Laboratórium 2 - 10. Mérés ellenőrző kérdései forrásának megtekintése

{{Vissza|Laboratórium 2}}
{{Vissza|Laboratórium 2 - 10. Mérés: 900 MHz-es FSK adatátviteli berendezés mérése}}

<div class="noautonum">__TOC__</div>


==1. Mi a PLL? Rajzolja fel egy PLL áramkör blokkvázlatát és tipikus zárthurkú átviteli karakterisztikáját!==

A PLL (Phase-Locked Loop) egy olyan szabályozási kör, amely kimeneti jelét egy bemeneti jelhez (referencia jelhez) képes szinkronizálni mind frekvenciában, mind fázisban. Ha a két jel szinkronban van a be- és kimeneti jelek közötti fáziskülönbség a frekvenciától függő értéket (pl. 0-t) vesz fel. Egyes alkalmazásai: FM, AM... demodulátor, szinkronizáció detektor, négyszögjel előállítás, frekvencia sokszorozó stb. 

[[Fájl:Labor2 kép13.jpg]]

A tipikus zárthurkú átviteli karakterisztikát, aki tudja rajzolja fel pls!<br>
Az alábbi kép nem biztos, hogy helyes, google dobta ki:<br>
[[File:PLLclresponse.gif|400px]]

Általánosan a hurokerősítés (felnyitott PLL kör átvitele):<br>
<math>G(s)=K_d F(s) \frac{K_v}{s}</math> , ahol<br>
K<sub>d</sub>: Fázisdetektor(PD) átviteli tényezője<br>
F(s): Aluláteresztő szűrő átviteli karakterisztikája<br>
K<sub>v</sub>: VCO átviteli tényezője

Zárt hurok átvitele ebből:<br>
<math>H(s)=\frac{G(s)}{1+G(s)}</math>

==2. Mi a DDS? Rajzolja fel egy DDS blokkvázlatát! Hogyan határozható meg a DDS kimenőjelének frekvenciája?==
A DDS (direct digital synthesizer) egy olyan eszköz, ami egy fix frekvenciájú jelből (órajelből) más jeleket állít elő. (A más jelek tulajdonságai függnek a DDS megvalósításától, programozásától és programozhatóságától, stb.)

A laboron használt DDS esetén a kimenőjel frekvenciája szabályozható az A és B kódszó tartalmával (0 illetve 1 üzemmód), illetve FSK moduláció esetén a D kódszó által hordozott frekvencialökettel. A kimenő frekvencia felső határa 4 MHz, a DAC miatt megjelenő zavarójeleket kiszűrő aluláteresztő szűrő miatt. Ezért az <math>f_{CLK}/4</math> által szabott 6,5 MHz-s határ nem érdekes.

A csatolt fájlok között az alaklmazott DDS blokkvázlata is megtalálható, de itt egy egyszerűsített verziót rakok be:

[[Fájl:Labor2 kép28.jpg|800px]]


DDS kimenő frekvenciájának meghatározása

Modulálatlan esetben a DDS kimenő frekvenciája:
<math>f_s = N f_{DDS} = N \frac{DDS\_x}{2^{24}} f_{CLK}</math>, ahol

N: A PLL N osztási száma (tehát ennyivel szorozza fel a kimenő frekvenciát)<br>
DDS_x: "0" vagy "1" üzemmódot meghatározó kódszó, értéke "A" vagy "B"<br>
f<sub>CLK</sub>: 26,000 MHz<br>

FSK esetén:<br>
DEV: 0-1 (alacsony-magas) adatbitek kiadásakor hozzáadja a DDS frekvenciaregiszter tartalmához<br>

Felbontás:<math>\Delta f_s=N \frac{f_{CLK}}{2^{24}} \Rightarrow </math> 0 és 1 biteknek megfelelő frekvenciák: <math> f_{LOW}=N \frac{DDS\_x}{2^{24}} f_{CLK} ; f_{HIGH}=N \frac{DDS\_x + 4DEV}{2^{24}} f_{CLK}</math>

Ebből a DDS sávközépi frekvenciája: <math>f_{FSK}=\frac{f_{LOW} + f_{HIGH}}{2}</math>

Lökete pedig: <math>\Delta FSK = N \frac{DEV}{2^{23}} f_{CLK}</math>

==3. Sorolja fel egy FSK jel paramétereit!==
* <math>A</math> - Jel amplitúdója
* <math>f_v</math> - Vivőfrekvencia
* <math>f_D</math> - Frekvencialöket

==4. Rajzolja fel egy FSK adó blokkvázlatát!==

[[Fájl:Labor2 kép29.jpg]]

==5. Rajzolja fel az egyszer transzponált FSK vevő blokkvázlatát! Mit jelent a felső és alsó keverés?==

'''Feladat:''' Milyen frekvenciára kell beállítani a helyi oszcillátort felső keverés esetén, ha 915.2 MHz-es akarunk venni és a keverő utáni sávszűrő (KF szűrő) sávközépi frekvenciája 10.7 Mhz?

'''Megoldás:''' A helyi oszcillátor <math>f_0=915.2+10.7=925.9 \; MHz</math> -re kell állítani a megadott paraméterek esetén.


Felső keverés esetén a helyi oszcillátor frekvenciája a KF szűrő sávközépi frekvenciájával nagyobb mint a vételi frekvencia. Alsó keverés esetén pedig ennyivel kisebb.

Az egyszer transzponált FSK vevő blokkvázlata:

[[File:labor2_mérés10_ábra1.JPG|800px]]

==6. Rajzolja fel egy FSK demodulátor blokkvázlatát!==

Az FSK jel demodulálására itt fázistoló szorzót alkalmazunk:

[[Fájl:Labor2 kép31.jpg]]

==7. Mi az a nagylöketű FSK, és mi határozza meg ekkor az FSK jel sávszélességét?==

Frekvenciamodulációs tényező: <math>m_f={f_D \over f_m}</math>

ahol:
*<math>f_D</math> a frekvencialöket
*<math>f_m</math> pedig a moduláló jel frekvenciája 

Ha <math>m_f >10</math> , akkor nagylöketű FSK jelről beszélünk.

Sávszélessége a Carson-szabály segítségével meghatározható: <math>B = 2 \cdot (f_D+f_m)</math>

==8. Ismertesse a spektrumanalizátor felépítését és működését!==

[[Fájl:Labor2 kép30.jpg]]

A bementi csillapító (attenuator) lehetővé teszi, hogy széles bemeneti tartományban működhessen a rendszer. Ezután az aluláteresztőszűrő kiszűri a működési frekvenciasávon kívűli jeleket.  A keverő a VCO jelével egy középfrekvenciás jelet állít elő, ami a bemeneti jel frekvenciában való eltolásának felel meg. A VCO jelét egy fűrészjellel folyamatosan változtajuk, így végighangoljuk az egész beállított frekvenciatartományt. Az állítható szélességű sávszűrőn (Res BW Filter) csak egy keskeny frekvenciasáv kerül a detektorra. Itt a demodulált jel a képernyő Y irányú eltérítése, az X irányú eltérítés pedig a frekvenciával (fűrészgenerátor jelével) arányos. Ezért a spektrumanalizátor egy szuperheterodin vevőkészülék, mivel a bemenő frekvenciatartományt egy konstans frekvenciára hangoljuk detektálás előtt.

==9. Mi az a fázis- és a frekvenciadiszkriminátor? Rajzoljon fel egy tipikus frekvenciadiszkriminátor transzfer karakterisztikát!==

'''Feladat:''' Az FSK AÁB melyik blokkjában használják a fázisdiszkriminátort, és melyikben a frekvenciadiszkriminátort?

'''Medáldogás:''' aki nagyon vágja a témát és ért hozzá, az NE tartsa magában a megoldást! ;)

[[File:PDs.JPG]]

A fenti képen van néhány fázisdetektor, amelyből az alső 2 frekvenciadetektor is egyben.

Ez úgy lehetséges, hogy az a bizonyos alsó 2 ún. töltéspumpa szűrővel van ellátva a kimenetén, ami frekvencia eltérés esetén a PD-ből érkező egyre szélesebb \UP vagy \DOWN impulzusok miatt egyre nagyobb feszültséget ad a VCO-nak (vagy egyre kisebbet), így egy idő után "behúzza" omega2-t omega1-hez, és belockol a PLL. A felső 2 nem érzékeli a frekvenciakülönbésget, mivel nincs töltéspumpájuk, és karakterisztikájuk - mint a képen is látszik - periódikusan ismétlődik. Tehát ha 2 különböző frekvenciát adunk egy ilyen PD-re, akkor a VCO vezérlőfeszültsége, és emiatt a VCO kimeneti frekvenciája is csak oszcillálni fog egy adott frekvencia körül, de nem fog lockolni. A 3. számú PD a képen alacsony frekvencia eltérésnél szintén nem tud belockolni, ezért lassan oszcillálni fog a referenciafrekvencia körül a beállítandó omega2.

==10. Mit jelentenek a következő betűszavak: ISM, FSK, FM, RF, PLL?==
* '''ISM:''' Industrial Scientific and Medical - Szabad felhasználású (előzetes engedélyezéshez nem kötött) frekvenciasávok, (pl.: a laboron használt 900 MHz körüli sáv)
* '''FSK:''' Frequency Shift Keying (ferekvenciabillyentyűzés) - A vivő frekvenciájának két fix érték közötti kapcsolgatásával létrehozott digitális modulációs eljárás.
* '''FM:''' Frequency Modulation - Olyan modulációs eljárás, ahol a moduláló jel a vivőhullám pillanatnyi frekvenciájával áll kapcsolatban.
* '''RF:''' Radio Frequency - Rádiófrekvencia.
* '''PLL:''' Phase-Locked Loop (fáziszárt hurok) - Többek között demodulálásra is alkalmazható áramkör (szabályozási kör).

==11. Ismertessen egy egyszerű frekvenciadiszkriminátor megvalósítást!==

[[Fájl:Labor2 kép31.jpg]]

A frekvenciában modulált <math>s_{FM}(t)</math> jel egy fázistolóra jut, ami a jel pillanatnyi frekvenciájával arányos, és sávközépen -90 fok. A szorzó és aluláteresztő szűrő egy kvadratúra demodulátort alkotnak, aminek a kimenete 0 V, ha a szorzó bemenetein lévő jelek kvadratúrában vannak. (Tehát 90 fok fáziskülönbség van köztük.) -> A kimenő <math>V_0 (t)</math> arányos az <math>s_{FM}(t)</math> jel frekvenciájával.

==12. Mi az a csillapítótag? Rajzoljon fel egy asszimmetrikus csillapítótag megvalósítást!==

A csillapítótag (attenuator) egy olyan áramkör, ami a bejövő audió vagy rádiójel amplitúdóját csökkenti lehetőleg torzítás nélkül.

Legegyszerűbb megoldás egy (változtatható) ellenállásokból felépített feszültségosztó.

A kért ábra is erre vonatkozik. Asszimmetrikus - mint különböző be- és kimeneti ellenállású.

"L" tag [http://wiki.ham.hu/index.php/Csillap%C3%ADt%C3%B3 HamWiki]

[[File:Csillapito_L.gif|250px]]

Ismerünk ugyebár PI és T tagot még jelek1-ből, amik szimmetrikusak, mivel teljesen mindegy, hogy melyik oldala a bemenet, és melyik a kimenet, az szépen impedanciahelyesen leosztja a feszültséget. Az L tag viszont csak egyik irányban működik helyesen (ahogy a képen most van), ha megfordítjuk a be-kimenetet akkor már nem fogja leosztani a feszültséget. Ezért ez asszimmetrikus tag.

Előnye viszont, hogy kevesebb alkatrész kell hozzá.

Léteznek természetesen bonyolultabb kapcsolások is...

==13. Mi az a SPAN, RBW, VBW a spektrumanalizátoron?==

* '''SPAN:''' A sweep hossza, tehát az a frekvenciatartomány, amit vizsgálok. Ezt végső soron ugye a VCO-ra adott háromszögjel határozza meg.
* '''VBW:''' A spektrumanalizátor Video szűrőjének 3 dB-s sávszélessége. ''Praktikusan a függőleges felbontás.''
* '''RBW:''' A spektrumanalizátor Res BW szűrőjének 3 dB-s sávszélessége. ''Praktikusan a vízszintes felbontás.''

==14. Hogyan mérjük meg egy szinuszos jel frekvenciáját és teljesítményét spektrumanalizátorral?==

Az ideális szinuszjel spektruma egyetlen dirac impulzus azon a frekvencián, amilyen frekvenciájú a szinusz. A zajok és nemlinearitások miatt azonban a valóságban megjelennek kisebb amplitúdójú felharmonikusok és köztes komponensek is. Tehát megkeresem a legnagyobb amplitúdójú spektrumkomponens helyét és az lesz a szinusz frekvenciája.

Egy jel teljesítménye a Parseval-tétel alapján számítható az amplitúdóspektrum négyzetének integráljaként is.

==15. Hogyan mérné meg egy heterodin vevő érzékenységét és átviteli karakterisztikáját?==

Érzékenységet a bemenő jel amplitúdójának folyamatos növelésével, a kimenetet figyelve.

Átviteli karakterisztikát az amplitúdó/frekvencia növelésével, a kimenetet figyelve.

==16. Mi az a fáziszaj? Miért van fáziszaja a DDS-nek? Hogyan néz ki a fáziszajjal terhelt szinuszos jel spektruma?==

A fáziszaj a különböző zavarok (termikus zaj, sörétzaj) hatására a jelben megjelenő fázisváltozás. A DDS fáziszaja elsősorban a referenciajel fáziszajából származik, ezt a DDS a frekvenciaosztási aránynak megfelelően elnyomja. Létezik az eszköznek maradék fáziszaja is, ami ideális referenciajel esetén kapott fáziszaj lenne. Ez modern integrált áramköröknél kb. -140 dBc/Hz, 10 kHz offsetnél.

Fáziszajjal terhelt szinusz spektruma:

[[File:phase_noise01.gif]]

==17. Hogyan mérné meg egy DDS üzemi frekvenciatartományát?==
"0" üzemmódban folyamatosan növelném az "A" kódszó értékét, közben a kimenetén mérném a frekvenciát.

==18. Mit jelentenek a következő betűszavak: AM, OOK, ASK?==

* '''AM:''' Amplitude Modulation (amplitudómoduláció) - Olyan analóg moduláció, az A(t) időfüggő értéke hordozza az információt.
* '''OOK:''' ON/OFF Keying - Olyan ASK moduláció, ami a 0 továbbítandó jelhez 0 A(t)-t választ.
* '''ASK:''' Amplitude Shift Keying (amplitudóbillentyűzés) - Olyan digitális moduláció, az A(t) időfüggő értéke hordozza az információt.

==19. Ismertesse a Carson-összefüggést!==

Carson-összefüggés: <math>B=2 \cdot (f_D+B_m)</math>, ahol <math>B_m</math> a moduláló jel sávszélessége.

Ez durvább becslés, mint az egyébként szinusz esetére adott.

==20. Mit jelentenek a következő betűszavak: dBm, dBmű, dBc?==

* '''dBm:''' Az 1 mW-ra vonatkoztatott teljesítményviszony dB-ben mérve.
* '''dBmű:''' Az 1 mikroV-ra vonatkoztatott feszültségviszony dB-ben mérve.
* '''dBc:''' A vivőhullámra vonatkoztatott jelszintviszony dB-ben mérve.

[[Kategória:Villamosmérnök]]