Paano Demodulate ang isang FM Waveform

Demodulasyon ng Dalas ng Radyo
Alamin ang tungkol sa dalawang pamamaraan para sa pagbawi ng signal ng baseband mula sa isang dalas na modulated carrier.

Nag-aalok ang dalas ng modulation ng pinabuting pagganap sa modyul ng amplitude, ngunit medyo mas mahirap makuha ang orihinal na impormasyon mula sa isang alon ng FM. Mayroong ilang iba't ibang mga paraan upang i-demodulate ang FM; sa pahinang ito tatalakayin naming dalawa. Ang isa sa mga ito ay medyo prangka, at ang iba pa ay mas kumplikado.

Paglikha ng Signal
Tulad ng Sa Paano Demodulate ang isang AM Waveform, gagamitin namin ang LTspice upang galugarin ang demodulasyon ng FM, at sa sandaling muli kailangan nating magsagawa ng dalas na modulation upang magkaroon tayo ng isang bagay upang ma-demodulate. 

Kung titingnan mo muli ang pahina sa modyul na modulation ng dalas, makikita mo na ang relasyon sa matematika ay hindi gaanong prangka kaysa sa modyul ng amplitude. 

Sa AM, nagdagdag kami ng isang offset at pagkatapos ay gumanap ng ordinaryong pagpaparami. Sa FM, kailangan nating magdagdag ng patuloy na pag-iiba-iba ng mga halaga sa dami sa loob ng function ng sine (o kosina), at bukod dito, ang mga patuloy na nag-iiba-ibang mga halaga ay hindi ang baseband signal ngunit sa halip ang integral ng signal ng baseband.

Dahil dito, hindi kami makagawa ng isang alon ng FM gamit ang isang di-makatwirang mapagkukunan ng boltahe ng pag-uugali at isang simpleng relasyon sa matematika, tulad ng ginawa namin sa AM. Gayunman, ito ay talagang mas madali upang makabuo ng isang signal ng FM. Ginagamit lamang namin ang pagpipilian ng SFFM para sa isang normal na mapagkukunan ng boltahe:

Ang sumusunod na "circuit" ay ang lahat ng kailangan natin para sa paglikha ng isang FM waveform na binubuo ng isang 10 MHz carrier at isang 1 MHz sinusoidal baseband signal:




Tandaan na limang modyul ang indeks; ang isang mas mataas na index ng modulation ay ginagawang mas madaling makita ang mga pagkakaiba-iba ng dalas. Ang sumusunod na balangkas ay nagpapakita ng alon na nilikha ng pinagmulan ng boltahe ng SFFM.

Demodulasyon: Ang High-Pass Filter
Ang unang diskarteng demodulasyon na titingnan namin ay nagsisimula sa isang filter na high-pass. Ipapalagay namin na nakikipag-ugnayan kami sa makitid na FM. Kailangan nating idisenyo ang high-pass filter na tulad ng pagpapalambing ay magkakaiba-iba sa loob ng isang frequency band na ang lapad ay dalawang beses ang bandwidth ng baseband signal. Masusing suriin natin ang konseptong ito.

Ang natanggap na signal ng FM ay magkakaroon ng isang spectrum na nakasentro sa dalas ng carrier. Ang lapad ng spectrum ay tinatayang katumbas ng dalawang beses sa bandwidth ng baseband signal; ang kadahilanan ng dalawang mga resulta mula sa paglilipat ng positibo at negatibong mga frequency ng baseband, at ito ay "humigit-kumulang" pantay dahil ang pagsasama na inilapat sa signal ng baseband ay maaaring makaapekto sa hugis ng modulated spectrum. 

Kaya, ang pinakamababang dalas sa modulated signal ay humigit-kumulang na pantay sa dalas ng carrier na minus ang pinakamataas na dalas sa signal ng baseband, at ang pinakamataas na dalas sa modulated signal ay humigit-kumulang na pantay sa dalas ng carrier kasama ang pinakamataas na dalas sa signal ng baseband.

Ang aming high-pass filter ay kailangang magkaroon ng isang dalas na tugon na nagiging sanhi ng pinakamababang dalas sa modulated signal na matamo nang higit pa kaysa sa pinakamataas na dalas sa modulated signal. Kung inilalapat namin ang filter na ito sa isang alon ng FM, ano ang magiging resulta? Ito ay magiging katulad nito:

Ang plot na ito ay nagpapakita ng kapwa ang orihinal na FM waveform at ang high-pass-filter na alon, para sa mga layunin ng paghahambing. Ang susunod na balangkas ay nagpapakita lamang ng na-filter na alon, upang mas malinaw mong makita ito.

Sa pamamagitan ng paglalapat ng filter, binago namin ang dalas ng modulation sa modyul ng amplitude. Ito ay isang maginhawang pamamaraan sa FM demodulation, dahil pinapayagan kaming makinabang mula sa envelope-detector circuitry na binuo para magamit gamit ang amplitude modulation. Ang filter na ginamit upang makabuo ng waveform na ito ay hindi hihigit sa isang RC high-pass na may dalas ng cutoff na tinatayang katumbas ng dalas ng carrier.

Ingay ng Amplitude

Ang pagiging simple ng pamamaraang ito ng demodulasyon na natural ay nagpapaisip sa amin na hindi ito ang pinakamataas na pagpipilian ng pagganap, at sa katunayan ang pamamaraang ito ay mayroong isang pangunahing kahinaan: sensitibo ito sa mga pagkakaiba-iba ng amplitude. 

Ang ipinadala na signal ay magkakaroon ng palagiang sobre sapagkat ang dalas na modyul ay hindi nagsasangkot ng mga pagbabago sa malawak ng carrier, ngunit ang natanggap na signal ay hindi magkakaroon ng palagiang sobre sapagkat ang amplitude ay hindi maiiwasang apektado ng mga mapagkukunan ng error.

Dahil dito, hindi namin maaaring disenyo ng isang katanggap-tanggap na demodulator ng FM sa pamamagitan lamang ng pagdaragdag ng isang high-pass filter sa isang AM demodulator. Kailangan din namin ng isang limiter, na kung saan ay isang circuit na nagpapagaan ng mga pagkakaiba-iba ng amplitude sa pamamagitan ng paghihigpit sa natanggap na signal sa isang tiyak na amplitude. 

Ang pagkakaroon ng simple at epektibong lunas para sa mga pagkakaiba-iba ng amplitude ay nagbibigay-daan sa FM na mapanatili ang mas malaki (kumpara sa AM) na katatagan laban sa ingay ng amplitude: Hindi namin maaaring gumamit ng isang limiter na may mga signal ng AM dahil ang paghihigpit sa amplitude ay sumisira sa impormasyong nai-encode sa carrier. Ang FM, sa kabilang banda, ay naka-encode ng lahat ng impormasyon sa temporal na mga katangian ng ipinadala na signal.

Demodulasyon: Ang Phase-Locked Loop
Ang isang phase-lock loop (PLL) ay maaaring magamit upang lumikha ng isang kumplikadong ngunit mataas na pagganap na circuit para sa demodulation ng FM. Ang isang PLL ay maaaring "i-lock papunta" ang dalas ng isang papasok na alon. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pagsasama ng isang phase detector, isang low-pass filter (aka "loop filter"), at isang oscillator na kontrolado ng boltahe (VCO) sa isang negatibong sistema ng feedback, tulad ng sumusunod:

Matapos mai-lock ang PLL, maaari itong lumikha ng isang sinusoid ng output na sumusunod sa mga pagkakaiba-iba ng dalas sa papasok na sinusoid. Ang output waveform na ito ay kinuha mula sa output ng VCO. 

Sa isang application ng FM-demodulator, gayunpaman, hindi namin kailangan ng isang output sinusoid na may parehong dalas ng input signal. Sa halip, ginagamit namin ang output mula sa loop filter bilang isang demodulated signal. Tingnan natin kung bakit posible ito.

Ang phase detector ay gumagawa ng isang signal na proporsyonal sa pagkakaiba sa phase sa pagitan ng papasok na alon at ang output ng VCO. Ang filter ng loop ay kinakalat ang senyas na ito, na kung saan ay nagiging control signal para sa VCO. 

Kaya, kung ang dalas ng papasok na signal ay patuloy na tumataas at bumababa, ang signal ng control ng VCO ay dapat na dagdagan at bawasan nang naaayon upang matiyak na ang dalas ng VCO output ay nananatiling pantay sa dalas ng pag-input. Sa madaling salita, ang output ng filter ng loop ay isang senyas na ang mga pagkakaiba-iba ng amplitude ay tumutugma sa mga pagkakaiba-iba ng input-frequency. Ito ay kung paano nakumpleto ng isang PLL ang demodulation sa dalas.

Buod

* Sa LTspice, maaaring mabuo ang isang dalas-modulated na sinusoid sa pamamagitan ng paggamit ng opsyon ng SFFM para sa mga karaniwang mapagkukunan ng boltahe.

* Ang isang simple at epektibong pamamaraan sa demodulasyon ng FM ay nagsasangkot ng isang high-pass filter (para sa pagbabagong FM-to-AM) na sinusundan ng isang demodulator ng AM.

* Ang isang high-pass-filter-based na FM demodulator ay nauna sa isang limiter upang maiwasan ang mga pagkakaiba-iba ng amplitude mula sa pagbibigay ng error sa demodulated signal.

* Ang isang phase-lock loop ay maaaring magamit upang makamit ang mataas na pagganap ng FM demodulation. Ang paggamit ng integrated-circuit PLLs ay gumagawa ng pamamaraang ito na hindi gaanong kumplikado kaysa sa tila ito ay tila.

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe