Modulazione OOK

25 Pages·2009·0.27 MB·Italian

Lezione 21 bis
Sommario
• Trasmissione via radio (wireless).
• Modulazione digitale:
• ASK o OOK
• FSK
• Modulazione analogica: PLL.
• Esempi di circuiti di trasmissione e
ricezione
• Antenne
• Protocolli per comunicazioni wireless.
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Lezione 21 bis
Materiale di riferimento
1. Datasheet del microcontrollore Microchip
rfPIC12F675, disponibile sul sito web del corso
in formato pdf.
2. Datasheet del microcontrollore ATMEL
AT86RF401, disponibile sul sito web del corso
in formato pdf.
3. R. Garg et al., “Microstrip antenna design
handbook”, Artech House, Boston, 2001,
ISBN 0-89006-513-6
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Trasmissione via radio
Negli ultimi tempi si assiste ad una forte
crescita della richiesta di sistemi di
trasmissione radio dei dati, da incorporare
nei più disparati prodotti dell’elettronica di
consumo. Data la natura di questo mercato
(bassi costi, volumi di produzione molto
elevati) sono di particolare interesse le
soluzioni semplici, affidabili e poco costose.
E’ questa la ragione per la quale si
cominciano a trovare sul mercato differenti
microcontrollori con periferiche dedicate
alla trasmissione via radio dei dati.
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Trasmissione via radio
Le applicazioni di queste tecnologie sono le
più varie. A titolo di esempio si possono
ricordare:
1. elettrodomestici “intelligenti”;
2. apparati per la misura e controllo dei
consumi energetici;
3. sistemi di allarme domestico senza fili;
4. serrature elettroniche;
Ciascuna di queste categorie di prodotti
richiede soluzioni a basso costo e di semplice
realizzazione.
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Trasmissione via radio
Le applicazioni nel settore automobilistico
meritano una citazione a parte. In questo
ambito il requisito principale per ogni
progetto è la sicurezza.
Il filone principale di applicazione è quello
della misura in tempo reale della pressione
degli pneumatici.
Le problematiche principali riguardano il
soddisfacimento dei diversi standard nazionali
relativamente a frequenze di trasmissione e
potenza emessa, ma anche la sicurezza dei
dati trasmessi (codifica).
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Trasmissione digitale
La trasmissione dei dati via radio in forma
digitale può avvenire sfruttando differenti
tecniche di modulazione. Le più usate
nell’ambito dei microcontrollori destinati ad
applicazioni RF sono:
1. modulazione Amplitude Shift Key (ASK);
2. modulazione On/Off Key (OOK);
3. modulazione Frequency Shift Key (FSK).
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Modulazione ASK
La modulazione digitale di ampiezza o ASK,
sebbene quasi completamente abbandonata
nei moderni sistemi di trasmissione, riveste
un ruolo importante nelle applicazioni RF dei
microcontrollori.
La sua semplicità realizzativa, sia per il
trasmettitore che per il ricevitore, consente
la realizzazione di sistemi a basso costo e la
integrazione diretta di moduli di
trasmissione a bordo di microcontrollori.
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Modulazione ASK
p(t)
t
0 1 0
Il principio della modulazione ASK è semplice.
L’ampiezza di un segnale portante, ad esempio di
tipo sinusoidale, viene modulata tra due livelli
distinti, uno associato al simbolo “0”, l’altro al
simbolo “1”.
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Modulazione OOK
p(t)
t
0 1 0
Nella modulazione OOK, che è un caso
particolare della precedente, uno dei due
livelli è zero. La modulazione associa così ad
un simbolo (ad esempio “1”) la presenza e
all’altro (ad esempio “0”) l’assenza di segnale.
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Modulazione FSK
p(t)
t
0 1 0
Nella modulazione FSK, invece, è la frequenza
del segnale portante che viene modulata tra
due livelli distinti, ciascuno associato ad uno
dei due simboli.
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Trasmettitori
I trasmettitori integrati nei microcontrollori
sono particolarmente semplici. Includono
generalmente un Phase Locked Loop (PLL) per
l’aggiustamento della frequenza della portante,
che è pari ad un sottomultiplo intero N della
frequenza di un opportuno oscillatore al
quarzo. Includono inoltre un amplificatore a
basso rumore (LNA) per il pilotaggio
dell’antenna. L’adattamento tra l’impedenza di
uscita dell’amplificatore e l’antenna è in genere
ottenuto attraverso opportune reti esterne di
elementi reattivi (Z ).
A
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Trasmettitori
Phase Locked Loop - PLL
PhC VCO LNA
Z
Ant
1:N
Oscillatore
al quarzo
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PLL: oscillatore controllato
V
INT
C
INT
I
C
I > I
C C
2 1
V
OUT
- +
V
INT
V La corrente IC ha una
OUT
componente proporzionale
al segnale di ingresso al
Controllo
VCO.
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PLL: oscillatore controllato
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PLL: comparatore di fase
Nel comparatore di fase digitale, l’uscita è un
segnale a onda quadra, il cui valore logico è
alto quando i due segnali sono a valori logici
diversi (XOR). Il valore medio di questo
segnale è proporzionale alla differenza di
fase tra i due segnali.
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PLL: comparatore di fase
Un altro tipo di comparatore di fase si basa su
una semplice macchina a 3 stati. A seconda
della successione dei fronti, l’uscita passa da
uno stato a bassa impedenza, in cui impone al
carico o una tensione alta (V ) oppure una
CC
bassa (GND), ad uno ad alta impedenza.
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PLL: comparatore di fase
Il grafo di stato illustra la corrispondenza tra lo stato
e l’uscita del circuito. Ad ogni fronte del segnale di
ingresso, l’uscita progredisce da GND verso V
CC
passando per lo stato ad alta impedenza. Ogni fronte
del segnale di uscita comporta l’arretramento di un
passo lungo la sequenza.
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PLL: comparatore di fase
Buffer
three state
Macchina a stati
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PLL: principio di funzionamento
Il PLL è un circuito a retroazione: il segnale di
uscita del comparatore di fase, opportunamente
filtrato in modo da renderlo quasi continuo,
viene usato per alimentare l’oscillatore. Il
segnale di uscita dell’oscillatore, la cui
frequenza è proporzionale al livello del segnale
di ingresso, viene inviato al comparatore di
fase. Se l’anello è stabile, il sistema si
mantiene in oscillazione intorno alla frequenza
imposta dal segnale di ingresso esterno (o ad
un suo sottomultiplo) con una relazione di fase
ben definita e costante tra ingresso e uscita.
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PLL: principio di funzionamento
f
f y
x
Filtro Passa
PhC VCO
x(t)
Basso y(t)
N
f /N
y
Divisore di
La stabilità dell’anello dipende
frequenza
totalmente dal progetto del
(opzionale)
filtro passa-basso.
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