Импульсные и цифровые демодуляторы

В системах связи приемники представляют весьма сложную структуру, реализующую обработку принятых сигналов, как правило, цифровыми методами.

Импульсный фазовый детектор на логических элементах. В импульсном фазовом детекторе на логических элементах ФМ-колебание преобразуется в поток импульсов, скважность которых зависит от фазы входного сигнала. На рис. 5.24 показаны схема фазового детектора и диаграммы, поясняющие его работу. Фазовый детектор содержит два входа: на один поступает ФМ-сигнал ы_фм(0 (рис. 5.24, б), а на другой — импульсное опорное напряжение и₀₁₁(?) (рис. 5.24, г). ФМ-сигнал и опорное напряжение подаются на устройства формирования УФ, и УФ, соответственно, в качестве которых используются импульсные компараторы (импульсный компаратор — устройство, сравнивающее два входных сигнала по амплитуде). На выходах УФ возникают последовательности прямоугольных импульсов м, и и₂ (рис. 5.24, в, д) с длительностями, равными положительным иолупсриодам ФМ-сигнала и опорного напряжения.

Рис. 5.24. Импульсный фазовый детектор на логических элементах:

а — схема; б — е — временные диаграммы Сформированные напряжения и, и и₂ поступают на элемент И-НЕ (схема И отражается знаком «&», а схема НЕ — кружком отрицания на выходе элемента).

Импульсное колебание м_и амплитудой U₀ на выходе этого элемента формируется только при одновременном действии напряжений и, и и₂ (рис. 5.24, е). ФНЧ выделяет из этого напряжения постоянную составляющую, амплитуда которой (/, определяется по формуле (можно вывести самостоятельно).

Согласно формуле (5.23) выходное напряжение (7_С фазового детектора линейно зависит от сдвига фазы ФМ-сигнала относительно фазы опорного напряжения.

Цифровой фазовый детектор на //Г-триггере. Проанализируем процессы детектирования так называемого знакового сигнала, представляющего собой последовательность потенциальных импульсов (единиц) и пауз (нулей). Аналогами таких колебаний являются сигналы с ШИМ или ФИМ. Рассмотрим фазовое детектирование периодической последовательности прямоугольных импульсов (рис. 5.25). Заметим, что задержка на некоторое время х периодического сигнала с периодом следования Т эквивалентна повороту его фазы на определенный угол (р = 2пх/Т.

Простейшая схема цифрового фазового детектора (ЦФД) приведена на рис. 5.25, а. ЦФД выполнен на /^-триггере (77), к выходу которого подключен фильтр нижних частот (конденсатор С с нагрузкой). На рис. 5.25, б показаны временные диаграммы знакового сигнала м_фм (ФМ-колебание), тактовой последовательности импульсов и_0[1 (т.с. опорного напряжения, с фазой которого сравнивается фаза знакового сигнала) и сигнал U{t) на выходе ЦФД. Импульсный сигнал Q на выходе/К-триггера соответствует его таблице истинности. Как следует из временных диаграмм напряжений, длительность выходных импульсов триггера пропорциональна временному (или фазовому) сдвигу между сигналами и_фьл и и_оп. Напряжение на выходе ЦФД U (t) формирутся путем сглаживания импульсов Q в Ф11Ч.

Рис. 5.25. Цифровой фазовый детектор на /К-триггере:

а — схема; б — временные диаграммы Цифровые фазовые детекторы можно построить и на других схемах: элементе «Исключающее ИЛИ», /?5-триггере и пр. С помощью этих схем просто получить длительность выходных импульсов, прямо пропорциональную временной задержке между сигналами м_фм и м_оп, после чего сгладить эти импульсы в ФНЧ. На рис. 5.26, а в качестве примера приведена схема ЦФД на элементе «Исключающее ИЛИ» (сумматор по модулю 2). Временные диаграммы работы ЦФД показаны на рис. 5.26, б. В схеме напряжение у, сформированное в схеме «Исключающее ИЛИ», подается на ФНЧ.

Напряжение U (t) на выходе ФНЧ пропорционально сдвигу ФМ-сигнала относительно опорного и_оп. Детектор более помехоустойчив, чем ЦФД на триггере. Дело в том, что практически все триггеры срабатывают по фронтам импульсов, поэтому в случае «дребезга» этих фронтов («дребезг» — случайное переключение триггера помехой при отсутствии входного сигнала) выходной сигнал ЦФД может быть искаженным. Напротив,.

Рис. 5.26. Цифровой фазовый детектор на элементе «Исключающее ИЛИ»:

а — схема; б — временные диаграммы схема «Исключающее ИЛИ» работает, но уровням входных сигналов, поэтому короткие шумовые или помеховые импульсы, приводящие к «дребезгу» фронтов этих сигналов, не могут заметно исказить выходное напряжение.

Цифровой частотный детектор. Процедура цифрового частотного детектирования знакового сигнала оказывается очень простой (рис. 5.27). Схема цифрового частотного детектора (ЦЧД) приведена на рис. 5.27, а. Она включает в себя формирователь импульсов нормированной длительности на логических элементах И-НЕ, работающий по одному или обоим фронтам импульсного знакового сигнала, и фильтр нижних частот. Временные диаграммы напряжений в схеме показаны на рис. 5.27, б.

Рис. 5.27. Цифровой частотный детектор на элементах «И-НЕ»:

а — схема; 6 — временные диаграммы Формирование цифровым частотным детектором импульсов нормированной длительности может выполняться несколькими способами. В данной схеме детектора это формирование основано на задержке распространения импульсно-модулированного сигнала и_чм(?) по цепочке последовательно включенных логических элементов И-НЕ. Верхняя ветвь формирователя обеспечивает генерирование импульса по переднему фронту, а нижняя — по заднему. Сформированные по фронтам последовательности импульсов подаются на схему И-ИЛИ-НЕ. Выходной сигнал u_n(f) этого логического элемента поступает на ФНЧ. Нетрудно заметить, что низкочастотная составляющая выходного напряжения оказывается пропорциональной частоте входного сигнала.

Рассмотренный ЦЧД не обязательно требует перевода непрерывного (модулированного) сигнала в знаковый, а последнего в импульсный. Часто непрерывный сигнал преобразуется непосредственно в импульсный. Такой детектор называют импульсно-счетным.