• بازدید : 57 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۱صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد یر است:

ازسال ۱۹۶۰ با توجه به توسعه نيمه هادي ها ، پردازش اطلاعات به صورت ديجيتال اهميت بيشتري پيدا كرد و ساخت و استفاده از مدارهاي آنالوگ روبه افول گذاشت . با پيدايش ميكروپروسسورها انقلابي در زمينه پردازش ديجيتال به وقوع پيوست كه تا ده سال پيش از آن حتي قابل تصور نبود . 
تقريباََ تمام اطلاعات مورد پردازش پارامترهاي فيزيكي اي هستند كه در اصل ماهيت آنالوگ دارند ، مانند : فشار، دما ، سرعت ، شتاب ، شدت نور ، … بنابراين درهرمورد اين اطلاعات آنالوگ با استفاده از مبدلهايADC  به معادل ديجيتالشان تبديل شوند . 
تبديل آنالوگ به ديجيتال در سيستم هاي پردازش سيگنال : 
بطور كلي فرايند تبديلA/D يك سيگنال آنالوگ نمونه برداري شده و نگهداشته شده را به يك كلمه ديجيتال كه نماينده سيگنال آنالوگ است تبديل مي كند . تاكنون چندين مبدل آنالوگ به ديجيتال ساخته شده كه هريك مشخصات مربوط به خود را دارند .
مهمترين اين مشخصات عبارتند از : سرعت ، صحت ، هزينه .  
قبل از هر چيز بايد متذكر شويم كه عمل تبديل آنالوگ به ديجيتال احتياج به صرف زمان بيشتري از تاخير مبدلهاي D/A دارد ؛ تا وقتي كه تمامي بيتهاي مقدار ديجيتال به دست نيامده اند ، مقدار آنالوگ (ورودي ) نبايد تغيير كند . ولي ، مي دانيم كه تغييرمي كند ؛ چاره اين است كه در فواصل زماني معين نمونه هايي از دامنه سيگنال آنالوگ بگيريم و بدون تغيير ذخيره نماييم و پس از ارزيابي كامل نمونه را حذف و نمونه جديدي را تهيه و ذخيره كنيم . اين عمل توسط مداري به نام مدار نمونه گير و نگهدارنده ۱(S/H) انجام مي گيرد . اين مقدار بايد قبل از مبدلهاي A/D در مدار قرارگيرد . شكل يك صورت نمايشي از يك مدار S/H را نشان مي دهد . 
عمل نمونه گيري و نگهداري (S/H) معمولاً به وسيله يك سوئيچ براي نمونه برداري و يك خازن براي نگهداري و يك ‚‚ ميانگير،، براي جلوگيري از تخليه خازن انجام مي شود . به اين ترتيب كه سوئيچ S1 در لحظه خاصي بسته مي شود و خازن C را در زمان كوتاهي به وسيله سيگنال آنالوگ شارژ مي كند . اين زمان به قدري كوتاه است كه در طول آن دامنه سيگنال آنالوگ تغيير چنداني نمي كند . وقتي سوئيچ ۱S باز مي شود . خازن به موازات خود امپدانس بزرگي مي بيند و لذا نمي تواند تخليه شود . ضمناً ، در طرف ديگر خازن نيز ميانگير به كار گرفته شده است كه با امپدانس ورودي زياد خود مانع تخليه خازن از آن طرف مي شود . در صورتي كه خازن به وسيله سيگنال نمونه ورودي شارژ كامل شود (ولتاژ آن به اندازه دامنه نمونه باشد ) ، سيگنال نمونه جديد (كمتر يا بيشتر از قبلي) دو باره آن را به اندازه جديد تغيير مي دهد . ولي ، اگر عرض بالس آنقدر كم باشد و يا خاذن جمع آنقدر بزرگ باشد كه فرصت شارژ كامل بدست نيايد (عرض پالس كمتر از T )  ، ولتاژ جديد روي ولتاژ قبلي در خازن جمع و ذخيره مي شود ، كه در نهايت اين ولتاژ بستگي به ولتاژ قبلي خواهد داشت . در چنين حالتي ، بايد سوئيچ ۲S  را به خازن اضافه كنيم تا پس از خاتمه تبديل و قبل از نمونه برداري بعدي ، با اتصال كوتاه كردن خازن باعث تخليه آن شود . اين مدار را مي توان به صورت جزء به جزء ساخت ، ولي ، ضمناً مدارهاي مجتمعي به نام S/H وجود دارند كه دقيقاً همين اعمال را انجام مي دهند . 
عمل تبديل سيگنال آنالوگ به ديجيتال شامل چهار مرحله متوالي نمونه برداري  ، نگهداري و سپس ، ارقامي كردن و رمزكردن است ، كه اين اعمال لزوماً به صورت جداگانه انجام نمي شود . بلكه به طور معمول عمل نمونه برداري و نگهداري به طور همزمان به وسيله يك مدار S/H و عمل تبديل به رقم و رمز نيز به وسيله قسمت اصلي مدار A/D انجام مي شود . حال چند نمونه معمول اين مبدل شرح داده مي شود . 
. مدار نمونه گير و نگهدارنده S/H .
۱ – مبدل موازي : 

سريعترين مبدل A/D مي باشد و از تعدادي مقايسه كننده تشكيل شده كه هر يك ولتاژ آنالوگ ورودي را با كسري از ولتاژ مرجع مقايسه مي كند ، بنابراين براي ساخت يك مبدل ۸ بيتي به اين روش نياز به ۲۵۵ مقايسه كننده مي باشد .  
ولتاژ مرجع در بالاي مقسم مقاومتي بايد برابر حداكثر ولتاژ آنالوگ ورودي (Vm) باشد . سيگنال آنالوگ كه بايد مقدار آن ارقامي شود به همه مقايسه كننده ها به طور موازي و همزمان اعمال مي شود . خروجي هركدام از مقايسه كننده ها هنگامي در ‌‌‚‚۱،، منطقي قرار مي گيرد كه ولتاژ ورودي مثبت آن بزرگ تر از ولتاژ مرجع در ورودي منفي اش شود . 
همينطور كه ملاحظه مي شود ، دراين نوع مبدل براي n  بيت احتياج به ۱- ۲ عدد مقايسه كننده داريم . در نتيجه ، صرف نظر از اشكالاتي كه در تنظيم هر مقايسه كننده داريم . تعداد مقايسه كننده ها آنقدر زياد مي شود كه از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست . (البته مدارهاي مجتمعي به بازار آمده است كه از اين روش استفاده مي كند و تعداد زيادي هم مقايسه كننده در آنها به كار رفته است . ولي بسيار گران هستند )ونيز براي n  بيت تعداد ۲ حالت وجود دارد كه مستلزم تهيه ۱-۲ (به تعداد مقايسه كننده ها ) ولتاژ مرجع مختلف است . اين ولتاژها بايد بسيار دقيق باشند و در حين مقايسه ، دراثر تغيير جريان ورودي مقايسه كننده كم و زياد نشوند (يعني امپدانس منبع آنها كم باشد ) . 
. مبدل موازي ( مدار FLASH  ) . 
۲ – مبدل موازي متوالي : 

اين مبدل در واقع ازبستن متوالي دو يا چند مبدل موازي ساخته مي شود . علت اصلي چنين كاري را مي توان به اين صورت روشن كرد : هر مبدل موازي احتياج به ۱- ۲ عدد مقايسه كننده دارد . حال اگر نيمي از بيتهاي تبديل را در يك مرحله تعيين كنيم و نصف ديگر را در مرحله ديگر . اگر چه زمان تبديل حدوداً دو برابر مي شود ولي تعداد مقايسه كننده ها به مقدار قابل توجهي كم خواهد شد . البته . براي اينكه مبدل دوم همان بيتهاي مبدل اول را به دست نياورد ، بايد بيتهاي خروجي مبدل اول را به وسيله يك D/A به آنالوگ تبديل كنيم و آن را از ولتاژ آنالوگ ورودي كم كنيم .  
نكته ديگري كه بايد گفت اينستكه اگر حساسيت مقايسه كننده ها بيش از حد لازم باشد ، نويز در زماني كه سطوح ولتاژ ورودي به يكديگر نزديك هستند باعث نوسان و خروجي مدار مي شود . از طرف ديگر ، وجود تعداد زيادي مقايسه كننده در مبدل نيز اشكالات را به همان نسبت زياد مي كند .
. مدار مبدل موازي متوالي ( نيمه موازي ) .
۳ _ مبدل VTF  : 
الف) مبدل غير همزمان و بدون پالس ساعت . 
نوعي مبدل موازي با ولتاژهاي آستانه متغيير است كه براي تعيين هر بيت در خروجي فقط به يك مقايسه كننده نياز دارد و احتياج به مدار منطقي اضافي براي ارقامي كردن خروجي مقايسه كننده ها هم ندارد . مزيت سيستم VTF نسبت به ساير انواع A/D  ، قدرت تبديل با سرعت زياد در كنار سادگي طرح و ارزاني آن است . اساساً ، سيستم VTF ، يك نوع مبدل نيمه موازي است كه در آن از فيدبك استفاده شده است . افزودن فيدبك ، شمار مقايسه كننده ها را براي سيستم n بيتي از ۱- ۲ به n كاهش مي دهد . دراين روش نيز ، همانند روش موازي ، ولتاژهاي آستانه مقايسه كننده ها ابتدا در وزنهاي دودويي ولتاژهاي مرجع تنظيم شده است ، به طوري كه ولتاژ آستانه MSB برابر ۲/Vref ، براي بيت بعدي (دومين MSB) برابر ۴/Vref و براي بيت سوم برابر ۸/Vref ، و به همين ترتيب براي بقيه است . 
شكل رسم شده  ، VTF را براي يك مبدل سه بيتي نشان مي دهد . طرزكارسيستم ، اگرهركدام از مدارهاي تعيين كننده ولتاژ آستانه را به عنوان يك D/A  در نظر بگيريم ، به آساني مشخص مي شود . در اين صورت ، براي اولين بيت (MSB) تنها يك D/A يك بيتي ، براي دومين بيت يك D/A  دوبيتي ، براي سومين بيت يك D/A  سه بيتي و به همين ترتيب…، لازم است . 
چون در سيستم VTF ، اول مهمترين بيت (MSB) تعيين مي شود و بعد دومين و سومين و غيره ، اگر خروجيA/D را قبل از آنكه جواب به طور كامل تبديل شده باشد به كار ببريم ، خطا فقط در بيتهايLSB    خواهد بود و در نتيجه حتي اگر سيستم به طور كامل عمل تبديل را انجام نداده باشد ، بازهم اطلاع مفيد ولي نا كامل در باره سيگنال آنالوگ به ما خواهد داد ، درصورتي كه ساير مبدلهايA/D   با داشتن چنين سرعتي (سرعت زياد ) ، اگر قبل از كامل شدن عمل تبديل خروجيشان مورد استفاده قرارگيرد ، داراي خروجي غيرقابل پيش بيني خواهند بود . 
سيستم فوق به طور غيرهمزمان و بدون پالس ساعت همگام كننده عمل مي كند ، دراين سيستم ، خروجي مبدل ، ورودي را دنبال مي كند و ممكن است در حين تبديل ، چنانچه سرعت تغييرات ورودي بسيار بالا باشد ، به حالتهاي غلط هم برود . 
ب) مبدلVTF  همگام . 
درصورت نياز به سرعتهاي بالاتر ، مي توانيم به وسيله افزودن مدارهاي تاخير ديجيتالي به اضافه يك زمان تاخير آنالوگ ، سيستم همگامVTF   رابسازيم . مزيت آن اين است كه بعد از زمان تاخير انتشار يك تبديل در ابتداي كار سيستم ، از آن پس خروجيA/D   با هر پالس ساعت يك تبديل كامل را انجام مي دهد . 
در سيستم VTF غير همگام سيگنال ورودي تا پايان عمل تبديل بايد ثابت بماند ، در صورتي كه در سيستم VTF همزمان ، هر خروجي در يك فليپ فالاپ ذخيره مي شود و خروجي فليپ فلاپ براي تعيين بيتهاي بعدي انتقال مي يابد . به اين ترتيب ، بيتهاي قبلي مي توانند بدون اينكه منتظر كامل شدن عمل تبديل شوند ، خروجي جديد داشته باشند . بنابراين ، مبدل مي تواند بعد از يك نأخير اوليه كه مدت n  پريود ساعت طول مي كشد ، در هر پريود ساعت يك تبديل كامل از موج ورودي را انجام دهد .  
باتوجه به مطالب فوق ، سيستمVTF  ، با حداقل اجزا ، ساده ترين ،  ارزانترين و در عين حال از سريعترين مبدلهايA/D  است كه با توجه به تكنولوژي امروز قابل ساخت است .
. مبدل موازي با ولتاژ هاي آستانه متغيير .
. مدار همگام VTF با پالس ساعت .

۴ – مبدل تقريب تدريجي :

دراين مدار ، در ابتداي يك سيكل تبديل ، سيستم اين مبدل , با اولين پالس ساعت اولين بيت خروجي ( MSB ) خود را در خروجي آماده كرده و همچنين آن را به مبدلD/A  اعمال مي كند . سپس ،SAR  منتظر مي ماند تا يك سيگنال از مقايسه كننده كه نشان مي دهد ، آيا خروجي D/A بزرگتر يا كوچكتر از ولتاژ ورودي است ، به آن وارد شود . اگر خروجي مقايسه كننده ‌‌‘‘ ۱  ‘‘ باشد به معني آن است كه خروجيD/A  ازVin كوچكتر است وSAR  ، بيتMSB   را‘‘۱  ‘‘ نگه مي دارد . اگر مقايسه كننده داراي خروجي ،،O ،، باشد ، به اين نتيجه مي رسيم كه خروجي D/A بزرگتر از Vin است و سيستم مبدل (SAR ) ، پروزن ترين بيتMSB  ، را ،،O،، خواهد كرد . در هر صورتSAR  ، در پالس ساعت بعدي ، بيت دوم از نقطه نظر وزن را ،،۱ ،، خواهد كرد و سپس در پالس بعدي ساعت ، متناسب با خروجي مقايسه كننده آن را همچنان برابر ،،۱ ،، نگاه مي دارد يا ،،۰ ،، خواهدكرد . يه همين ترتيب SAR تا كم وزن ترين بيت (LSB ) را به نوبت امتحان خواهدكرد و اگر خروجي D/Aكوچكتر از Vin باشد بيت را ،،۱  ،، نگاه مي دارد و در غير اين صورت را ،،۰ ،، خواهدكرد . براي تعيين مقدار دودويي هر بيت فقط يك پالس ساعت احتياج است . بعد از پايان اين مرحله ،SAR  پيام پايان عمل تبديل (EOC )  را خواهد فرستاد كه نمايانگر آن است كه خطوط خروجي حاوي جواب صحيح اند . 
مزيت مهم مبدلA/D تقرب تدريجي ، اين است كهN  بيت ريزنمايي ، فقط به وسيلهN  پالس ساعت قابل حصول است ؛ به عنوان مثال يك نمونهSAR   ، ۸ بيتي ، در مقايسه با يك نمونه مبدل شمارنده مشابه ۸ بيتي كه براي تبديل يه طور متوسط به ۱۲۸ پالس ساعت نياز دارد ، فقط به ۸ پالس ساعت احتياج دارد .
عيب عمده اين مبدل ، احتياج آن به يك مبدل D/A است ولي ، در عوض سرعت و دقت بالايي دارد .
. نمودار بلوكي مبدل سه بيتي A/D با روش تقرب تدريجي .

۵ – مبدل شمارنده : 

نحوه كار به اين صورت است كه ابتدا شمارنده شمارش را از۰ به سمت بالا شروع مي كند . يك مبدل D/A حاصل شمارش را به معادل آنالوگ آن تبديل مي كند . 
مقايسه كننده اين مقدار را با مقدار ولتاژ ورودي مقايسه مي كند . خروجي مقايسه كننده به بخش كنترل رفته و هرگاه سيگنال خروجيD/A  برابر ورودي آنالوگ شد مقايسه كننده به شمارنده فرمان توقف در شمارش مي دهد . 
مشكل اينستكه در نهايت خروجي حولVx  نوسان مي كند و مقدار ثابتي نمي باشد ، كه اين مسئله باعث خطاي آخرين ديجيت مي شود و با توجه به بالا بودن فركانس (براي شمارش سريع ) فركانس اين نوسانات زياد است 
  • بازدید : 47 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۱صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

در مدولاسيونMPSK اختلاف فقط در فاز پالس ها است و در مدولاسيون MASKاختلاف فقط در دامنه پالس ها است ولي درمدولاسيونMQAM اختلاف در فازو دامنه پالس ها است.
لازم به ذکر است که  M=2 پالس ها و لذا سيگنال متشکل از آنها را مي توان به دو مولفه سينوسي _ کسينوسي تجزيه کرد يعني در اين حالت هم سيگنال نظيردو مدولاسيون DSB است يکي با  و ديگري با   به اين دليل به آن QAM گفته مي شود.
مدولاسيون MQAM همانطور که گفته شد داراي دو کارير مي باشد که يکي دقيقا با ْ۹۰ درجه اختلاف فاز نسبت به ديگري وجود دارد. همانطور که در شکل زير ديده مي شود٬ابتدا دو مولفه I وQ در مدولا تور QAM به صورت زير توليد مي شود:
در يک سيستم مخابراتي ديجيتال سيگنالهاي ورودي به مودم يک رشته سيگنال از يک منبع ديجيتال يا يک کد گذار کانال.اگر هر چند هم که سيگنال ورودي به مودم بوسيله يک منبع آنالوگ توليد شده باشد ٬  بايد قبل از قرار گرفتن در جايگاه نمونه برداري به پهناي باند B محدود شود.طبق قضيه نايکوئيست  حتما فرکانس نمونه برداري بايد دو برابر پهناي باند باشد  .
به عنوان مثال بيشترين انرژي يک سيگنال صدا در فرکانس زير   متمرکز شده و از اين رو سيگنال هاي صحبت به طور نوعي داراي يک فيلتر پايين گذر با پهناي باند   هستند و اين يک سرعت نمونه برداري براي فرکانس   يا بالاتر را طلب ميکند.  لازم به ذکر است که اغلب سيستم هاي مخابراتي براي انتقال صدا از سرعت نمونه برداري براي فرکانس   استفاده مي کنند.
بعد از اين مقدمه ما به شرح هر يک از بلوک هاي به کاررفته در يک مودم   مي پردازيم: 
۳-۳- بخش فرستنده:
_مبدل انالوگ به ديجيتال:
مبدل آنالوگ به ديجيتال ( (ADCسيگنال با باند محدود را به منظور انتقال و عمل ديجيتال کردن آن ميگيرد و هر سطح کوانتیزاسیون آنالوگ را در هر بار نمونه برداري به يک سطح کوانتیزاسیون مجزا تبديل مي کند .
به عنوان مثال در يک مبدل آنالوگ به ديجيتال ۸ بيتي به ازاي هر سطح کوانتیزاسیون جدا شده يک پاسخ باينري ۸ بيتي در خروجي داريم.نمودار زير بيانگر نوع عمليات در يک  ADC مي باشد:
اختلاف بين سيستم هاي مخابراتي ديجيتال و اغلب سيستم هاي مخابراتي آنالوگ سنتي در بکارگيري تکنيک انتقال سيگنال مي باشد. در يک راديو آنالوگ سيگنال فرستاده شده به صورت مستقيم مدوله شده و اغلب با ضرب ساده با کارير حمل مي شود.در طرف ديگر سيستم هاي ديجيتال بيشتر از مدولاسيون همبستگي استفاده مي کنند که مي تواند ديتاي ورودي را با کيفيت خوب بر روي کارير نگاشت مي کند. با وجود پيچيدگي سيستم ديجيتال استفاده از تکنيک ديجيتال به اين علت است که لينک ديجيتال مي تواند سيگنال پردازش شده را با خطاي کمتري تحويل دهد در حاليکه در سيستم آنالوگ به دليل وجود هميشگي نويزهاي گوسي در وسائل و تجهيزات شاهد افت اطلاعات هستيم.
_بخش :Mapping   
در عمل   Mappingبيتهاي اطلاعات بر روي رشته هاي مدوله شده با کاريرهاي I وQ  قرار دارند و نقش اساسي در تعيين مشخصات يک مودم را بازي مي کنند.
Mapping  مي تواند به وسيله يک دياگرام که دياگرام فضاي حالت ناميده مي شود نشان داده شود. يک چنين دياگرامي از از يک منحني دو بعدي حاصل مي شود که دامنه هاي لول هاي  IوQ در هر يک از نقاط منحني مشخص شده باشد .براي يک مدولاسيون دامنه باينري ساده دياگرام آن داراي دو نقطه ميباشد که هر دو در طرف مثبت محور Xها قرار دارد.
دامنه منفي در اصل نشان مي دهد که در انتقال يک سيگنال يک شيفت فازي به اندازه ۱۸۰ درجه انجام شده است. نقاطي که در روي دياگرام شيفت فازي پيدا  مي کنند مي توانند براي ما اين نکته را توصيف کنند که اين نقاط هم داراي فاز و هم داراي دامنه مي باشند که دامنه نشان دهنده خاصيت مغناطيسي کارير فرستاده شده مي باشد و فاز نشان دهنده شيفت فازي از کارير نسبت داده شده به اسيلاتور محلي در فرستنده مي باشد. در اين دياگرام مولفه هاي  (Inphase) IوQ(Quadrature) به ترتيب در روي دو محور  XوY قرار دارند. ودر يک دياگرام مربعي ۱۶QAM که در شکل زير نشان داده شده است هر نقطه با يک سمبل ۴ بيتي نشان داده شده است:
که شامل بيتهاي هم فاز   و  و بيتهاي تربيعي  و  مي باشد که به منظور ترکيب  و و و  در ميان آنها قرار داده شده است.
مولفه هاي  IوQ موجود در ربع چهارم بوسيله بيتهاي ۰۱ و  00 و ۱۰ و۱۱ کدبندي گري شده اند و لول هاي آن ها نيز به ترتيب d3 وd و-d وd3- ميباشد.
محاسبه مقدار متوسط انرژي در چنين دياگرامي به صورت زير مي باشد:
 
هر شکل دهي ديگري براي ۱۶QAM که مانند دياگرام بالا نباشد باعث افت انرژي مي شود.بنابراين ما ادعا مي کنيم که يک انرژي نويز پايدار براي نسبت سيگنال به نويز لازم است تا به همان سرعت خطاي بيت (BER)  که بالا نيز خواهد بود برسيم.
فاصله Hamming بين هر دو نقطه در بيتهاي Mapping  براي آن نقاط متفاوت است٬ بنابراين نقاطي که به صورت ۰۱۰۱  و  0111  نمايش داده شده اند يک فاصله Hamming  از ۱ و نقاطي که به صورت ۰۱۰۱ و ۰۰۱۱ نمايش داده شده اند داراي چنين فاصله اي از ۲ مي باشد.
هر زماني که فازور انتقال داده شده توسط نويز دچار آسيب گردد٬  اين کد گذاري گري مي باشد که اين تخريب را به اندازه کافي فراهم مي کند که در نتيجه اين عمل به غلط به عنوان يک نقطه فضاي حالت مجاور مشخص مي شود که بعدا اين دمدولاتور مي باشد که يک فازور با يک خطاي بيت را انتخاب مي کند٬ اين امر احتمال خطا را کاهش مي دهد.
در شکل زير ما منحني از يک توالي چهارتايي از مولفه I را که توسط Mapper توليد شده است را مشاهده مي کنيم:
 
شکل۱۹:نمایش مولفه Iو Q در حوزه زمان
به دليل انتقال هاي فوري و لحظه اي در حوزه زمان ٬ رشته I  داراي پهناي باند بينهايت مي باشد و از اينرو به يک کانال با پهناي باند زياد نياز خواهد  داشت.مولفه Q داراي زمان و حوزه فرکا نسي مشابه مي باشد. اين سيگنال ها بايد قبل از انتقال به منظور در بر گرفتن طيفي در محدوده باند محدود ٬ محدود شوند و بنابراين به حداقل رساندن  تداخل توسط ساير سيستم ها و استفاده کننده ها منجر به تقسيم طيف مي شود.

عتیقه زیرخاکی گنج