PL248902B1

PL248902B1 - Generator nośnych kwadraturowych

Info

Publication number: PL248902B1
Application number: PL445966A
Authority: PL
Inventors: Łukasz STARZAK; Łukasz Starzak; Jędrzej TOPIŁKO; Jędrzej Topiłko
Original assignee: Fastlogic Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2023-08-31
Filing date: 2023-08-31
Publication date: 2026-02-09
Also published as: PL445966A1

Abstract

Generator nośnych kwadraturowych do generowania dwóch sygnałów o zadanej częstotliwości i amplitudzie przesuniętych względem siebie w fazie o 90 stopni, charakteryzuje się tym, że zawiera mikrokontroler (10) generujący dwa sygnały prostokątne (S11, S12) o zadanej częstotliwości nastawnej w granicach zakresu częstotliwości, wyzwalane wspólnym zegarem (11) i przesunięte względem siebie w fazie o 90 stopni, przy czym każdy z sygnałów (S11, S12) jest podawany do wejścia dedykowanej mu pary równoległych aktywnych filtrów pasmowoprzepustowych (21, 22, 23, 24), przy czym każda z par filtrów zawiera pierwszy aktywny filtr pasmowoprzepustowych (21, 23) działający w dolnej części wspomnianego zakresu częstotliwości i drugi aktywny filtr pasmowoprzepustowy (22, 24) działający w górnej części wspomnianego zakresu częstotliwości, natomiast wyjścia filtrów (21, 22, 23, 24) są przyłączone do dedykowanego danej parze filtrów przełącznika filtrów (31, 32) do wyboru sygnału z tego aktywnego filtru pasmowoprzepustowego (21, 22, 23, 24), który pracuje w zakresie częstotliwości zgodnym ze wspomnianą zadaną częstotliwością, natomiast wybrany sygnał podawany jest z przełącznika filtrów (31, 32) do dedykowanego wzmacniacza (41, 42), tak że pierwszy wzmacniacz generuje pierwszy sygnał nośny (S21), a drugi wzmacniacz (42) generuje drugi sygnał nośny (S22) przesunięty w fazie o 90 stopni względem pierwszego sygnału nośnego (S31).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest generator nośnych kwadraturowych, w szczególności o niskiej częstotliwości, do wykorzystania w wąskopasmowych systemach komunikacyjnych.

Systemy komunikacyjne do przesyłania informacji wykorzystują sygnał nośny, czyli sygnał o określonej częstotliwości i amplitudzie, którego parametry podlegają zmianie zależnie od sygnału informacyjnego określającego informacje, które mają zostać przesłane. Przykładowo, zmianie może podlegać amplituda, częstotliwość lub faza sygnału nośnego - te zadania są realizowane przez modulator. Modulowany sygnał nośny jest przesyłany przez medium transmisyjne, a następnie odbierany przez demodulator, który odzyskuje pierwotny sygnał informacyjny zależnie od zmian w amplitudzie, częstotliwości lub fazie odebranego modulowanego sygnału nośnego. Media transmisyjne mogą być bezprzewodowe lub przewodowe. W przypadku mediów przewodowych można wykorzystywać okablowanie dedykowane dla danego systemu komunikacyjnego lub współdzielić okablowanie innych systemów, przykładowo sieci energetycznej 230V.

Istotną kwestią dla prawidłowej pracy modulatora i demodulatora w systemach komunikacyjnych jest zapewnienie wysokiej jakości źródła sygnału nośnego. Jest to szczególnie istotne w przypadku modulatorów i demodulatorów kwadraturowych takich jak modulatory lub demodulatory typu QAM (ang. Quadrature Amplitude Modulation) czy QPSK (ang. Quadrature Phase-Shift Keying) i tym podobne. Modulatory i demodulatory kwadraturowe do prawidłowej pracy potrzebują dostarczenia nośnych kwadraturowych, tj. sygnału nośnego kwadraturowego (inaczej mówiąc, w kwadraturze), tj. pary dwóch sygnałów nośnych przesuniętych względem siebie o 90 stopni.

Celem wynalazku jest zatem zapewnienie generatora nośnych kwadraturowych, o nieskomplikowanej konstrukcji, zapewniającego wysokiej jakości sygnał do wykorzystania jako sygnał nośny dla modulatora i demodulatora.

Rozwiązanie według wynalazku ma nieskomplikowaną konstrukcję, opartą o dowolny mikrokontroler z zegarem i możliwością generowania dwóch sygnałów prostokątnych o tej samej częstotliwości i przesuniętych w fazie o 90 stopni, jak również aktywne filtry wąskopasmowe i przełączniki filtrów. Tego typu rozwiązanie jest niskokosztowne, może być stosowane w systemach komunikacyjnych wymagających niskich kosztów poszczególnych komponentów i zapewnia sygnały o dobrej jakości: dzięki zastosowaniu wspólnego zegara z mikrokontrolera do generowania obu sygnałów nie występują rozbieżności w ich częstotliwości, a dzięki zastosowaniu aktywnych filtrów o wąskim paśmie sygnał jest skutecznie pozbawiany szumów poza pasmem komunikacyjnym. Tak wygenerowany sygnał szczególnie nadaje się jako sygnał nośny do stosowania w wąskopasmowych systemach komunikacyjnych wykorzystujących sieć zasilającą niskich napięć (230V).

Przedmiotem wynalazku jest generator nośnych kwadraturowych do generowania dwóch sygnałów o zadanej częstotliwości i amplitudzie przesuniętych względem siebie w fazie o 90 stopni, charakteryzujący się tym, że zawiera mikrokontroler generujący dwa sygnały prostokątne o zadanej częstotliwości nastawnej w granicach zakresu częstotliwości, wyzwalane wspólnym zegarem i przesunięte względem siebie w fazie o 90 stopni, przy czym każdy z sygnałów jest podawany do wejścia dedykowanej mu pary równoległych aktywnych filtrów pasmowoprzepustowych, przy czym każda z par filtrów zawiera pierwszy aktywny filtr pasmowoprzepustowy działający w dolnej części wspomnianego zakresu częstotliwości i drugi aktywny filtr pasmowoprzepustowy działający w górnej części wspomnianego zakresu częstotliwości, natomiast wyjścia filtrów są przyłączone do dedykowanego danej parze filtrów przełącznika filtrów do wyboru sygnału z tego aktywnego filtru pasmowoprzepustowego który pracuje w zakresie częstotliwości zgodnym ze wspomnianą zadaną częstotliwością, natomiast wybrany sygnał podawany jest z przełącznika filtrów do dedykowanego wzmacniacza, tak że pierwszy wzmacniacz generuje pierwszy sygnał nośny, a drugi wzmacniacz generuje drugi sygnał nośny przesunięty w fazie o 90 stopni względem pierwszego sygnału nośnego.

Korzystnie, każdy z przełączników filtrów zawiera szereg czterech rezystorów, którego węzły skrajne przyłączone są do wyjść filtrów, węzeł pomiędzy drugim rezystorem a trzecim rezystorem stanowi wyjście danego przełącznika filtrów, który zawiera ponadto przełącznik do selektywnego zwierania z potencjałem zerowym węzła pomiędzy pierwszym rezystorem a drugim rezystorem albo węzła pomiędzy trzecim rezystorem a czwartym rezystorem.

Korzystnie, sygnały prostokątne są generowane w mikrokontrolerze za pomocą modułu Output Compare połączonego z zegarem.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na Fig. 1 rysunku.

Przykładowy układ według wynalazku zrealizowano w oparciu o mikrokontroler 10 firmy STMicroelectronics model ST32F413CGU6, z zegarem 11 (timerem) o nastawnej częstotliwości podłączonym do modułu Output Compare (w wolnym tłumaczeniu: podaj na wyjście wynik porównania). W oprogramowaniu mikrokontrolera zadano dopuszczalny zakres częstotliwości od 90 kHz do 150 kHz. Częstotliwość pracy zegara 11 nastawiano w tym zakresie częstotliwości na zadaną wartość.

Zadana wartość częstotliwości może być z góry ustalona, przykładowo na 100 kHz. Alternatywnie, mikrokontroler może mieć zaimplementowane oprogramowanie do analizy parametrów łącza (przykładowo, impedancji lub ilości szumów dla określonej częstotliwości) i doboru zadanej wartości częstotliwości na taką, dla której występują najlepsze warunki do transmisji sygnału. W jeszcze innym przykładzie wykonania, mikrokontroler może mieć zaimplementowane oprogramowanie do analizy ilości błędów w przesyłanym sygnale i jeśli dla aktualnie zadanej wartości częstotliwości poziom błędów jest zbyt duży, do wyboru (losowo lub zgodnie z określonym algorytmem) innej częstotliwości aż do momentu uzyskania zadowalająco niskiego poziomu błędów w transmisji.

Pierwszy sygnał prostokątny S11 jest podłączony do pierwszej pary filtrów, obejmującej równolegle połączone aktywne (tj. z wykorzystaniem elementów aktywnych, takich jak tranzystory) filtry pasmowoprzepustowe: pierwszy 21 i drugi 22. Drugi sygnał prostokątny S12, przesunięty w fazie o 90 stopni względem pierwszego sygnału S11, jest podłączony do drugiej pary filtrów, obejmującej równolegle połączone aktywne (tj. z wykorzystaniem elementów aktywnych, takich jak tranzystory) filtry pasmowoprzepustowe: pierwszy 23 i drugi 24. Pierwsze filtry pasmowoprzepustowe 21,23 przepuszczają sygnał w dolnej części zakresu częstotliwości, w tym przykładzie od 90 kHz do 120 kHz. Drugie filtry pasmowoprzepustowe 22, 24 przepuszczają sygnał w górnej części zakresu częstotliwości, w tym przykładzie od 120 kHz do 150 kHz. Jako filtry pasmowoprzepustowe 21,22, 23, 24 zastosowano układy TSV912IQ2T firmy STMicroelectronics.

Przełączniki filtrów 31, 32 zawierają szereg czterech rezystorów: R11-R14, R21-R24, o przykładowych wartościach 100 kOhm każdy. Przełączniki Sw1, Sw2 są przystosowane do podłączania do potencjału zerowego węzła pomiędzy pierwszym rezystorem R11, R21 a drugim rezystorem R12, R22 jeśli zadana częstotliwość jest w górnej części zakresu częstotliwości, w tym przykładzie od 120 kHz do 150 kHz oraz do podłączania do potencjału zerowego węzła pomiędzy trzecim rezystorem R13, R23 a czwartym rezystorem R14, R24 jeśli zadana częstotliwość jest w dolnej części zakresu częstotliwości, w tym przykładzie od 90 kHz do 120 kHz. Pozycja przełączników Sw1, Sw2 jest nastawiana przez sygnał Sc1, Sc2 z mikrokontrolera 10. Jako przełączniki Sw1, Sw2 zastosowano układy NX3008NBKV.115 firmy Nexperia USA.

Sygnały wyjściowe S21, S22 z przełączników filtrów 31, 32 są podawane do wzmacniaczy 41, 42, które generują sygnał o amplitudzie dostosowanej do wymogów do spełnienia przez sygnał nośny, odpowiednio pierwszy sygnał nośny S31 i drugi sygnał nośny S32 przesunięty w fazie o 90 stopni względem pierwszego sygnału nośnego S31. Jako wzmacniacze 41, 42 zastosowano układy LM2904Q2T firmy STMicroelectronics.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Generator nośnych kwadraturowych do generowania dwóch sygnałów o zadanej częstotliwości i amplitudzie przesuniętych względem siebie w fazie o 90 stopni, znamienny tym, że zawiera mikrokontroler (10) generujący dwa sygnały prostokątne (S11, S12) o zadanej częstotliwości nastawnej w granicach zakresu częstotliwości, wyzwalane wspólnym zegarem (11) i przesunięte względem siebie w fazie o 90 stopni, przy czym każdy z sygnałów (S 11, S12) jest podawany do wejścia dedykowanej mu pary równoległych aktywnych filtrów pasmowoprzepustowych (21, 22; 23, 24), przy czym każda z par filtrów zawiera pierwszy aktywny filtr pasmowoprzepustowy (21, 23) działający w dolnej części wspomnianego zakresu częstotliwości i drugi aktywny filtr pasmowoprzepustowy (22, 24) działający w górnej części wspomnianego zakresu częstotliwości, natomiast wyjścia filtrów (21,22; 23, 24) są przyłączone do dedykowanego danej parze filtrów przełącznika filtrów (31,32) do wyboru sygnału z tego aktywnego filtru pasmowoprzepustowego (21,22; 23, 24) który pracuje zakresie częstotliwości zgodnym ze wspomnianą zadaną częstotliwością, natomiast wybrany sygnał podawany jest z przełącznika filtrów (31, 32) do dedykowanego wzmacniacza (41,42), tak że pierwszy wzmacniacz generuje pierwszy sygnał nośny (S21), a drugi wzmacniacz (42) generuje drugi sygnał nośny (S22) przesunięty w fazie o 90 stopni względem pierwszego sygnału nośnego (S31).
2. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z przełączników filtrów (31,32) zawiera szereg czterech rezystorów (R11-R14, R21-R24), którego węzły skrajne przyłączone są do wyjść filtrów (21,22; 23, 24), węzeł pomiędzy drugim rezystorem (R12, R22) a trzecim rezystorem (R13, R23) stanowi wyjście danego przełącznika filtrów (31,32), który zawiera ponadto przełącznik (Sw1, Sw2) do selektywnego zwierania z potencjałem zerowym węzła pomiędzy pierwszym rezystorem (R11, R21) a drugim rezystorem (R12, R22) albo węzła pomiędzy trzecim rezystorem (R13, R23) a czwartym rezystorem (R14, R24).
3. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnały prostokątne (S11, S12) są generowane w mikrokontrolerze (10) za pomocą modułu Output Compare (12) połączonego z zegarem (11).