實驗十 三 振幅轉移鍵制 (ASK) 非同步解調

1. 實驗十三振幅轉移鍵制(ASK)非同步解調 曾志成 國立宜蘭大學 電機工程學系 tsengcc@niu.edu.tw http://wcnlab.niu.edu.tw 註：本教材主要是修改自「通訊系統實驗」作者趙亮琳與范俊杰教授所提供之教學資源

2. 實驗目的 • 瞭解 ASK 非同步解調的方法及原理。 • 整合 CVSD 調變、Manchester 碼編碼、ASK 調變、ASK 解調、Manchester 碼解碼及 CVSD 解調，看看上述各實驗電路是否真能派上用場。 Chih-Cheng Tseng

3. 原理說明 (1/4) • ASK 非同步解調之結構如圖 13-1 所示，它比圖 10-1 的AM 非同步解調多了一個比較器。各方塊的功能分述如下： • 波封檢波器：其輸出VE(t)為接收信號 VR(t)的波封，不過VE(t)含有鋸齒成分，並且在波封突然下降時，VE(t) 之下降速度會跟不上。 • 低通濾波器：濾除VE(t)的直流成分和鋸齒成分，使輸出VLP(t)波形較為平緩。 • 比較器：將VLP(t)之波形整形成數位波形。 Chih-Cheng Tseng

4. 原理說明 (2/4) 圖 13-1ASK 非同步解調結構及波形 Chih-Cheng Tseng

5. 原理說明 (3/4) • 在實驗八(曼徹斯特編碼與解碼)中已成功地結合了CVSD調變、解調電路和曼徹斯特碼編碼、解碼電路(參考圖 8-2)，而在本實驗中要在圖 8-2之傳送通道的兩端分別加入ASK調變及非同步解調電路，使傳送通道改傳ASK信號。整個實驗系統如圖 13-2所示，圖中各方塊功能簡述如下： 圖 13-2ASK 實驗系統 (非同步解調 ) Chih-Cheng Tseng

6. 原理說明 (4/4) • CVSD調變：將類比輸入信號轉成NRZ形式之數位信號。 • 曼徹斯特碼編碼：將NRZ信號和時脈信號結合成曼徹斯特碼形式之數位信號。 • ASK調變：將曼徹斯特碼之數位信號轉成ASK信號以利傳送。 • ASK非同步解調：將接收到的ASK信號復原成數位信號(仍為曼徹斯特碼)。 • 曼徹斯特碼解碼：從曼徹斯特碼之信號中復原出時脈信號，並藉以將信號恢復成NRZ形式之數位信號。 • CVSD解調：將NRZ之數位信號復回成類比信號輸出。 Chih-Cheng Tseng

7. 電路分析 (1/7) • 本實驗中將新增一個圖 13-3 所示的比較器單元電路 圖 13-3　比較器電路 Chih-Cheng Tseng

8. 電路分析(2/7) • 當輸入 (In 端 ) 電壓大於 0 V 時，輸出 (Out 端 ) 電壓為為 5 V；當輸入 (In 端 ) 電壓小於 0 V 時，輸出 (Out 端 ) 電壓為 0 V。 • 本電路附帶一個 +5 V 的直流電源供應端 (+5 Out)，因為從本實驗開始，將同時需要 12 V及 +5 V 等三種直流電壓源，萬一實驗室之電源供應器無法同時供應這三種電壓時，本電路之 +5 V 輸出即可派上用場。 Chih-Cheng Tseng

9. 電路分析(3/7) • LM311是個集極、射極均為開路的比較器，其結構如圖 U12-3，由圖中可看出下列特性： • 當V2>V3時，Q off，即 pin 7 與 pin 1 之間呈斷路關係。 • 當V2<V3時，Q 飽和，故 pin 7 與 pin 1 之間只有約 0.2 V 的壓降，可看成短路。 Chih-Cheng Tseng

10. 電路分析(4/7) 圖 U12-3LM311 之特性結構 Chih-Cheng Tseng

11. 電路分析(5/7) • 根據上述特性，原電路可簡化成圖 U12-4，所以 • 當Vi>0時，Q open，Vo≈5 V( 註 ) • 當Vi<0時，Q short，Vo≈0 V • 【註】當輸出端接上負戴RL時， ，必須RL>>1 KΩ才能使Vo維持在 5 V。 Chih-Cheng Tseng

12. 電路分析(6/7) +5V 圖 U12-4　原電路之等效電路 Chih-Cheng Tseng

13. 電路分析(7/7) • pin 2所並接之100 KΩ 電阻 之主要用途為提供pin 2一條直流通路，避免萬一 Vi串接電容時造成pin 2無直流通路而使LM311工作不正常。 • 圖 U12-1中之7805是一個常見的電壓調節器，只要其輸入電壓夠大 (約 7.5 V以上)，輸出電壓即固定為 +5 V，此電壓除供比較器使用外，尚可供其它實驗中的 TTL IC做為直流電源使用。 Chih-Cheng Tseng

14. 電路說明 (1/4) • 本實驗的第一部分為 ASK 非同步解調，電路如圖 13-4 所示。圖中各單元電路之功能簡述如下： 圖 13-4ASK 非同步解調實驗電路 Chih-Cheng Tseng

15. 電路說明 (2/4) • 乘法器 ( 一 )：做為 ASK 調變電路使用。 • 波封檢波器：檢出接收信號VR(t)的波封。 • 低通濾波器：濾除波封檢波器輸出 VE(t)之鋸齒成分。另外由於VE(t)含有直流成分，所以VE(t)由 In(ac) 端輸入以消除該直流成分。 • 比較器：將 LPF 輸出之VLP(t)整形成 0 V、5 V 的數位波形。由於在 LPF 處已濾除了直流成分，使得VLP(t)波形的中間值約為 0 V，所以比較器以 0 V 為界線來區分電壓的高低。 Chih-Cheng Tseng

16. 電路說明 (3/4) • 本實驗的第二部分是要將圖 13-4的電路插入實驗八之圖8-9電路中間，(即圖 13-5的灰色方塊部分)，不過由於整個電路圖相當龐大，所以在圖 13-5中只畫出所使用的單元電路名稱及其接點名稱，若需各單元電路之電路圖可直接查閱課本之電路分析部分。 • 在圖 13-5中，雖然曼徹斯特碼編碼器送出的是曼徹斯碼形式的數位信號，不過它仍是0 V、5 V的數位信號，而ASK調變輸入及解調輸出亦是0 V、5 V的數位信號，所以本實驗之ASK調變、解調電路[即圖中的乘法器 (一) ，波封檢波器，低通濾波器及比較器]能將曼徹斯特碼編碼器的輸出信號忠實地傳送給曼徹斯特碼解碼器。 Chih-Cheng Tseng

17. 電路說明 (4/4) 圖 13-5ASK 實驗系統電路 ( 非同步解調 ) Chih-Cheng Tseng