuesta es el conocimiento del
fenómeno de onda estacionaria que se ve en practicas ya hechas en el
laboratorio de líneas de transmisión, lo nuevo de esto y creo lo más importante
es trabajar con equipos que se encuentran en un campo real de trabajo como
son señales ya moduladas y ía transmisión de la mismas y el hecho de trabajar
sobre esta señal es muy importante en el conocimiento del estudiante del
mundo exterior de trabajo.
Es importante observar las características de funcionamiento de un
equipo más completo que es el funcionamiento del modulador y demodular
esto se podría realizar revisando la documentación sentada para el
funcionamiento del demodulador, éste tema se puede encontrar en la tesis
parte del proyecto que lleva por título "DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN
DEMODULADOR l&Q PARA EL LABORATORIO DE LINEAS DE
TRANSMISIÓN", con esta conexión se puede entender el funcionamiento de
un MODEM elemento indispensable hoy en día para la transmisión de datos
por la línea telefónica y utilizado también en el rango de frecuencias para el que
estamos trabajando para la telefonía celular.
DISEÑO EIMPLEMENT ACIÓN DE UN MODULADOR I &Q 119
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RECOMENDACIONES
DISEÑO E nvJPLEMENT ACIÓN DE UN MODULADOR I &Q 120
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Una de las principales recomendaciones que se puede dar es que la
estabilidad de los equipos que se utilicen como elementos generadores de
señales como e! oscilador controlado por voltaje y las fuentes debe ser probada
ya que al trabajar con el dispositivo modulador I&Q que proporciona una
modulación por niveles en QAM cambios en la amplitud de la onda portadora
afectan al funcionamiento del equipo para un tipo de modulación ya fijado que
necesita de un número determinado de niveles para dar las características
requeridas.
El equipo modulador construido puede ser ampliado en cuanto a un
número mayor de formas de modular como 8-QPSK, 16-QPSK y 16 QAM ya
que según las especificaciones del dispositivo modulador éste podrá soportar
tener variación de niveles de entrada y proporcionar una modulación por
niveles claro está trabajando en el rango especificado por la casa Mini-Circuits,
para obtener los tipos de modulación descritos anteriormente es necesario
hacer variaciones únicamente en el software del equipo ya que la construcción
del hardware se hizo previendo futuras ampliaciones de la capacidad de niveles
de modulación del equipo.
Los equipos de radiofrecuencia deben ser utilizados tomando muy en
cuenta los parámetros de potencia máxima de entrada ya que la introducción
de señales con potencias distintas a las requeridas por el fabricante de seguro
dañarían el elemento utilizado.
La revisión de los cables coaxiales de conexión es importante ya que
para radiofrecuencia un cortocircuito entre la malla y el conductor de la señal
provocarían un nivel de señal reflejada alto que dañaría el dispositivo de
manera que no se podría utilizar el equipo diseñado para ese dispositivo ya que
el costo de ios equipos es alto y además traerlos desde la casa comercial
resulta tedioso y complicado.
DISEÑO E 1MPLEMENTACION DE UN MODULADOR I &Q 121
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Algo importante también que hay que tomar en cuenta es que la
polarización de las fuentes debe ir correctamente tal que los equipos no sean
polarizados de ninguna otra forma que la que se indica para cada equipo ya
que según la experiencia que nos dio la utilización de los equipos el polarizar
mal cualquiera de ios módulos lleva a dañar la mayoría de los elementos
utilizados en su construcción.
El alcance que se quiera dar con este equipo creando nuevas prácticas
estará supeditado tanto a las especificaciones que se dan para el manejo del
equipo como al funcionamiento del equipo además de ¡a creatividad que se le
dé a la tarea ya que en este texto se brinda toda la información que fue
utilizada para el desarrollo y la construcción del mismo.
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I &Q
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BIBLIOGRAFÍA
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DISEÑO E DVDPLEMENTACION DE UN MODULADOR I &Q 124
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GUÍA DE USUARIO
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q 126
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OPERACIÓN DEL MODULO PRINCIPAL DE TRABAJO
Módulo principal de trabajo
El manejo de este equipo es muy sencillo sin embargo una de las
precauciones más importantes que debemos tomar es ubicar correctamente los
conectores de alimentación en el sentido que se indica en la caja de protección
de los dos módulos (módulo principal y módulo de display y teclado).
Como se puede observar en la imagen se tienen a disposición cuatro
elementos de conexión ubicados en la parte posterior de la caja a los que se
los describe a continuación.
Empezando desde la izquierda, en la imagen podemos ver un conector
macho asignado a la fuente. Para evitar problemas de mala conexión, una de
las características esenciales es que el conector hembra se lo puede poner en
una sola posición sin embargo se tiene la señalización necesaria para que no
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q 127
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se de una mala conexión, en el iado izquierdo del conector macho se indica
que debe ir el cable rojo del conector hembra, este conector es de donde se
tienen los voitajes de alimentación desde la fuente y son de: +5, O, -12 y +12
voltios señalados en cada uno de sus pines. ( En todos los conectores hembra
que salen de la fuente se asigno ei cable de color rojo para ei voltaje de +5
voltios asignado como +Vcc).
El siguiente elemento que se observa en la imagen es un pulsador de
reset el que debe utilizarse para empezar con el trabajo, al inicializar el equipo
se pone en el puerto de datos P1 un 1 lógico, a continuación tenemos un
conector DB-9 hembra utilizado para realizar la comunicación serial con ei
computador, con este conector no se tiene problemas de mala conexión entre
conectores correspondientes ya que hay una sola manera de insertar el
conector macho.
El último es un conector macho de 40 postes para la conexión del bus de
datos y de señales provenientes de! microcontrolador, de igual manera en la
caja se indica el pin 1 y el pin 40 para evitar malas conexiones, como se puede
ver este equipo es muy fácil de manejar y se hace muy seguro para evitar
problemas de manipulación que pueden causar el mal funcionamiento del
equipo además de producir daños graves en los elementos electrónicos que
conforman este módulo.
Además de ios conectores podemos ver en ia imagen, el dispaíy y el
teclado ubicados en la parte superior, estos elementos sirven para visualizar
cada uno de los pasos y manejar el equipo modulador correspondientemente,
en este módulo la memoria EPROM que carga el programa de modulación ya
se encuentra programada y está listo para ser utilizado.
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q 128
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El programa principal esta desarrollado para manejar el equipo
modulador de una manera muy didáctica, las distintas presentaciones que se
muestran en el display ayudan al estudiante en el manejo del equipo. Cada una
de las pantallas indican las teclas que se utilizan para el control, las teclas que
no se utilizan sirven para escribirlas como datos para ser modulados, las teclas
de la segunda función no están activadas, el manejo de las pantallas se indica
en el capítulo II.
La tecla ¡ffig| realiza la acción indicada en la presentación, la tecla que
borra toda la pantalla es |gg, la tecla que indica que se puede anular la acción
a1
la tecla que
indica que hay una siguiente pantalla es
OPERACIÓN DEL MODULO CONVERTIDOR DE NIVELES
Este módulo es el interfaz entre el módulo principal de trabajo y el
dispositivo modulador I&Q, los conectores disponibles para el estudiante son;
El conector macho de 40 pines para conectar el bus de datos y señales
provenientes del microcontrolador ubicado en el lado izquierdo de la imagen.
El conector para ingresar los voltajes de alimentación desde la fuente de
+5, O , y -5 voltios que son para polarizar los circuitos integrados que forman
parte del equipo, de la misma forma que todos los conectores para la fuente el
cable señalizado de color rojo es el de +5 voltios llamado VCC, en el conector
macho de la caja se señala el lado en que debe ubicarse, además para evitar la
mala conexión, el conector hembra se puede ubicar en un solo sentido, este
conector se aprecia en el lado derecho de la imagen.
DISEÑO E IMPI^MENTACION DE UN MODULADOR I&Q 129
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Para obtener las señales de salida en banda base se tienen dos
conectores BNC hembras que se conectan al dispositivo modulador
ZAMIQ_895M al canal I y al canal Q respectivamente como se señala en la
figura, antes de realizar esta conexión con la ayuda de las pruebas
desarrolladas se debe verificar que el voltaje que sale del modulo convertidor
de niveles sin conectar el dispositivo sea de 0.3 voltios positivo cuando se
envía un 1L y de 0.3 voltios negativo cuando se envíe un OL, esto para el nivel
alto y con la prueba de modulación 8-QAM el nivel bajo que se tiene debe ser
de 0.16 voltios, estas pruebas se deben realizar para evitar introducir voltajes
superiores a los permitidos al dispositivo modulador I&Q.
BUS DE DATOSFUENTE
Vista posterior del módulo convertidor de niveles
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q 130
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Vista frontal del módulo convertidor de niveles
En cuanto a los cables que se utilizan para ¡nterconectar los diferentes
módulos son del tipo coaxial con conectores SMA y BNC en sus extremos, es
necesario verificar la condición de cada uno para evitar cortocircuitos que
causarían serios daños a los equipos por producir ondas reflejadas de alto
valor.
Otro punto que hay que tomar en cuenta en el manejo de los dispositivos
de alta frecuencia diseñados por la compañía Mini-Circuits es que cada uno
trabaja con un rango de valores de potencia de las señales RF por lo que para
su manejo es necesario leer las especificaciones técnicas del anexo B o el
resumen en el anexo C.
La conexión del equipo se muestra en la siguiente figura.
DISEÑO E1MPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q 131
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Módulo principalde trabajo Módulo convertidor
de niveles Dispositivomodulador i&QZAMIQ-1025
Fuente
Señal RFmodulada
OsciladorZOS-1025
Conexión del equipo
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Anexo B-1
Anexo B-2Anexo B-3Anexo B-4Anexo B-5
Dispositivo modulador ZAMIQ-895MPruebas sobre el dispositivoOscilador controlado por voltaje ZOS-1025Mezclador de frecuencia ZLW-2Multiplexer/Demultiplexer CD4052BMAmplificador Operacional LM324
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ANEXO B-1Dispositivo modulador ZAMIQ-895M
Pruebas sobre el dispositivo
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
MIQA ZFMIQ ZAMIQ
MODELNO.
MIQA-10MM1QA-H1MMIQA-70MMIQA-70ML
MIQA-91MM1QA-100MMIQA-108MMIQA-195M
MIQC-38MMIQC-88MMIQC-176MMIQC-895M
MIQC-1785MMIQC-1880M
ZAM1Q-895M
ZFMIQ-10M2FMIQ-70MLZFMIQ-91M2FMIQ-100MZFMIQ-108M
MIQY-70MMIQY-140M
FREQUENCY"(MHz).
RF(sígnal)/"' ' <LO(carrier)' ; f.&.Q '
fL fu Mm. 'Max.
9 n20 2366 7366 73
86 9595 105103 113185 205
34 3B52 88104 176868 895
1710 17851805 1880
868 895
9 1166 7386 9595 105103 113
67 73137 143
DC 2DC 3DC 5DC 5
DC 5DC 5DC 5DC 5
DC 4DC 5DC 5DC 5
DC 5DC 5
DC 5
DC 2DC 5DC 5DC 5DC 5
DC 5DC 5
CO'NVERSION'•'aoss:":/¿
;:,;<TdB)V,' •>/(-;/ ' '• ••"f~
' ""'_ '.í'.l^f"' -
~/'~ , .x - CT Max.
5.8 0.20 7.06.2 0.14 7.06.2 0.10 7.05.7 . 0.10 6.5
5.5 0.10 6.55.5 0.10 6.55.5 0.10 6.55.6 0.10 6.5
5.6 0.10 7.05.7 0.10 7.55.5 0.10 7.08.0 0.10 10.5
9.0 0.30 10.59.0 0.30 10.5
8.0 0.10 10.5
5.8 0.20 7.05.7 0.1 6.55.5 0.17 6.55.5 0.17 6.55.8 0.12 6.5
5.8 0.20 7.05.8 0.20 7.0
"GARRIERAREJECTJON,/U-cfBcyi/í¿? \ ' •
; '• .
- Typ. Míh.
41 3050 4038 3038 30
38 3038 3038 303B 30
48 3841 3538 3040 30
35 2535 25
40 30
41 3038 3038 3038 3038 30
40 3534 30
/SIDEBAND'REJECTION;-T<;{fdBc)(V, , '
.-Typ. Min.
40 3040 3038 3038 30
38 3038 3038 3038 30
37 3034 3036 3040 30
35 2535 25
40 30
40 3038 3038 3038 3038 30
36 3036 30
MiMOl lC SUPPR'ESSION
-' *' ': " ;,<-dBc)
3xÍ/Q;' 5xl/Q í -Typ. M¡n. Typ, Mín.
58 4848 4048 4548 43
48 4548 4548 4348 45
54 4052 4047 3552 35
40 3340 33
52 35
58 4548 4348 4548 4548 43
47 4045 35
68 5865 5558 5558 55
58 5558 5558 5558 55
65 5566 5070 5058 50
65 5065 50
58 50
68 5858 5558 5558 5558 55
60 5060 50
CAPODATA
(see RF/IFDesignerhand'book)
Page
11-1011-1011-1611-26
11-2211-22n-23n-2311-11n-i611-21n-2i11-1111-25
n-i7
11-10
n-2211-2211-2211-19
11-1611-26
CASESTYLE
Note 8
A06A06A06A06
A06A06A06A06
C07C07C07C07
C07C07
HHH141
J17J17J17J17J17
C07C07
CONNECTI0N
dvgddvdvdvdvdvdv
gudxdxdw
dxdx
gvdzdzdzdzdz
dydy
PRICE$
Qty.0-9)
49.9S39.9S39.9549.95
49.9549.9549.9549.95
49.9549.9554.9599.95
99.9599.95
149.95
89.9589.9589.9589.9589.95Qty.
(1-49)19.9519.95
NOTES:
x Average of conversión lossatcenter of mid-band frequency (fL+fu/4)a Standard deviation
Non-hermeticAvailable only wíth SMA connectors
A. General Quality Control Procedures, En virón mental Speciflcations, Hl-Rel and MIL description are given ¡n section O, see "Mini-CircuitsGuarantees Quality" article.
B. Connector types and case mounted options, case finishes are gíven insection O, see "Case styles &outline drawings".
C. Pnces and specifications subject to changewithout notice.
1. Absolute máximum power, voltage and current ratíng:la. LO power, 50mWIb. l&Q current, 40mA
2. Operating LO power: 10 ± IdBm3. TdB compression: OdBm typical4. Conversión Loss = (I+Q) power, dBm - RF power, dBm5. Carrier and sideband rejections rneasured at -5dBm
I/Q power.6. Q=l-90° for MIQA-70M
Q=l+90a for all other modelsl&Q Modulation Block Diagram
ini-Circuits
QMini-Circuits
JC!Q
MODELNO.
JCIQ-8BMJC1Q-176M
FREQUEIMCY(MHz)
RF(signal)/LO(carríer)
t t52 88104 176
I & QMín. Max
DC 5DC 5
CONVERSIÓNLOSSCdB)
x ' o- Max.5.6 0.1 7.05.6 0.1 7.0
, CARRIHRREJECT1ON
(-dBc)
Typ. Míiv
40 3235 30
SIDEBANDREJECTION
C-dBc)
Typ. Min,
35 3035 30
HARMONIO SUPPRESSION
(-dBc)
. 3xl/QTyp. Min,
45 3545 35
Sxl/QTyp. Min.
65 5065 50
CAPODATA
ísee RF/iFDesignarÍi3nd"bookj
Page
11-2411-24
CASESTYLE
NoteB
BG291BG291
CONNEC^iN
hshs
PRICE$
Qty.0-9)
49.9554.95
features
shielded surface mount metal casesolder plated J-leads for excellent solderability and strain reliefcellular applications, radar and communication systernssmaii size 0.8 X 0.87 X 0.25 inchgood carrier and sideband rejectionsexcellent 3rd and 5th order harmonic suppressionall MIQA and MIQC models, metal case and hermetically sealed
pin and coaxial connectionssee case styleputline drawingsPORTLO (carrier)RF (sígnal)I(0°)(ref.)Q (90°)'1SOLATED"50W TERM. EXT.NOT USEDGND EXT.
CASE GND
dv1874
—2
—3.5.6
3,5,6
dw13241
9,12,16—~
3,5,6,7,8,10,11,14,15
3,5.6,7,8,10.11,14,15
dx13
1
8
5———
2,3,4.6,7,9,10.11,12,14,15.163,4,6,7,10,11,
14,15
dy13185
10,11——
2,3,4,6,7.9,12,14,15,162,3,4,6,7,9,12,14,15,16
dz13S2
————
—
gdi8
74
—_
23,5,6
3,5,6
gu13185
10,11——
2,3,4,6,7,9,12,14,15,16
3,4,6,7,14,15
gvi342
—————_
hs294
11——
—1,3,5,6,7,8,10
12,13,14—
For I&Q modulators: Q(90°) for lower sideband suppression.For MIQY, MIQC-38M external variable capacitors can be connected at pins 10& 11 to ground for ¡mprovementof sideband rejection.
In Stock... Immediate DeliveryFor Custom Versions Of Standard Models Consult Our Applications Dept.
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
MODULADOR
Vin VinM(V) (V)
3 0.42,5 0,4
2 0.371,51
0,70.50.40,20,1
0
0.30.0.0,0,
25181411
0.060.03
0
BnM(mA)a 96557.24145.62074.13792:5862179311.2414
10,48280:2414
0
ZinM(ohm)
44.615455.238165.8282
72.596.6667100.112.
124.124.
385778110286286
(Dm(mW)
3,586212.896552.079661.241380,646550,322760.17379
* 0.110,028970,00724
-
(l)m(dBm)
5.5463534.6188133.1799130.939045-1.89397-4.91122-7,59967-9.58607-15.3812-21.4018
RF(dBm) -
-2,45365-3,38119-4.82009-7.06095-9,89397-12,9112-15,5997^-1 7*5861-23,3812-29.4018
-.
( I )(dBm)
-10.454-11,381-12.82
-15-17-20
--25
.061
.894
.91123.6.586
-31.381-37,402
RF Ideal(dBm) * ,2,536053461.608512920,16961335
-2.07125493-4,90426721-7,92152145-10'.6099746-12,5963731-18,3914871-24,412087
Vin M vs Pin M
5 -
3 -2 -
0-
'¥Í R -
« £ -
Z "ñ-E q-
Z -11--12-
•r--•
i i i iL
) 0~-----•
y/L //4v í/- 1\- 4
i , .
0
^s*s
JtX^0r
A*'. , , s*F , . , ,>^
2s* 0<só U
• i . •
0
-¿-¿
Vin M (V)
5
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
Vin-Vin r
Un T =I 220 + 70
Vin7Zinr =——
p,
Vin
(V)3
2,52
1,51
070,50,40.20.1
0
Vin I
(V)0.4
0
00000
0.4.370.3.25.18.14.11.06
0.030
VinQ
(V)' 0,4
O4-,0,37
, o;s0.250.180,145.110,060,03
0
linl
(mA)8.96557.24135.62064,13792.5862179311.2413^
10.48270.2413
0
Jln Q ^
8.96557,24135,,4,2,11,
0,
62061379586279312413
14827
0,24130
Zin IM
(ohms)44.615355.238165.8282
72596.6666100112
124124
.384777110
.285
.285
(h-Q)m
(mW)7,1724579314,1593
^2*4827129310.64550.3475
0,22, 0,05790,0144
*
(l+Q)m
(dBm)8.55667.62916.19023.94931.1163
-1,9009-4.5894-6.5758-12.371-18.391
RF(ideal)dBm
5>05155.0515
4,374332,55272
0,9691-1.88425-4,06714-6,16185-11.4267-17,4473
Vin(V)
-079-0,210,21o.ra
V i n M
(V)-0.2
-0.06670.06667
0.2
Corriente(mA)
-2.0345-0.49430.494252P03448
DISEÑO E JMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
FACULTAD DE INGENIERJA ELÉCTRICA EPN
P1.0yP1.2
8-QAM
Q1
P1.3, 0
000.
* 1 .1t1
11
P1.100110011
C Vin Q
PÍO01 ,0
' 1o -
, 1,0 ,í
(V)-0.066-0.2
-0.066-0.2
0.06660.2
0.06660.2
Vínl*
.(V)-0.066
~0<Z0.0666^ 0.2-0,066-0,2'
0,0666-o,¿
HnQ
(mA)-0.49425-2.03448-0.49425-2.034480.4942532.0344830.4942532.034483
línl
^(mA)-0,494-2.0340.49422.0344-0.494-2.0340.49422.0344
(l+Q)m i/Ts I
(dBm)-11.811-0.8949-11.811-0.8949-11.811-0.8949-11.811-0.8949
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
ANEXO B-2Oscilador controlado por voltaje ZOS-1025
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
JTOS ROS
•
lyjQDEL
NO-
JTOS-50PJTOS-75PJTOS-100P
JTOS-150PJTOS-20QPJTOS-300P
JTOS-400PJTOS-535PJTOS-765P
JTOS-102SPJTOS-2200PJTOS-3000P
NEW ROS-285PVNEW ROS-900PVNEW ROS-960PVNEW ROS-1000PVNEW ROS-1600PV
POS-50PPOS-75PPOS-100P
POS-150PPOS-200PPOS-300P
POS-4QOPPOS-535PPOS-765PPOS-1025P
FREO--MH%*
- " 'MÍn-Max.24-2935 -434 8 - 5 9
72-9195-120148-174
194-220278 - 325486-510
680 - 7552000-22002300-2600
245-285810-900890-960900-1000
1520-1600
24 -2935 -4348-59
72-9195-120148-174
194 - 220278 - 325486 - 510680-755
P,OWER
OÜTPUi'dBmt
' *-?
~*4 - ' ''iyp- ,
+9.5+9+9
+9.5+8.8
+10
+11+9.5
+9
+9+6+11
+3+10+6+7
+10+9+9
+10+10+10
+10.5+10+9.5
+8.5
-' fptóséNbísW^~^Ú¿c/$¿$¿fflj&¿off sepffec|'ü.e ñci es:
'.y/ ¿sjfyp^zíféffi*'rM, ' Síop^^p?!' Jtífz KHz^ KHtf MHz';
-88 -108 -127 -147-89 -110 -130 -140-83 -IOS -128 -140
-82 -106 -127 -147-84 -105 -124 -145
-82 -102 -122 -142
-82 -102 -122 -142-75 -97 -117 -137-75 -98 -118 -138
-70 -94 -114 -134
-65 -92 -112 -132-65 -92 -112 -132
-80 -100 -120 -140-80 -102 -122 -142
-30 -102 -122 -142-80 -104 -124 -144-75 -100 -120 -140
-92 -113 -134 -151
-91 -113 -135 -151-92 -112 -134 -151
-84 -104 -126 -147-77 -102 -123 -146-83 -105 -125 -145
-82 -103 -124 -142
-66 -95 -120 -138-70 -92 -116 -135
-74 -96 -116 -135
pütíifeUpízf;"VRÍ~pt'©/IZ-CÍBf
'^í^~.' Typ.- -
0.060.150.6
0.81.01.0
1.42.02.0
5.01550
2.03.02.02.010
0.06
0.150.6
0.81.01.8
1.82.05.05.0
PUSHlhJG
^Hg1 ';'?C *'<!-
~¿. vi*- "*"•''/'.'"•'I 'I• Typ,'* ,
0.040.110.2
0.30.20.2
0.40.50.5
0.65.05.0
0.22.00.20.73.0
0.04
0.110.2
0.30.20.3
0.30.40.40.6
--TÜNÍNG-SENSÍÍIVJÍfS ¡yiHz/v -, ",
f"/r''!^ty¡ o•VjW,
•-" . Typ." - ;2-2.52.5-43 .5 -4
6 -97-1010-14
13-1817-2220-30
30-4070-120120-160
10-2026-3025-2827-3825 -38
2-2.52.5-43.5-5
6 - 97-10
10-14
13-1817 -2220-3030-40
HARtáp'Nics%;','7dB'c? ; ,~¿- '-'>,": y>-55% *//?•: £4.
**y? &*;$$$Tryp, '/Max.
-14 -12-25 -20-30 -20
-30 -17-30 -20-27 -20
-25 -20-30 -20-30 -20
-27 -20-15 -12-22 -12
-20 -10-25 -16-27 -18-33 -20-26 -16
-18 -12-25 -20-30 -18
-25 -17-30 -20-27 -20
-25 -20-30 -20-26 -20-24 -18
i>. ?;ÍÍBMotíÚÜATIONJB'AND\WIDTH~';¿*KHZ' ¿f*
*$f, '.*-. ,'*'',~ , Typ,',
50125100
112110120
130115100
1001000020000
1001000
100010001000
50100100
100100100
100100100100
-POWERSÜPPUY
- <' ^V.C^RENJT
v'oÍTAGl 'r"Tv J Ma'x,
12 2012 2012 18
12 2012 2012 20
12 2012 2012 20
12 225 255 25
5 204.5 125 125 225 25
12 2012 2012 ?n
12 2012 2012 20
12 2012 2012 2212 22
CAPO'DATA
/ - " -' .
'Page
15-4815-4915-50
15-5115-5215-53
15-5415-5515-56
15-57—
—
.
—_
__
15-4815-4915-50
15-5115-5215-53
15-5415-5515-5615-57
CaseStyle
,__¿JJote
B
BK377BK377BK377
BK377BK377BK377
BK377BK377BK377
BK377BK377BK377
CK605CK605CK605CK605CK605
A06A06A06
A06A06A06
A06A06A06A06
C
tíN
CT1ON
¡C
¡eJe
JeJejeJeJejeJeJeJe
kg
Kg
Kg(g
¡<ghxhxhx
hxhxhx
hxhxhxhx
Príce$
' '';Qty
X5-49)
14.9514.9514.95
14.9514.9516.95
16.9516.9517.95
19.9521.9521.95
17.9519.9519.9519.9518.95
12.9512.9512.95
12.9512.9514.95
14.9514.9515.9517.95
t
TUNING VOLTAGE TO COVER FREQUENCY RANGE 0.5V TO 5V
NOTES:Non-hermetic
A. General Quality Control Procedures, Environmental specifications, Hi-Rel, and MIL description are given in General Information (Section 0).B. Connector types and case mounted options, case finishes are given in section O, see "Case Styles & Outline Drawings".C. Prices and Specifications subject to change without notice.1. Absolute Máximum Supply Voltage (Vcc)& Tuning Voltage (VtunB):
ModelJCOS modelsJTOS-2SPjros-sopJIOS-7SPJTOS-100PJIOS-150PJTOS-200PJTOS-300PJTOS--100PJIOS-535PJIOS-765P
(VrJ
»15V+16V+16V
+16V
+16V
+16V+16V
+16V
+16V+16V
+15V
(\J+24V*7V+7V+7V+7V*7V»7V»7V+7V+7V+7V
ModelJTOS-1025PJIOS-2200PJTOS-3000PPOS ModelsRQS-285PVROS-900PVROS-960PVROS-1000PVROS-1600PVIOS modelsexcept ZOS-50
(V J
*16V*7V+7V+16V
+BV*6V»6V*6V+6V*16V+16V
(viw+7Ví7V+7V+7V+10V
*6V*6V+6V*6V+18V+17V
J
2. Operating Temperature: -55"C to +85"C
ini-Circuits
QMini-Circuits
JCOS POSA
MODEL
NO,
JCOS-820WLNJCOS-B20BL.NJCOS-1100LN
POSA-138POSA-15B
FREQ.
MHz
Mln. Max.
780-860807-832
'1079-1114
118-138138-158
POWER
oüTPÜTdBm
Typ-+9+3
+8.5
+5+5
TUNING
VOLTAGÉ
• v •
Mín. Max.
0 201 140 20
1 161 16
PHASENOISE ,
dBc/Hz-SSBat offset' fréquéricíesí
• Typ,- vi* r ^ ,100 1 10 ''lOO ,1Hz kHz kHz kHz MHz
-60 -90 -112 -132 -150-57 -88 -112 -132 -151-60 -88 -110 -130 -150
-72 -100 -125 -145 -163
-72 -100 -125 -145 -163
PUUINGMHz-
pk-pk .<ri2d&r
Typ.
4.50.47.5
0.070.07
PUSHJNGMHz/V
typ.
0.30.40.5
0.03
0.03
TUNING•-SENS1--'TIVITY
• MHz/V
Typ.86
4.5
2,32.4
HARMONIOSdBc - '_
' ' .
Typ, Max,
-13 -8-24 -20-15 -10
-40 -30-40 -25
3dB, MOD;
BANDWIDTH- KHz -
Typ.200020002000
20002000
POWER
SUPPLY
CUR8ENImA
VOUAGEV Max.
9 2510 258 25
12 2512 25
CAPODATA(seeRF/IFDe--
signerfigtid-íjooFOPage
15-5915-5915-59
—
CaseStyle
MoleB
BG419BG419BG419
C07C07
coNN£CI1ON
JdjdJd
Jrjr
Príce$
Qly/•i o\j
49.9549.9549.95
46.9546.95
zos
MODElNO.
20S-50ZOS-75ZOS-100
ZOS-150ZOS-200ZOS-300
ZOS-400ZOS-535Z05-765ZOS-1025
FREQ.
MHz
Mín. Max.
25 5037.5 7550 IDO
75 150100 200150 280
200 380300 525485 765685 1025
POWER
OUTPUT
dBm '
Typ-Main, Aux,
+9 -12+9 -12+9 -12
+9 -12+10 -11+9 -13
+10 -13+9 -13
+8.5 -14+8 -13
TUNINGVOLTAÍ3E, ' ' -V - '/'
Mín- Max.
1 161 161 16
1 161 161 16
1 161 161 161 16
-PHASE NOÍSEdBc/Hz,SSB:at offset
• .fréquehcíés:,', ;
' • 'V7yp*:-Vr.l-10 kHz ,100 kHz 1MHr '-107 -126 -141
-110 -128 -142-111 -131 -143
-107 -127 -142-106 -126 -141-103 -123 -142
-100 -120 -136-96 -118 -131
-96 -117 -132-92 -112 -136
PULUNGMHz -
pk-pk.'
(Open/Sliort)
Typ;'0.0120.0160.026
0,0170.0150.017
0.0210.0180.0330.051
PUSHINGMHz/V
Typ.'"-0.080,150.25
0.390.420.50
0.500.50
0.721.00
TUNINGSENSI-TIVITYMHz/V
TyK2.53.54.5
s.a7.711
15182230
HARMONIOSdBc
Typ. Max.
-22 -12-26 -20-29 -20
-26 -20-25 -20-27 -20
-24 -18-27 -20-27 -17-25 -18
3dBMOD.
BANDWIDTHKHZ ',
Typ.100100100
100100100
100100100100
POWER
SUPPLY
CURREfJTVOLTAGÉ J"A
V Max.
12 14012 14012 140
12 14012 14012 140
12 14012 14012 14012 140
CAPODATA
fsee.Rf/IF
Designehand-boohíPage
15-4715-4715-47
15-4715-4715-47
15-4715-4715-4715-47
CaseStyle
NoteB
BR386BR386BR386
BR386BR386BR386
BR386BR386BR3868R386
Price$
Qty0-9}
119.95119.95119.95
119.95119.95119.95
119.95119.95119.95119.95
ZOS schematic
pin connectionssee case style outline drawíngs
PORTRFOUTv-ccV-TUNEGWD EXT
hx218
3,4,5,6,7
le1325
1,3,4,6,7,8.9,10,11,12.14
Id781
2,3,4,5.6,910.11.12.13,14
fr9
123
1,2,4,5,6,7,810.11.13,14.15.16
kq10142
1,3,4,5,6,7,8,911.12.13.15,16
In Stock... Immediafe DeliveryFor Cusfom Versions Of SfancJarcJ Models Consulf Our Applicafions Dept.
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
ANEXO B-3Mezclador de frecuencia ZLW-2
ZMX IP ZLW2AD
MODELNO.
2MX-7GR2MX-10G
ZP-1ZP-2ZP-3ZP-5
ZP-5XZP-1 1 AZP-860ZP10514
ZLW-1ZLW-1WZLW-1 -1ZLW-2ZLW-3
ZLW-5ZLW-6ZLW-8ZLW-1 1ZLW-1 2
ZAD-1ZAD-1WZAD-1-1ZAD-2ZAD-3
ZAD-4ZAD-6ZAD-8ZAD-llZAD-12
FREQUENCY*, -IvlHz
LO/RF .- ;|f
[t-fu ' , .''
3700-7000 DC-1000370Q-1000Q DC-2000
2-600 DC-60050-1000 DC-10000.15-400 DC-40020-1500 DC-1000
1-1500 1-10001400-1900 40-500800-1050 DC-250
.2-500 DC-500
.5-500 DC-5001-750 DC-750.1-500 DC-5001-1000 DC-1000
.025-200 DC-200
5-1500 10-600.003-100 DC-100.0005-10 DC-105-2000 10-600
BOO-1250 50-90
.5-500 DC-5001-750 DC-750.1-500 DC-5001-1000 .5-500
.025-200 DC-200
5-1250 ,5-500.003-100 DC-100.0005-10 DC-105-2000 10-600
800-1250 50-90
» CONVERSIÓN LOSS'' : ^cm".;/""
>5 - Míd-Band''"*' '4"<L°í?l' m 'r/^ange
, x , <f Max»? r*tAax¿
5.0 .30 — 8.25.0 .10 — 8.5
5.85 .10 7.0 8.05.85 .10 7.5 9.04.7 .10 7.0 B.O5.7 .10 9.0 9.0
5.9 .10 7.0 9.06.8 .30 8.6 8.65.6 .24 7.75 7.755,18 .10 7.0 8.5
5.81 .08 7.0 8.55.74 .05 7.5 8.54.82 .07 7.5 8.55.68 .08 7.5 9.54.61 .06 7.5 8.5
5.81 ,08 7.5 S.54.5B .05 7.5 8.55.66 .08 7.5 8.56.85 .10 8.5 9.06.21 .13 — 7.5
5.24 .10 7.0 8.55.56 .05 7.5 B.54.B3 .04 7.5 8.55.66 .07 7.5 8.54.61 .06 7.5 8.5
5.71 .08 7.5 8.54.65 .08 7.5 8.55.79 .05 7.5 8.57.12 .12 8.5 9.06.21 .13 7.5 7.5
Lo-^íspirÁ'TlONr ae .
^i- L ;, ''M"'^';Í(J'/;,
Typx. Min,' Ifyp* M¡& jyp, MTn/
30 (typ.) 20 (mln.)37 (typ.)20 (mln.)*
60 50 42 30 37 2558 40 47 30 42 2560 50 46 30 35 2554 40 42 30 39 25
60 40 40 20 28 1733 (typ.)20 (min.)35 (typO 25 (min.)
5S 45 50 35 35 30
50 45 45 30 35 2550 45 45 30 35 2550 45 45 30 35 2555 45 40 25 35 2060 50 45 35 35 25
55 40 35 25 30 2060 50 45 30 35 2560 50 50 40 45 3550 45 35 25 30 2035 25 35 25 35 25
50 45 45 30 35 2550 45 45 30 35 2550 45 45 30 35 2545 30 35 20 30 2060 50 45 35 35 25
50 40 40 20 30 2060 50 45 30 35 2560 50 50 40 45 3550 45 35 25 30 2035 25 35 25 35 25
, LOTl£fsOLÁTION,dB"
L ' M , Ú*',Typ. Min. " Typ'. Min, lyp. Min.
36(typ.) 20 (mln.)17 (typ.) 8 (min.)
60 45 47 30 36 2250 35 44 20 29 1860 40 47 25 35 2040 25 32 18 23 8
60 45 45 25 38 2029 (iyp.)15 (min.)27 (typ.) 20 (mln.)
50 40 36 30 30 20
45 35 40 25 30 2045 30 40 25 30 2045 30 40 25 30 2050 40 40 25 30 2045 35 40 30 30 20
50 40 35 25 30 2060 45 40 25 30 2560 50 50 40 45 3545 40 30 20 25 1530 20 30 20 30 20
45 35 40 25 30 2045 30 40 25 30 2045 30 40 25 30 2045 30 35 20 30 2045 35 40 30 30 20
50 40 40 20 30 2060 45 40 25 30 2060 50 50 40 45 3545 40 30 20 25 1530 20 30 20 30 20
,-CAPD*DATA(seoRF/iFDQSignef
HantíbootO
Pa'ge
1-671-69
1-1921-1941-2001-206
1-831-1671-1651-124
1-921-541-521-661-46
1-1201-481-501-5B1-74
1-921-541-521-B61-46
1-1221-481-501-581-74
•CASESTYLE
NoleB
BU413BU413
GG60GG60GG60GG60
GG60GG60GG6QGG60
M21M21M21M21M21
M21M21M21M21M21
M22M22M22M22M22
M22M22M22M22M22
CONN
C1
ON
afad
agasagag
hgagagagaeaeaeaeae
aeae36aeae
aeaeaeadae
adaeaeaeae
PnceS
Qty-(1-3)
71.9581.95
39.9539.9539.9547.95
47.9547.9547.9562.95
51.9556.9553.9556.9553.95
61.9564.9569.9571.9571.95
43.9545.9544.9549.9545.95
51.9551.9554.9561.9561.95
L = low range [fLto 10 fL]
NOTES:
M = mid range [10 fLto fJ2]m = mid band [2futo fy2]
U = upper range [fu/2 to fj
x Average of conversión loss at center of mid-band frequency (fL+fu/4)a Standard deviation
Available only with SMA connectorsPhase detection, positive polarity15dBmin. B.StolOGHz
A. General Quality Control Procedures, Environmental Specifications, Hi-Re! and MIL description are given in section O, see "Mini-CircuitsGuarantees Quality" article.
B. Connector types and case mounted options, case finishes are given insection O, see "Case Styles & Qutline Drawings".
C. Prices and Specifications subject to change without notice.1 . Absolute máximum power, voltage and current ratings:
la. RF power, SOmWIb. Peak IF current, 40mA
ini-Circuits
ini-CircuítsB '¥ C i,; R Ó. íí A á >. W T C E
ZEM ZAM
MODELNO.
ZEM-2BZEM-4300
ZFM-1WZFM-2ZFM-3ZFM-4ZFM-5XZFM-11
ZFM-12ZFM-200QZFM-4212
ZAM-42
FREQUENCYMHz
LO/RF IF
V'u10-1000 DC-1000300-4300 DC-1000
10-750 DC-7501-1000 DC-1000
0.04-400 DC-4005-1250 DC-12501-1500 1-10001-2000 5-600
800-1250 50-90100-2000 DC-6002000-4200 DC-1300
1500-4200 DC-500
CONVERSIÓN LOSS,dB
Mid-Band Totalm Range
"x a Max. Max.
5.74 .07 7.0 8.56.65 .06 — 9.5
5.42 .14 7.0 8.05.72 .06 7.5 B.54.78 .03 7.0 B.O5.70 .34 7.5 8.55.9 .10 7.0 9.07.03 .17 8.5 9.0
5.67 .12 — 7.57.49 .20 9.5 9.55.44 .088 ~ 8.S
5.67 .11 ~ 8.5
LO-RFlSplATlON,dB
l M UTyp. Min, Typ. Min. Typ. Min.
55 50 30 25 25 2040 20 — — 30 17
50 45 45 30 35 2550 45 40 25 30 2560 50 50 35 35 2550 45 40 30 30 2560 40 40 20 28 1750 45 35 25 25 20
35 25 35 25 35 25~ ~ 37 20 — —_ _ 25 17 — —
25 14 25 14 25 14
LO-lFISOLATiON.dB
l M UTyp. Min. Typ. Min. Typ. M!n.
55 45 30 20 25 2015 g 15 8
45 40 40 25 27 2045 40 35 25 25 2055 40 45 30 35 2545 40 35 25 25 2060 45 45 25 38 2045 40 27 20 25 20
30 20 30 20 30 20_ _ „ _ 3Q 20__ _ is 10 — —
18 10 18 10 18 10
CAPODATA
(see Rf /IFDesigner
Handbook)Page
1-B61-211
1-541-661-6B1-701-83
1-72
1-741-60
—
-
CASESTYLE
NoteB
V37V37
K18K18K18K18K18K18
K18K1BK18
F14
cotíHECTION
adaf
adadadadadsd
adadad
af
Price$
Qiy.(1-9)
59.9579.95
51.9553.9561.9561.9559.9589.95
79.9571.9S54.95
54.95
L = low range [fu to 10 fL] M = mid range [10 fLto f/2]rn = mid band [2fLto fy2]
U = upper range [f12 to f;
NSN CUIDEMCLNO.ZAD-1BCBNC)ZAD-4BZAD-6BZEM-2ZFM-1WZFM-2ZFM-3ZFM-3 (SMA)ZFM-3BZFM-11 (SMA)ZLW-1WZLW-2ZLW-2BZP-10514ZP-1Q514(BNC)
NSN5985-00-280-77505895-01-127-03765895*01-344-78435895-01-235-78345895-01-412-30374935-01-230.37825395-01-257-95235895-01-214-73625895-01-381-92896625-01-415-21825895-00-607-70106920-01-037-19745840-01-186-83986625-01-103-61565895-01-384-7453
coaxial connectionssee case style ouüine drawingsPORTLORFIFGND EXT.
CASEGNDNOT USED
ad123
——
—
ae132
—
——
af213——
—
ag .LRX
—_—
, hgLXR
——
—
f comqUer-Qutomated}penormance da»
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
ANEXO B-4
Multiplexer/Demultiplexer CD4052BM
DISEÑO E BVIPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
National Semiconductor
CD4051BM/CD4051BC Single 8-Channel AnalogMultiplexer/Demultiplexer
CD4052BM/CD4052BC Dual 4-Channel AnalogMultiplexer/Demultiplexer
CD4053BM/CD4053BC Triple 2-Channel AnalogMultiplexer/Demultiplexer
October1989
General DescriptionThese analog multlplexers/demultiplexers are digitally con-trolled analog switches having low "ON" Impedance andvery low "OFF" [eakage currents. Control of analog signáisup to 15Vp,p can be achleved by digital signal amplitudes of3-15V. For example, if VDD = 5V, VSS = OV and VEE= -5V,anaiog signáis from —5V to +5V can be controlled by digi-tal inputs of 0-5V. The multiplexer clrcuits dissipate ex-tremely low quiescent power oven the full VDD-Vss andVDD~VEE supply voltage ranges, independen! of the logicstate of the control signáis. When a loglcal "1" is present atthe Inhibit input terminal all channels are "OFF".CD4051BM/CD4Q51BC is a single 8-channel multiplexerhaving three blnary control Inputs. A, 8, and C, and an ínhibitinput. The three blnary signáis select 1 of 8 channels to beturned "ON" and connect the Input to the output.CD4052BM/CD4052BC is a differentlal 4-channel multlplex-er having two blnary control Inputs, A and B, and an InhlbltInput. The two binary input signáis select 1 or 4 palrs ofchannels to be turned on and connect the differentlal ana-log inputs to the differentlal outputs.CD4053BM/CD4053BC Is a triple 2-channel multiplexerhaving three sepárate digital control inputs, A, B, and C, and
an ¡nhlblt input. Each control input selects one of a pa!r ofchannels whlch are connected in a single-pole double-throwconfíguration.
Features• Wjde range of digital and analog signal levéis: digital
3-15V, analog to 15Vp.p• Low "ON" reslstance: 80Í1 (typ.) over entire 15Vp.p sig-
nal-lnput range for VDQ—VEE=15V• HIgh "OFF" reslstance: channel leakage of ±10 pA
(typ.)atVDD-VEE=10V• Logic leve! conversión for digital addresslng signáis of
3-15V (VDD-VSs = 3~15V) t0 switch analog signáis to15 Vp.p (VDD-VEE=15V)
• Matched switch characteristícs: áRoN==5íí (typ-) f°rVDD-VEE=15V
• Very low qulescent power dlsslpatlon under all dígital-control input and supply condítlons: 1 ¿iW (typ.) atVDD-VSS=VDD-VEE=IOV
• Blnary address decodlng on ch!p
Connection Diagrams
CD4051BM/CD4051BC
vrN
p
i
is
i
14
í
t]
t
t
i¡
S
11
4
'f
I
C
?
-1
I
Dual-ln-Llne Packages
CD4052BM/CD40S2BCm/guT OUT/IN ift/guT
CD4053BM/CD4053BC
Vpo
I'í
|-
1
IS
2
U
j
í
4
i ;i?
s
1!
6
10
)
C
9
J
1
m/oui liJ/óíT DUT/|N TwoV ' iN/óuT 'aUT/IN IN/OU.T
TOPVIEW TOPVIEW TOPVIEW
Order Number CD40S1B, CD4052B, or CD4053B
>0= aQ) .u5"°<S 2so:ESr-*-
18|sOOJ<D O
"5.0
® Sx £2a> 03
Oooai10ODOOO¿tOaiw03
OO^oaiwCDO
©1B95NaÜoo8JS«miconduc(or Corporation TL/F/S66Z RRD-B30UlOS/Prinled!nU.S.A.
Absoluta Máximum Ratings Recommended Operating11 Mllltary/Aerospace specified devices are required, GonditiOHSplease contact the National Semiconductor Salea ^_ _ . .... _ . . , ,... ,Jr.,,Office/Distributora for avallability and apecificatlons. DC Supply Voltage (VDD) +5 VDC to +15 VDC
DC Supply Voltage (VDD) -0.5 VDC to + 18 VDC lnPUt Volta9e OV to V™ CInput Voltage (V!N) -0.5 VDCto VDD+0.5 VDC Operating Temperatura Ranga (TA)StorageTemperature Range Os) -65'Cto +150-C 4051BM/4052BM/4053BM -55°Cto -M25°CPower Disslpation (PD) 4051BC/4052BC/4053BC -40'Cto + 85'C
DuaMn-LIne 700 mWSmall Outline 500 mW
Lead Temp. (TO (solderíng, 1 0 sec.) 260°C
DC Eléctrica! Characteristícs (Note 2)Symbol
IDD
Parameter
Qulescent Device Current
Conditions
VDD = 5VVDD = 10VVDD=15V
-55°C
MIn Max
51020
+ 25°
Mín Typ Max
51020
+ 125°C
Min Max
150300600
Units
,iAMAMA
Signal Inputs (V,s) and Outputs (VOs)
RON
ARoN
"ON" Resistance (PeakforV5E¿V,s¿VDD)
A"ON" ResistanceBetween AnyTwoChannels
"OFF" Channel LeakageCurrent, any channel"OFF"
"OFF" Channel LeakageCurrent, all channels"OFF" (CommonOUT/IN)
RL=iokn(any channelselected)
RL=10kíl(any channelselected)
VDD = 2.5V,VEE=-2.5VorVDD = 5V,VEE=OV
VDD = 5VVEE=-5VorV0D = 10V,VEE = OV
VDD = 7.5V1
VEE=-7.5VorVDD = 15V,VEE = OV
VDD = 2.5 v,VEE=-2.5VorVDD = 5V,VEE=OV
VDD=5V,VEE=-5VorVDD = 10V,VEE = OV
VDD = 7.5V,VEE=-7.5VorVDD = 15V,VEE = OV
VDD=7.5V, VEE=-7.5VO/I-±7.5V,|/O = OV
lnhlbit=7.5V C04051VDD - 7.5 V,VEE=~7.5V, CD40520/I = OV,I/O=±7.5V CD4053
800
310
200
±50
±200
±200
±200
270
120
80
10
10
5
±0.01
±0.08
±0.04
±0.02
1050
400
240
±50
±200
±200
±200
1300
550
320
±500
±2000
±2000
±2000
n
n
n
n
n
n
nA
nA
nA
nA
Control Inputs A, B, C and Inhibit
VIL
VIH
Low Level Input Voltage
Hígh Level Input Voltage
VEE=VSSRL:=I kíitoVssI|S<2 ¡ifl, on all OFF channelsvis=VDDtnf1Jl kfiVDD = 5VVDD = 10VVDD = 15V
VDD =5VDD = 10VDD = 15
3.5711
1.53.04.0
3.5711
1.53.04.0
3.5711
1.53.04.0
VVV
VVV
Note 1: "Absoluta Máximum Ratings" are Diosa valúes beyond which Bie safety of the device cannot be guaranteed. Except íor "Operating Temperatura Ranga"they are not mean! to ¡mply that the devices should ba operated at these limits. Ttie table of "Bectncal Chara cteristfcs" próvidas conditions for actual deviceoperation.
Nole 2: AH vdtages roeasured with respect to Vss unless otherwisa specifíed.
DC Electrical Characteristics (Note 2) (continued)
Symbol
IIN
IDO
Parameter
Input Current
Quiescent Device Current
Conditions
VDD=15V, VEE=OVV,N=OVVDD = 15V, VEE=OVV,N = 15V
VDD = 5VVDD=10VVDD = 15V
-40"C
Min Max
-0.1
0.1
204060
•f25'C
Min Typ
-10-5
10-5
Max
-0.1
0.1
204080
+ 85"C
Min Max
-1.0
1.0
150300600
Units
MA
,iA
/iA/iAMA
Signal Inputa (V|s) and Outputs (VOs)
RON
ARoN
"ON" Resistance (PeakforVEE¿V)S^VDD)
A"ON" ResistanceBetween Any TwoChanneis
"OFF" Channel LeakageCurrent, any channel "OFF"
"OFF" Channel LeakageCurrent, all channels"OFF" (CommonOUT/IN)
RL-10kíl(any channelselected)
RL=10kíl(any channelselected)
VDD = 2.5V,VEE=-2.5VorVDD = 5V,VEE=OV
VDD = 5V,VEE=-5VorVDD = 10V,VEE=OV
VDD = 7.5V,VEE= -7.5VorVDD = 15V,VEE=OV
VDD=2.5V,VEE=-2.5VorVDD = 5V,VEE=OVVDD = 5VVEE=-5VorVDD = 10V,VEE = OV
VDD=7.5V,VEE= -7.5VorVDD = 15V,VEE=OV
VDD = 7,5V, VEE=-7.5VO/l=±7.5V, ]/O = OV
lnhíbÍt=7.5V CD4051VDD = 7.5V,VEE=-7.5V, CD4052O/I = OV]/O»±7.5V CD4053
850
330
210
±50
±200
±200
±200
270
120
80
10
10
5
±0.01
±0.08
±0.04
±0.02
1050
400
240
±50
±200
±200
±200
1200
520
300
±500
±2000
±2000
±2000
n
n
n
n
n
n
nA
nA
nA
nA
Control Inputs A, B, C and Inhibit
VIL
VIH
IIN
Low Level Input Voltage
High Level Input Voltage
Input Current
vEE=vSsRL=i!íntoVsS
lis <2 jiA on all OFF ChannelsV|s = VDDthru1kílVDD = 5VVDD = 10VVDD = 15V
VDD = 5VDD = 10
VDD = 15
VDD=15V, VEE=OVVlN = OVVDD = 15V, VEE=OVV,N = 15V
3.5711
1.53.04.0
-0.1
0.1
3.5711
-10-5
10-5
1.53.04.0
-0.1
0.1
3.5711
1.53.04.0
-1.0
1.0
VVV
VVV
(xA
fiA
Note 1: "Absoluta Máximum Ratitigs" are those valúes beyood wh ch the safety oí the device cannot be guaranteed. Except for "Operating Temperatura Ranga"they are not meant to imply tliat Bie devices should be operated at these limits. The table of "Electrícal Characteristics" pravides cond tions lar actual deviceoperation.Nole 2: Al! vollages rneasuied with respact to Vgg Unless otherw se specified.
AC EleCtriCal CharaCteristiCS* TA=25°C,tr=tf=20ns,unlessotherwÍsespecif¡ed.
Symbol
tpZH,tpZL
tpHZ,tpLZ
CIN
COUT
CIOS
CPD
Parameter
Propagatlon Delay Time fromInhlbit to Signal Output(channel turning on)
Propagation Delay Time fromInhibit to Signal Output(channel turning off)
Input CapacitanceControl input
Signal Input (IN/OUT)
Output Capacitance
(common OUT/IN)
CD4051
CD4052CD4053
Feedthrough Capacitance
Power Dissipation Capacitance
CD4051CD4052
CD4053
Conditions
VEE^VSS^OVRL=I knCL=50pF
VEE=VSS=OVRL=1 knCL=50pF
VEE=VSS=OV
VDO
5V10V15V
5V10V15V
10V10V10V
Mín Typ
600225160
21010075
510
30158
0.2
11014070
Max
1200450320
420200150
7,515
Unit3
nsnsns
nsnsns
pFPF
pFpFPF
PF
pFPF
PF
Sígnal Inputs (V|S) and Outputs (VOs)
tpHL
tpLH
Sine Wave Response
(Distortion)
Frequency Response, Channel"ON" (Sine Wave Input)
Feedthrough, Channel "OFF"
Crosstalk Between AnyTwo
Channels (frequency at 40 dB)
Propagation Delay Signal[nputto Signal Output
RL=ioknfis=i kHzV|S = 5Vp.p
VEE=VSI = OV
Rl_=1kaVEE=OV,V|S = 5Vp,pl
20logi0Vos/V,s=-3dB
RL=1 kfl,VEE=Vss = OV1V|S = 5Vp.p,20log,0V0s/V|s=-40dB
RL=1 kíl,VEE=VSs = OV,V|S(A) = 5Vp.p
20 Iog10 VOS(B)/V|S(A)= -40 dB (Note 3)
VEE=VSS = OVCL=50pF
10V
10V
10V
10V
5V10V15V
0.04
40
10
3
251510
553525
%
MHz
MHz
MHz
nsnsns
Control Inputs, A, B, C and Inhlbit
tpHL,tpLH
Control Input to SignalCrosstalk
Propagation Delay Time fromAddress to Signal Output(channeis "ON" or "OFF")
VEE= VSS = OV, RL=10 kn at both ends
of channel.Input Square Wave Amplltude = 1 0V
VEE=VSS=OVCL=50pF
10V
5V10V15V
65
500180120
1000360240
mV (peak)
nsnsns
*AC Parameiers are guaranteed by DC cofrelated tastíng,Note 3: A, B are two arbitrary channels with A turned "ON" and B "OFF".
BlockDiagramsCD4051BM/CD4051BC
CHANNELIN/QUT
CD40S2BM/CD4052BCXCHANNÉLS1N/OUT
YCHANNELSIN/QUT
Block Diagrams (contmued)CD40S3BM/CD4053BC
!">1
LOGICLEVEL
CONVERSIÓN
BINA1
DECWITH
BYTOF2
00 ERNHIBIT
3 5 1 2 Yl3 |12
— di
^
|—f
4rrhI~T4
. Ofib^
í
Truth Table
INPUT STATES
INHIBIT
0
0
0
0
0
0
0
0
1
C
0
0
0
0
1111*
B
0
0
110
0
11*
A
0
10
10
10
1*
"ON"CHANNELS
CD4051B
0
1
2.
3
4
5
6
7
NONE
CD4052B
OX.OY1X.1Y2X.2Y3X,3Y
NONE
CD4053B
ex, bx, axex, bx, ayex, by, axex, by, aycy, bx, axcy, bx, aycy, by, axcy, by, ay
NONE
'Don't Cara conditon.
Switching Time Waveforms
AODHESSTO SIGNAL DUTPUT
IN/OUTaf ANYCHANNELOUT/IN OUT/INorIN/OUT
VOS
SDpF
I
VDD ::V-1NH1BIT-J
0
_^
vos
o
-90*
— 50
\^
« -^10K . /=f~
** — 'PZH "-*•
¿
¿-SIT
9G«
i
, ^^-9DX
OUT/IN ar
INHIBIT
INHIBIT -^
0
Vos
t«
. SOS —i
M-.o» _E
— N
i-* 1PZL — *•
^
— i
0%
•< — 'PL2
t-10%
Special ConsiderationsIn certain applicatíons the external load-resistor current mayinclude both VDD and signal-line components. To avoiddrawing VDD current when switch current fiows into IN/OUTpin, the voltage drop across the bidirectional switch must
not exceed 0.6V at TA¿ 25°C, or 0.4V at TA>25"C (calcu-lated from RON valúes shown). No VDD current will flowthrough RL if the switch current flows into OUT/IN pin.
Typical Performance Characteristics
"ON" Resistance vs Signa!Voltage forTA = 25°C
"ON" Resistance as aFunction of Temperature for
444*
"ON" Resistance as aFunction of Temperature forVDD-VEE=IOV
1 - 2 0 2 4 E
SIGNAIVOLTACE)VB](V]
"ON" Resistance as aFunction of Temperature for
§a
sa
sa
ss
c
lü) ("°H
) 33HV
J.SIS
SH
-NO
™ 13N
NV
HD
/
/
/
> /
/
f<
/'
fi
'
fl
*v\ 1
.-.125-c
III!u- -! S'C
SUFm VOLTAGE |VB) (V]
PhysiCal DimenSÍOnS foches (mllltmetere)
Sí/
r°'785-,IUV[19.94]HAX
0.220-Q.31G[5.59-7.37]
a 0,025R [0.64]
p 0. 005-0, 020-TYpR [0.13-0.51] TYP
0. 125-0.200[3.1B-5.
o.oao .....[2.03]MftA
BOTH ENDS
GUSSSEALAHT
Cavity Dual-In-Une Package (JJOrder Number CD4051BMJ, CD4051BCJ, CD4052BMJ,
CD4052BCJ, CD4053BMJ or CD4053BCJNS Package Number J16A
(9,KM-]0.00|
16 15 14 U 1! U 10
=£=3 0 U ü U y U Ü
0.053-fl.QCTll.W-UBJ
TiTiLTrjLXf|OJ5Í] —*4 I" 'M.IMÍ ~*^'* '(0.3»-O.SU;
Small Outline Package (M)Order Number CD4051 BCM,CD4052BCM orCD4053BCMNS Package Number M16A
m ü S2CU <U
oH.Q £TÍ 3
-^ F•i W
^» ^
CQ OCO *^LO d)^^ VJ
^* QJ
*- iEO 3^^ ^_.m £J o>
O•* "raQ c0<
5mCMLOO
O
O
o"CQLOO
Q
O
5CQ
LOO
Qü
PhySÍCal DimenSÍOnS inches (mllllmeters) (Continued)
fiel Ít5) IT
1k¿U(£>pit[ fp ^ •*.
IDEÑ7 LU LU L
0.130 ±0.005r (3.30210,127) — ] h—
10.145-0.200 í t ' '
(3.683 - S.OfiO) _L_Í__ t 0 Q
i t í \\L 10.020 iMuJ _T U U
(3.175-3.810)
Q.Q14-J.023 ^
TTP —
0.740-0.730(18.80- 19.31) _J —<L2§°
*i fm (12! rm íToijígi ' [H[>£y [íéj fTsi r~1 t ÁREA (a¿Í¿RM
/^T\0 ±0.010 "í ro^S^MVi!/ (W50TOJ54) J' ^^^^B
I piH HO 1 V -Ww;®»
LJ LU UJ Lll LU 18| IDENT"" LiJ LU l_OPT10N 01 OPT1QN 02
0.060 JU. 4°TYp • OJOO- 0.320 i(U24) "r \L ^ (7.620-8.128) \ \\D 0,0,3— p (L-7— 'll
innnn r 95o¿5090<>±>TYP 1 95,±5 1
U U U ü L!5±4 l/r; 0^80 Jl _ 0.030±0.015 **" (7.112) "*i
¡ "*" r~(0.762±OJ81) UIN1 0.100±0.010 ( T^c+0,040
00 C 0±0010 t2-540 ±0'25*1 ' "-0.013(1.27Q ±0^54) (8.255 « IBI)•jYp * "u.jol/
Molded Dual-ln-Líne Package (N)
Order CD4051BM, CD4051BC,
0.065_ 0.651)
t
0£08-0.016 „i (0^03-0.406) "r
MISE (REV f)
CD4052BM, CD4052BC, CD4053BM, CD4053BC
LIFE SUPPORT POLICY
NS Package Number N16E
NATIONAL'S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT
DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF NATIONAL
SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:
1. Ufe support devices or systems are devices or 2. A critical component is any component oí a Ufe
systems which, (a) are intended íor surgícal implant support device or system whose failure to perform can
Inlo the body, or (b) support or sustain ufe, and whose be reasonably expected ío cause the failure oí the ufe
failure to perform, when properly used In accordance support device or system, or to affect its safety or
with Ínstructions for use provided in the labeling, can effectiveness.
be reasonably expected to result in a significant injuryto the user.
i7! National Semiconductor Nat anal Semiconductor National Semiconductornf Corporation Euro pe Hong Kong Ltd.\S* 1111 Wast Batdin Road
Ariington.TX 76017Tal: 1(800) 272-9959 DeFax: 1(800)737-7018 En
Fn
Fax (+49) 0-1BQ-530 85 8B 13tn Floor, Stralgnt Block,Erna [email protected] Ocaan Centie, 5 Cantón Hd.
utsQh Te (+49) 0-1BO-530 85 85 Tslmshatsul, Kowoongisli Te [+49) 0-180-5327B 3z Hong Kongncais Te (+49) 0-180-532 93 SB Te!; [852) 2737-1600
National SemiconductorJa pan Ltd.Tal: 81-043-299-2309Fax: B1-fl«-293-2i08
Bal ano Te [+49) 0-180-534 16 80 Fax: [852) 2736-9960
Natonaí do«i nol is«um« any re»ponsM(j ttf uie d srrf crctiiliy dssoibsd. no ercuil paterrtto id srd National ra»«YBj Bw righl si any lime wtnoulnolica lo diange sakj cif euüry Brvl «
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
ANEXO B-5Amplificador Operacional LM324
DISEÑO E 3MPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
National Semiconductor
LM124/LM224/LM324/LM2902Low Power Quad Operational Amplifiers
May 1999
General DescriptionThe LM124 series conslsts offour Independent, hlgh gain,internally frequency compensated operationa! ampllfierswhích were deslgned specifically to opérate from a singlepower supply over a wide range of voltages. Operation fromsplit power supplies js also possible and the low power sup-ply current draín Is independent of the magnitude of thepower supply voltage.
Application áreas include transducer amplifiers, DC gainblocks and all íhe conventíonal op amp círcuits whlch nowcan be more easily Implemented in single power supply sys-tems. For example, the LM124 series can be directly oper-ated off of íhe standard +5V power supply voltage which Isused in diglíal systems and w¡ll easlly provide íhe requiredInterface electronics without requíring the addiíional ±15Vpower supplies.
Unique Characteristics• In the linear mode the input common-mode voltage
range includes ground and the output voltage can alsoswing to ground, even though operated from only asingle power supply voltage
• The unlty gain cross frequency is temperaturecompensated
• The Input blas current is also temperaíure compensaíed
Advantages• Ellminates need for dual supplies• Four internally compensated op amps ín a single
package• Allows directly senslng near GND and VOUT also goes
toGND• Compatible with all forms of logic
• Power drain suitable for battery operatlon
Features• Internally frequency compensated for unlty gain• Large DC voltage gain 100 dB
• Wide bandwldth (unlty gain) 1 MHz(temperature compensated)
• Wjde power supply range:Single supply 3V to 32Vor dual supplies ±1.5V to ±16V
• Very low supply current drain {700 uA)—essentiallyindependent of supply voltage
• Low input biasing current 45 nA(temperature compensated)
• Low input offset voltage 2 mVand offset current: 5 nA
• Input common-mode voltage range includes ground
• Differential Input voltage range equai to the powersupply voltage
• Large output voltage swlng OV to V*" - 1.5V
ro£ps5co
(£>O
O
3E
-oo$CD"^
OcÜ)Q_
O•oo-icul-t*
oZ3
3•g_^jro'—iV)
Connection Diagram
Dual-In-Line Package
OUIrUT* INfUTT INfUTt* CKP I.1PUI3* INPI1TJ- QUTPUT3
i(NPUTI* IKPUT2~ OUTPUTZ
DSOQ9299-1
Top VI ewOrder Number LM124J, LM124AJ, LM124J/883 (Note 2), LM124AJ/883 (Note 1), LM224J,
LM224AJ, LM324J, LM324M, LM324AM, LM2902M, LM324N, LM324AN or LM2902NLM124AJRQML and LM124AJRQMLV(Note 3)
See NS Package Number J14A, M14A or N14A
Note 1; UM124A avaüable per JM38510/110D6
Note 2: IM124 avaüable per JM38510/11005
© 1999 National Semiconductor Corporation DS009299 www.national.com
Connection DiagramNota 3: See STD M¡l DWG 5962R99504 (or Radlatlon Toleran! Device
INPUT2» [
1NPUT3- C
OUIPUT 2 [
DSOOT299-33
Order Number LM124AW/883 or LM124W/883LM124AWRQML and LM124AWRQMLV(Note 3)
See NS Package Number W14BLM124AWGRQML and LM124AWGRQMLV(Note 3)
See NS Package Number WG14A
wvw/.nat¡onal,com
Absolute Máximum Ratings (Note 12)lf MHltary/Aerospace specifled devices are required,please contact the National Semiconductor Sales Office/Distributors for avaüabilíty and specificatíons.
LM1 24/LM224/LM324 LM2902
LM124A/LM224A/LM324ASupply Voltage, V* 32V
Dlfferential Input Voltage 32V
Input Voltage
Input Current
-0.3V to +32V
(V,N < -0.3V) (Note 6) 50 mA
26V
26V
-0.3V to +26V
50 mAPower Dlssipation (Note 4)
Molded DIP
Cavity DIP1130mW
1260mW
Small Outllne Package 600 mW
1130 mW
1260 mW
800 mWOutput Short-Clrcuit to GND
(One Amplifier) (Note 5)
V* < 15V and TA = 25'C Contlnuous
Operatlng Temperatura Range
LM324/LM324A
LM224/LM224A
LM124/LM124A
O'C to +70 "C
-25'C to +85'C
-55'Cto+125'C
Síorage Temperatura Range -65'C to -t-150'C
Lead Temperature (Soldering, 10 secónos) 260"C
Soldenng Information
Continuous
-40'C to +85'C
-65'Cto-HSD'C260'C
Dual-ln-LIne Package
Soldering (10 seconds) 260'C 26 O'C
Smalí Outline Package
Vapor Phase (60 seconds) 215'C
Infrared (15 seconds) 220*C
215'C
220'C
See AN-450 "Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliabiüty" for other methods of soldering surface mountdevices.
ESD Tolerance (Note 13) 250V 250V
Electrical CharacteristicsV* = +5.0V, (Note 7), unless otherwise stated
P áramete r
Input Offset VoltageInput Blas Current(Note 9)[nput Offset Current
Input Common-ModeVoltage Range (Note 10)Supply Current
Large SlgnalVoltage Ga¡nCommon-ModeRejection Ratío
LM124A LM2Mln Typ Max Mln Ty
(Note 8) TA = 25'C 1 2 1IINM or IM-I. V™ = OV.i*t ) i"t f t,M 2Q 5Q 4C
TA = 25-C
IINM or lirJW, Vcu = OV. 2 10 2TA = 25'C
V* = 30V, (LM2902, V* = 26V), 0 V*-1.5 0TA = 25'C
Over Full Temperature RangeRL = « On All Op AmpsV = 30V (LM2902 V" = 26V) 1.5 3 1.V* = 5V 0.7 1.2 0,-
V* = 15V. RUS 2kn, 50 100 50 10
(V0 = lVto11V),TA = 25'CDC. VCM = OV to V* - 1.5V. 70 85 70 Se
TA = 25-C
24A LM324AUnlts
p Max Mln Typ Max
3 2 3 mV
80 45 100 nA
15 5 30 nA
V-1.5 0 V-1.5 V
mA
5 3 1 . 5 3
r 1.2 0.7 1.2
0 25 100 V/mV
65 85 dB
www. national.com
Eléctrica! Characteristics (Continued)V* = +5.0V, (Note 7), unless otherwise stated
Parameter
Power Supply
Rejection Ratio
Amplifier-to-Ampl fier
Coupling (Note 11)
Output Current Source
Slnk
Short Circuit to Ground
Input Offset Voltaga
Input Offset
Voltage Drifl
Input Offset Current
Input Offset
Current Drift
Input Bias Current
Input Common-Mode
Voltage Range (Note 10)
Large Signal
Voltage Gaín
Output Voltage VOH
Swing
VOLOutput Current Source
Slnk
Condltlons
V* = 5V to 30V
(LM2902, V* = 5V to 26 V),
TA = 25'C
f = 1 kHz to 20 kHz, TA = 25'C
(Input Referred)
VIH* = 1V, V,M- = OV.
V* = 15V,VD = 2V,TA =
vw- = iv. v,H* = ov.V* = 15V, V0 = 2V, TA =
25"C
25"C
VIH" = 1V, VW* = OV,
V* = 15V, V0 = 200 mV, TA = 25'C
(Note 5) V* = 15V, TA = 25'C
(Note 8)
RS = on
IINW " 'IN(-). VCM = OVRs = on
IINM or IJN(-)
V* = -t-SOV
(LM2902, V* = 26V)
V* = -M5V
(V0Swing = 1Vto1iV)
RLí:2kn
V* = 30V
(LM2902, V* = 26V)
V* = 5V, RL = 10 kn
V0 = 2V
Electrical CharacteristicsV"" = -fS.OV, (Note 7), unless otherwise stated
Parameter
Input Offset Voltage
Inpul Bias Cuirent
(Note 9)
Input Offset Current
Input Common-Mode
Voltage Range (Note 10)
Supply Current
Large SIgnal
Voltage Gaín
RL = 2kfi
RL = 10 kn
VIMT = +1V.
Vw- = OV,V^=15V
v,M- = +iv.Vw* = OV,\ = 15V
LM124A
Mln Typ Max
65 100
-120
20 40
10 20
12 50
40 60
4
7 20
30
10 200
40 100
0 V*-2
25
26
27 28
5 20
10 20
10 15
LM224A
Mln Typ Max
65 100
-120
20 40
10 20
12 50
40 60
4
7 20
30
10 200
40 100
0 V*-2
25
26
27 28
5 20
10 20
5 8
LM324A
Mln Typ Max
65 100
-120
20 40
10 20
12 50
40 60
5
7 30
75
10 300
40 200
0 V*-2
15
26
27 28
5 20
10 20
5 8
Units
dB
dB
mA
UA
mA
mV
uWC
nA
pA/'C
nA
V
V/mV
V
mV
mA
Conditions
(Note 8) TA = 25"C
'«(+» or IIN(-). VCM ° OV,TA = 25'C
IJNM or IJf4(.,, Vcu = OV,
TA = 25'C
V* = 30V, (LM2902, V* = 26 V),
TA = 25-C
Over Fuli Temperatura Range
RL = « On All Op Amps
V* = 30V (LM2902 V* = 26V)
\ = svV = 15V,RL^2kQ,
(V0 = lVto11V),TA = 25'C
LM124/LM224
Mln Typ Max
2 5
45 150
3 30
0 V*-1.5
1.5 3
0.7 1.2
50 100
LM324
Mln Typ Max
2 7
45 250
5 50
0 V-1.5
1.5 3
0.7 1.2
25 100
LM2902
Mln Typ Max
2 7
45 250
5 50
0 V-1.5
1.5 3
0.7 1.2
25 100
Unlts
mV
nA
nA
V
mA
V/mV
WWW.n atío n a I. com
1''"jv
Electrical Characteristics (continued)V* = +5.0V, (Note 7), unless otherwise stated
Parameter
Common-Mode
Rejection Ratío
Power Supply
Rejectbn Ratio
Amplifi e r-to-Ampl¡fíer
Coapling (Note 11)
Output Current Source
SInk
Short Cifcult to Ground
Input Offset Voltage
Input Offset
Voltage Drift
Input Offset Current
Input Offset
Cufrent Drift
Inpul Blas Current
Input Common-Mode
Voltage Ranga (Note 10)
Large Slgnal
Voltage Gaín
Output Voltage
Swing
Output Current
VOK
VouSource
Sink
Condltions
DC, VCM = OV to V* - 1.5V,
TA = 25'C
V* = 5V to 30V
{LM2902, V" = 5V to 26V),
TA = 25'C
f = 1 kHz to 20 kHz, TA = 25'C
(Input Referred)
VW* = IV, VW- = OV,
V" = 15V, V0 = 2V, TA B 25'C
VIH" = 1V, VJM* = OV,
V+ = 15V,V0 = 2V,TA = 25'C
v,N- = 1V, VIM* = ov,V = 15V, V0 = 200 mV, TA = 25'C
(Note5)V* = 15V,TA = 25'C
(Note 8)
Rs = on
IINM - liN(-]. VCM = ov
Rs = on
IINW or IIHÍ-)
V^ = +30V
(LM2902. V* = 26V)
V* = +15V
(Va5w¡ng = 1Vto1lV)
Rc2:2kQ
V* = 30V RL = 2 kil
(LM2902, V* = 26V) RL = 10 kíl
V* = 5V, RL = 10 kn
V0 = 2V VIH* = +1V,
Vw- = OV,V^=15V
vlfg- = +iv,V^ = OV,\r=isv
LM124/LM224
Min Typ Max
70 85
65 100
-120
20 40
10 20
12 50
40 60
7
7
100
10
40 300
0 V*-2
25
26
27 28
5 20
10 20
5 8
LM324
Min Typ Max
65 85
65 100
-120
20 40
10 20
12 50
40 60
9
7
150
10
40 500
0 V*-2
15
26
27 28
5 20
10 20
5 8
LM2902
Min Typ Max
50 70
50 100
-120
20 40
10 20
12 50
40 60
10
7
45 200
10
40 500
0 V*-2
15
22
23 24
5 100
10 20
5 8
Unlts
dB
dB
dB
mA
MA
mA
mV
uWC
nA
pA/'C
nA
V
V/mV
V
mV
mA
Note 4: ForoperatlngatWghtempeíatures, the IM324/LM324A/LM2902 must fae derated based on a +125'C máximum Junctlon temperatura and a therma resis-tance o( 88'C/W which apolles for the device soldered In a printed circuit board, operating In a still alr amblent The LM224/LM224A and LM124/LM124A can be de-rated based orí a +15G'C máximum Junctlon temperatura. The dlsslpatíon is the total of alIfourampWiers— use externa I reslstors, wh era possible, to allow the am-plrfíerto satúrate of to reduce Uie power which Is disstpated In the Integrated drcuit
Noto 5; Short clrcurts (rom the output to V* can cause excesslve heating and eventual destructlon. When consldering short circuits to ground, the máximum outputcurren! Is approxlmately 40 mA Independent of the magnitude of V*. At valúes of supply Voltage in excess of +15V, contlnuous short-clrcuits can exceed the powerdisslpatlon ratings and cause eventual destructíon. Destructive dlsslpaüon can result from slmultaneous shorts on all amplifiers.
Note 6: Thls Input current will ooly exist when the Voltage at any of the Input leads Is driven negatlve. It Is due to the collector-base Junctlon of the Input PNP tran-slstors becoming forward biased and thereby acting as ínput diode damos. ln add tion to thls diode action, there Is also lateral NPN parasltlc transistor action on the]C chlp. This trans stor action can cause the output voltages of the op amps to go to the V* voltage level (or to ground for a large ovefdrive} for the time duratíon thatan input ls driven negativo. Th s Is not destructíve and normal output states will re-establish when the ¡nput voltage, which was negativo, agaln retums to a valuégreater than -0.3V (at 25'C).
Note 7: These specifications are límlted to -55'C£TA:5+125'Cforthe LM124/LM124A. With the LM224/UM224A, all tempe ratu re specifications aie limited to -25'C£ TA £ +85'C, the LM324/LM324A temperature specfficatlons are limited to O'C ¿ TA £ +70'C, and the LM2902 specifications are mited to -40'C £ TA £ -t-85'C.
Note 8: V0 = 1.4V, Rs = On with V* from 5V to 30V; and over the full input common-mode rango (OV to V* - 1.5V) for LM2902, V* from 5V to 26V.
Note 9: The direction of the Input curren! Is out of the IC due to the PNP Ínput stage. Thls current Is essentlally constant, Independen! of the state of the output sono loading change exlsts on the input unes.
Nota 10: The Input common-mode voltage of either input signa! voltage shoutd not be allowed to go negatrve by more than 0.3V (at 25'C). The upper end of thecommon-mods voltage range ls V- 1.5V (at25'C), but either or both Inputs can go to +32V without damage (+26V for LM2902), Independen! of the magnitude ofV*.
Note 11: Due to proxlmlty of extemal components, Insure that coupling Is not origlnating via stray capacitance between these extemal parts. This typlcally can bedetected as this type of capacitance Increases at hlgher frequendes.
Note 12: Refer to RET5124AX for LM124A milltary specrfications and refer to RETS124X for LM124 military spedflcations.
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Electrical CharacteristicsNote 13: Human body model, 1.5 tíl in series with 100 pF.
Schematic Diagram (Each Ampi¡f¡er)
Typical Performance Characteristics
InputVoltage Range Supply Current
O 5 10 15
V* OR V - POWER SUPPLY VOLTAGE tiV^)
DS009Z99-W
Voltage Galn
-55-35-15 5 25 15 65 BS 105125
IA - TEMPERHURE (°C)DS009299-3S
Open Loop FrequencyResponso
10 20 ¿O
V* - SUPPLY VOLIACE {V^}
DSQO9Z&-X
Common Mode RejectionRatio
O 10 20 30 (O
V* - SUPPLY VOLIACt: {VQC)
I - FHEOUENCr (Hi)DSO09299.M
100 Jk lOk lOOk 1U
1 - FREOUENCY (Hi)
DS009I99-39
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Typical Performance Characteristics (continued)
Voltage Follower PulseResponso
„ ,ttr i
Output CharacteristícsCurrent Sourcíng
0.001 0.01 0.1 1 10 100
l£ - OUTPUI EGURCE CURRENT (mA~0
Input Current (LM2902 only)100 r-
Voltage Follower PulseResponse (Small Signal)
sao
Large Sígnal FrequencyResponse
1 - FREQUEHCT (Hi)DS009299-Í2
Output CharacteristicsCurrent Sinklng
Current Límiting
^ ao
|70
-5S-JJ5 -15 5 25 65 85 IOS 125
0.001 0.01 D.l 1 10 IDO
I0 - OUIPUT SINK CURREN! (mí ;)
Voltage Caín (LM2902 only)160
T, - IEUPERHUHE (°C)
DS009299-45
V+-5UPPLY VOLTAGE (Voc)
DSÜ09299J6
Application HintsThe LM124 series are op amps whlch opérate with only asingle power supply voltage, have true-differentíal Inputs,and remaín In the linear mode with an input common-modevoltage of O VQC. These amplifíers opérate over a wide rangeof power supply voltage with little change In performancecharacterísílcs. At 25*C amplífier operation Ís possíble downto a mínimum supply voltage of 2,3 VDG.
10 20 30
Y*-SUPPLY VDLTAGE (VDC)
The pínouís of the package have been deslgned to slrnpllfyPC board layouts. Inverting inputs are adjacent to outputs forall of the ampllfiers and the outpuís have also been placed atthe corners of the package (píns 1, 7, 8, and 14).Precautions should be taken to Insure that the power supplyfor the ¡ntegrated círcuit never becomes reversed ín polarityor that the unit ¡s not ¡nadvertently ¡nstalled backwards In a
wwiV.national.com
Application HíntS (Contlnued)
test socket as an unlimited current surge through íhe result-ing forward diode withln the [C could cause fusing of the in-íernal conductors and result in a destroyed unit.Large differential input voltages can be easily accommo-dated and, as input differential voltage protection diodes arenot needed, no large input currents result from large differen-tial input voltages. The differential input voltage may belarger than V" without damaglng the device, Protectionshould be provided to prevent the input voltages from goingnegative more than -0.3 VDC (at 25'C). An input clamp diodewith a resistor to the IC inpuí terminal can be used.To reduce the power supply drain, the amplifiers nave aclass A output stage for small signa! levéis which converts toclass B in a large signal mode. Thls allows the amplifiers toboth source and sink large output currents. Therefore bothNPN and PNP externa! current boost transistors can be usedto extend the power capabilíty of the basic amplifiers. Theoutput voltage needs to ralse approximately 1 diode dropabove ground to bias the on-chlp vertical PNP transistor foroutput current slnking appllcations.For ac applicatíons, where the load is capacítively coupled tothe output of the amplifier, a resistor should be used, fromthe output of the amplifier to ground to increase the class Abias current and prevent crossover distortion.Where the load ¡s dlrectly coupled, as in de appllcations,there Is no crossover disíortion.Capacitive loads which are applled directly to the output ofthe amplifier reduce the loop stability margin. Valúes of50 pF can be accommodated uslng the worst-case
Typical Single-Supply Applications
non-inverting uníty gain connection. Large closed loop gainsor resistive isolatíon should be used ¡f larger load capaci-tance must be driven by the amplifier.The bias network of the LM124 establlshes a drain currentwhich Is independent of the magnitude of the power supplyvoltage over the range of from 3 V^ to 30 VDC.Output short circuits eiíher ío ground or to the posítive powersupply should be of short time duration. Units can be de-stroyed, not as a result of the short circuit current causingmetal fusing, but rather due to the large Increase in IC chlpdissipation which will cause eventual faílure due to exces-sive junction temperatures. Putting direct short-clrcuits onmore than one amplifier at a time will Increase the total !Cpower dissipation to destructive levéis, ¡f not properly pro-tected with external dissipation limiting resistors in serieswith the output leads of the amplifiers. The larger valué ofoutput source current which Is avallable at 25'C provides alarger output current capabilíty at elevated temperatures(see typical performance chara cterlstics) than a standard [Cop amp.
The circuiís presented in the section on typical applicationsemphasize operation on only a single power supply voltage.If complementary power supplles are availabie, all of thestandard op amp circuits can be used. In general, introduc-ing a pseudo-ground (a bias voltage reference of V72) willallow operation above and below this valué In single powersupply sysíems. Many appücation circuits are shown whichtake advantage of the w!de input common-rnode voltagerange which Includes ground. In most cases, input biasing isnot requlred and input voltages which range to ground caneasily be accommodated.
= 5.0 VDC)
Non-lnverting DC Gain (OV Input = OV Output}
-rSV
V,K ImVJ
"R not needed due to lemperature Independen! I|jj
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Typical Single-Supply Applications (\ = 5.0 voc) (Continuad)
DC Summing Amplifier(VIN.S £ O Voc and V0 > VDC)
Power Amplifier
IDDk
W, O Wv 1
«Vi CKWW—J i „
im > mk
R -=rIDOk ~ I
w,o—W*—\
+V40—%A/V—'
Where: V0 - Vj + Vz - V3 - V4
(Vi + VJ s (V3 + V4) to k&ep V0 > O VD
LED Driver
O VDC forAV=10
"Bl-QUAD" RC Active Bandpass Füter
f0 = 1 kHzQ = 50AV= 100(40dB)
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Typical Single-Supply Applications (\ = 5.0 v^) (continuad)
Fixed Current Sources
Current Monitor
V0-
'(Increase Rl for IL small)
Lamp Drlver
Driving TTL
VAVW.national.com
Typical Single-Supply Applications (v- = 5.0
Voltage Follower Pulse Generator
Squarewave Osclllator Pulse Generator
LTLTL
Hlgh Compliance Current Sink
II
lo = 1 amp/vott VIN(Increase Rg for I0 smatl)
www.national.com
Typical Single-Supply Applications (\ = 5.0 vo
Low Drift Peak Detector
1NPUTCURRENTCOMPENSAD O N
Comparator with Hysteresis Ground Referenclng a Dífferentlal Input SIgnal
I
I
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Typical Single-Supply Applications (\ = s.o VD
Voltage Controlled Oscillator Circuit
O.GBuF
C' O—I I 14A >-H> I
•Wide control voltaga ranga: O Vpc S Vc £ 2 (V* -1.5 VD
Photo Voltaic-Cell AmpIIfier
{CELLHASOV ( ' -ACROSS IT) l *
DSO39299.23
AC Coupled Inverting Amplifier
i
•• — (As shown. Ay " 10)
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Typical Single-Supply Applications (\ = 5.0 VDC)
AC Coupled Non-lnverting Amplifíer
R1
11 (Aa shown}
fo = 1 k0 = 1Ai/= 2
'T
DC Coupled Low-Pass RC Active Filter
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Typical Single-Supply Applications (\ = 5.0 VD
High Input 2, DC Dífferential Amplifíer
Por— - — (CMRR depends on tiró resistor rato match)fíZ R3
As shown: Vo - 2<VZ - Vi)
Hígh Input Z Adjustable-GainDC Instrumentaron Amplifier
If R1 - R54R3 - R4 - R6 - H7 {CMRR depends on match)
As shown V0- 101 (V2 -V,)
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Typical Single-Supply Applications (\ - 5.0 VDC) (continuedj
Uslng Symmetrical Amplíflers toReduce Input Current (General Concept)
Bridge Current Amplifier
For 5 « 1 and R| » H
INPUTCURBENTCGMPENSATION
Bandpass Active Filter
wvw.national.com
PhySÍCal DimenSÍOnS ¡nches (mllllmeters) unless otherwise noted
0.7B5
RT1 fñlU.U¿!)
(Q.B35)~^\RAO >O
LU LU
0.290-0.320 Q.QQS |
(7
(4.572) ' A i/
iK
^6G-a.l28} P.127J I GLASS
(19.939)' —MAXnn f«i fiíi m m
i
LU LU LU LU LU
0.060 ±0.005
1 (1.524 ±0.127) 1 |
r- 1 ífirtnrtrtrtn=_f 35° ±5" V, fl6°940 TYP * LJ L J
0°MAX \ O.OD8-O.D12 |l
310-0.410 | (0.203-0.305) i
(7.874-10.41) "•">« __ [__(2.483) ~^ ^~
MAX BOTH ENDE
\f\f\A /
0.01 B ±0.003 II
(0.457 ±0.076) "
(2.540 tO .254) £j
MI
Ceramíc Duai-ln-Line Package (J)
Order Number LM124J, LM124AJ, LM124AJ/883, LM124J/883, LM224J, LM2
NS Package Number J14A
0.335-
]
0.150-0.157(3.S10-3.9M
O.D10-0.020
l°'2M~0l50'í J
J (M
o.ooa-o.oio
[B.509-
H 13 1? )1
f fl A fl PO.Z2B-D.2"
S'79I[ UOuáí"f y u u u
1 2 3 *
.220-0.310
.588-7,874)
0.200
(5.080)
MAX Q.02o_o_Q6o
1 (0.508-1.524)
t1
t
0
11 JHMBÉVQI
24AJ or LM324J
a.wB.73S) *"
10 9 B
fl fl A
>5 6 7 T
Í21Í.MAX(0.2H)
)0.053-0.069
(U16-1JS3)B-MAXT1P 1
— ALL UADS —I .
3U, í WM J fcfeU3£LT~ FLAHE t 1 1T O'°i* ^^r. 1
TÍPALULEADS Q.OM " ™ (D.Í06-1.I7C) TrP
pjóf TTPALL LEAOS ~H.Ati l£AD UPS
S.O. Package (M)
Order Number LM324M, LM324AM or LM2902M
NS Package Number M14A
0.00*-O.D10
D.OH-O.D2Q ftf1 (0.356-0.508)
"*' 'la' 7031 nf
www.national.com
PhySÍCal DimenSÍOnS inches {millimeters) unless otherwise noted (Continuad)
r»i (ni luí f«i no) m r n
IOENT bJ LU yj L±I M/LU LU
D.Q9Z O.OM MM
[Z.337J (0.7S! DEÍ-TK
OPJION 1
Molded Dual-ln-LIne Package (N)Order Number LM324N, LM324AN or LM2902N
NS Package Number N14A
0.026TYP
0.0060.00*
TYP
S:SSÜ0.050Í0.005
TYP
0,280 MAXGLASS
-H
PIN #1I CENT
ÍI
0.005 U I N TYP
0.3700.250
0.2600.235
0.3700.250
0.045 MAXTYP
0.012' 0.008
VI4B (REV J)
Ceramic Flatpak PackageOrder Number LM124AW/883 or LM124W/883
NS Package Number W14B
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Notes
LIFESUPPORTPOLICY
NATIONAL'S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTE 1N LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERALCOUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:
1. Ufe support devices or sysíems are devices orsystems which, (a) are ¡ntended for surgícal implantinto the body, or (b) support or sustaín ufe, andwhose failure to perform when properly used ínaccordance with ínstructions for use provided ¡n thelabeling, can be reasonably expected to result in asígnifícant ¡njury to the user.
A critical component is any component of a lifesupport devíce or system whose failure to performcan be reasonably expected ío cause the failure ofthe life support device or system, or to affect itssafety or effectiveness.
co
NJCOo
o
•ooCD^OcQ>Q.
OTJ(t>-iCui-*-
o'D
3•g_EíiCD'-u>
Natlonal Somlconauctor
Ame ricasTal: 1-800-272-9953Fax: 1-800-737-7018EmaU; [email protected]
ww.naUonal.cool
National S«Europa
Fa)
Franjáis TeItaliano Te
'49 (0} 1 80-530 85 86europe.su [email protected]+49 (0) 1 BO-530 B5 85+49 (0) 1 BO-532 7B 32+49 (0) 1 80-532 93 58+49(0)180-5341680
Asia Pacific CUílortwfRaspón»» GroupTal; 65-2544466Fax: 65-2504466Emall; saa.support@nsacom
Japan Ltd.T*1: 81-3-5639-7560Fax: 81-3-5639-7507
Nabonal boes ix>( a&sufm anyrespcnsíbí%(of use of any drculiry itesoibed. no omH patenl licenses are Impüed andNalioial reserves tnerighl al any orne «íioU nobce tocrange said drcuilry and spadficaDciis.
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
ANEXO CResumen de especificaciones Técnicas
DISEÑO EIMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA EPN
ELEMENTO
Dispositivo moduladorZAMIQ-895M
Mezclador ZLW-2
Oscilador controlado porvoltaje ZOS-1 025
Módulo convertidor deniveles
Equipo principal detrabajo
Fuente de alimentación
PARÁMETRO
Rango de frecuenciasPotencia máxima deentrada en RFNivel de corrientemáximo en puerto dedatosImpedancia de puertosRFConectoresFrecuencia de operaciónRFOscilador Local LOEntrada recomendadaLOConectoresFrecuencia intermedia IFEntrada máxima RFFrecuencia de trabajoPotencia de salida
Voltaje de controlSensibilidadCorriente máxima dealimentaciónVoltaje de alimentaciónAlimentaciónEntrada de datos
AlimentaciónReloj de sistemaMemoria RAMMemoria ROMComunicación serialDisplay
tecladoMemoria EpromINOUT
VALOR DEESPECIFICACIÓN
868-895 Mhz50mW-17dBm
+/- 20 mA
50 ohmios
SMA hembra1-1000MHz
1-1000MHz+7dB'
SMA hembraDC-IOOOMHz+1dB685-1 025 MHzPrincipal +8. dBmAuxiliar -13 dBm1-16 voltiosSOMHzA/140mA
12 voltios-t-5,-5,0 voltios DCPor un conector de 40pines conectado a!módulo principal+5,+12,-12 voltios DC12MHz8 Kbytes8 KbytesRS-232Cristal líquido, 16caracteres por 4 líneasMatriz de 16 interruptores64 Kbytes110Vac+5, +12, y-12VDC
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULADOR I&Q
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