Tecnicas de modulacion de pulsos

Tecnicas de modulacion de pulsos

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SISTEMAS DE COMUNICACIONES Prof : Salomon Manosalva Ciudad Guayana, Junio del 2022 Autor: Cesar González CI 26.753.389 Técnicas de modulación de pulsos

2. Introducción En la modulación de pulsos, lo que se varía es alguno de los parámetros de un tren de pulsos uniformes, bien sea su amplitud, duración o posición. En este tipo de modulación se distinguen dos clases: modulación analógica de pulsos, en que la información se transmite básicamente en forma analógica, pero la transmisión tiene lugar a intervalos discretos de tiempo. Por otra parte tenemos la modulación digital de pulsos en que la señal de información es discreta, tanto en amplitud como en tiempo, permitiendo la transmisión digital como una secuencia de pulsos codificados, todos de la misma amplitud

3. Puntos a tratar: Exponer los diferentes esquemas de modulación de pulsos en tiempo discreto, así como su impacto de los sistemas de comunicación digital Presentar de manera general las técnicas de modulación discreta PAM, PWM y PPM junto con sus principales características y limitantes

4. Modulación de pulsos PWM – Pulse wide modulation (Modulación por ancho de pulso) PPM – Pulse position modulation ( Modulacion por posición de pulsos) PAM – Pulse amplitude modulation (Modulación por amplitud de pulsos)

5. PAM – Pulse amplitude modulation (Modulación por amplitud de pulsos) La modulación de amplitud de pulso PAM se produce al multiplicar una señal f(t) que contiene la información por un tren de pulsos periódicos pT (t ) Al realizar el producto, la amplitud de los pulsos será escalada en magnitud por la amplitud de la señal f(t) De esta manera el resultado finales un tren de pulsos cuyas amplitudes son función del valor de la señal f(t) en cada uno de ellos .

6. Ejemplos aplicando modulación por amplitud de pulso:

7. Modulación por amplitud de pulsos Dependiendo de la forma como se implemente la modulación de amplitud de pulso, se tienen dos casos: PAM de muestreo natural ( Gating ) PAM de muestreo instantáneo (Flat-top)

8. PAM de muestreo natural ( Gating ) Si x(t) es una forma de onda analógica de ancho de banda limitado B Hz, la señal PAM que usa muestreo natural es: El ciclo de trabajo de s(t) es d= /T El espectro de la señal naturalmente muestreada se calcula en función de la propiedad de multiplicación en el tiempo, convolucion en frecuencia S(t) puede ser representada también por las series de Fourier:  

9. PAM de muestreo natural ( Gating )

10. PAM de muestreo instantáneo (Flat-top) PAM: Amplitud T: Duración del pulso Ts : Tiempo entre muestras

11. PAM - muestreo instantáneo (Flat-top) Muestreo de techo plano: Pulsos regularmente espaciados: Ts Pulsos rectangulares o de forma apropiada [h(t)] Dos operaciones involucradas Muestreo instantáneo de m(t) cada Ts seg Duracion del pulso: T= tiempo por el cual se mantiene el valor de la muestra

12. PAM - muestreo instantáneo (Flat-top) Si la señal x(t) es una señal analógica de ancho de banda limitado B Hz, la señal PAM muestreada instantáneamente esta dada por: El espectro para la señal flat-top PAM es: En donde H(f) esta dada por:

13. PAM - muestreo instantáneo (Flat-top)

14. Modulación por amplitud de pulsos (PAM) Una vez que se ha transmitido la señal de modulación de PAM, se debe extraer la información a partir de ella en el receptor. Esto se logra por medio de un filtro pasa bajo

15. Uso de modulación PAM en las comunicaciones electrónicas Filtro de reconstrucción + ecualizador H(f) provoca distorsion de amplitud y retardo T/2 Se corrige ecualizando

16. Recuperación de una señal PAM Recuperación de una señal PAM mediante filtrado a paso bajo

17. Ventajas y desventajas Ventajas: Facil de generar y de detectar Desventajas: Resulta difícil eliminar el ruido aditivo una vez incorporado a la señal sin modificarla sustancialmente ya que afecta directamente la amplitud que contiene la información El ancho de banda de transmisión es muy grande

18. PWM – Pulse wide modulation (Modulación por ancho de pulso) PWM son las siglas de Pulse Width Modulation (Modulación por ancho de pulso). Para transmitir una señal, ya sea analógica o digital, se debe modular para que sea transmitida sin perder potencia o sufrir distorsión por interferencias . PWM es una técnica que se usa para transmitir señales analógicas cuya señal portadora será digital. En esta técnica se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

19. Para qué se usa PWM? Esta modulación es muy usada para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga, es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores, regulación de intensidad luminosa, controles de elementos termoeléctricos o controlar fuentes conmutadas entre otros usos. La mayoría de los automatismos, incluido Arduino , no son capaces de proporcionar una señal analógica. Sólo pueden proporcionar una salida digital de - Vcc o Vcc . (por ejemplo, 0V y 5V). Entonces, para conseguir una señal analógica, la mayoría de los automatismos usan PWM. Se usa esta técnica porque como se ve en los ejemplos anteriores, no siempre quieres un valor digital de la señal (ON/OFF), si no que necesitaremos proporcionar un valor analógico de tensión que usarán para las aplicaciones deseadas.

20. Ejemplo de aplicación de la modulación por ancho de pulso Control de la intensidad de iluminación de unos LEDs Éste circuito utiliza el conocido temporizador 555. Éste circuito integrado es conectado como multivibrador astable , y entrega en su salida una onda cuadrada. El ciclo de trabajo de la onda de salida se controla con el potenciómetro, el transistor se encarga de activar y desactivar la carga (en este caso dos LEDs ), según el ciclo de trabajo. Modificando el ciclo de trabajo se puede pasar de apagado total (ciclo del 0%) a encendido total (ciclo del 100%). Si se desea una intensidad de luz intermedia se puede utilizar un ciclo del 50% o un porcentaje cercano. De la misma manera también se puede controlar la velocidad del motor CC.

21. Qué ventajas tiene la modulación por ancho de pulso? La principal ventaja es la eficiencia energética. El circuito que tenga este método de control, entrega a la carga una cantidad de potencia que es proporcional a la potencia que necesita para realizar su trabajo. Si se necesita aumentar la velocidad de un motor se incrementa la potencia que se le entrega (ciclo de trabajo mayor) Si se necesita disminuir la velocidad de un motor se disminuye la potencia que se le entrega. (ciclo de trabajo menor)

22. PPM – Pulse position modulation (Modulación por posición de pulsos) Se puede transmitir información de manera discreta de varias maneras además de la mencionada anteriormente (PAM). En las señales PAM, la información va en la amplitud de los pulsos. Si mantenemos la amplitud constante y solo variamos la posición de los pulsos en proporción a los valores de la señal a transmitir m(t) en los instantes correspondientes al muestreo figura 1 se obtiene la modulación por posición de pulsos o PPM por sus siglas en inglés. Figura 1 . Señal de modulación por posición de pulsos

23. Generación de Señal PPM Para generar la modulación PPM se utiliza un circuito de muestra y retención, un generador de pulsos sincrónico, un generador de diente de sierra, un comparador y un circuito monoestable. De la salida del comparador se obtienen una señal modulada por ancho de pulso o PWM de la cual se utiliza el monoestable que genera los pulsos de ancho constante de acuerdo a los flancos negativos de la señal PWM. En la siguiente figura se muestra el generador implementado en Simulink . Figura 2. Generador de señal PPM utilizando la herramienta Simulink de Matlab.

24. PPM – Modulación por posición de pulsos La salida del oscilador muestra la señal a modular, además de la señal PWM a la salida del comprador y la señal PPM al aplicar el circuito monoestable Figura 3. Señal senoidal del mensaje, señal PPM y PWM, respectivamente . Para la demodulación, se convierte la señal PPM en una señal PWM y luego se aplica un filtro pasa bajas junto con un integrador. Para efecto de este artículo se utiliza la función demod de Matlab con los datos de la señal PPM del generador en Simulink . Figura 4. Señal demodulada por función demod

25. Ventajas de la modulación PPM La ventaja de la modulación PPM, es su eficiencia energética, debido a que no tiene altas pérdidas en mantener sus pulsos de longitudes no constantes, manteniendo la potencia instantánea regulada a un mismo nivel . Otra de las ventajas de la modulación PPM es que es bastante inmune al ruido, y con facilidad se logra distinguir el pulso del ruido en amplitud, esto se debe a que solo se detecta un pulso en el instante de tiempo correcto.

26. Análisis comparativo de PAM, PWM y PPM: PAM PWM PPM En PAM la amplitud sigue variando En caso de modulación de amplitud de pulso, el BW depende del ancho del siguiente pulso En PPM, el BW del pulso depende del tiempo de subida del pulso En PAM, el ancho de banda depende del ancho del siguiente pulso En la modulación de ancho de pulso, el ancho En PPM, el ancho de banda depende del tiempo de subida del pulso En la modulación de amplitud de pulso, el diseño del sistema o circuito es complejo En la modulación de ancho de pulso, el diseño del sistema o circuito es menos complejo En la modulación de pulso, es diseño del sistema o circuito es menos complejo Interferencia de ruido elevado Interferencia de poco ruido Interferencia de poco ruido

27. Conclusiones Las técnicas de modulación de pulsos presentan características intermedias entre las técnicas analógicas y las puramente digitales. Utilizan una tren de de pulsos como subportadora y se caracterizan porque bajo modulación tiene una amplitud constante pero flancos variables de ancho, posición o frecuencia en función de la señal de información. A tales técnicas se le conoce como modulación por ancho de pulso (PWM), modulación por posición de pulso (PPM), modulación por amplitud de pulso ( PAM). La modulación PWM es la técnica PTM más simple y fácil de implementar usando circuitería analógica y digital. La señal muestreadora diente de sierra/triangular y la señal de información se acoplan a las entradas de un modulador comparador, que se encarga de realizar un muestreo uniforme o natural de las dos señales analógicas a partir de los puntos de intersección. De acuerdo al método y a los dispositivos analógicos o digitales la secuencia de pulsos modulados puede ser de uno o dos niveles.

28. Referencias bibliográficas: PWM – Modulación por Ancho de Pulso Disponible en: https://unicrom.com/pwm-modulacion-por-ancho-de-pulso / Modulación de amplitud de pulso (PAM) Disponible en: https://es.lambdageeks.com/pulse-amplitude-modulation-pam / Modulaciones de Pulsos — PPM Disponible en: https://medium.com/modulaciones-de-pulsos-muestreo-pam-ppm-pcm-y/modulaciones-de-pulsos-ppm-558c91689e7