(V. 1.15)
DATOS GENERALES:
CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES
ASIGNATURA: COMUNICACIONES II
TÍTULO DE LA PRÁCTICA: MODULADOR Y DEMODULADOR FSK
NOMBRES:
HORARIO:
A. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
No. de práctica
4
A1.
A2.
Entender el principio de la modulación de desplazamiento de frecuencia (FSK).
Medir señales FSK
A3. Implementar un modulador FSK con LM566.
A4.
A5.
Realizar un detector de desplazamiento de frecuencia usando un lazo de enganche de fase.
Aprender como diseñar un comparador de tensión usando un AMP OP.
B. FUNDAMENTO TEÓRICO
En la transmisión digital los repetidores regeneran las señales digitales y mejoran el rechazo a interferencias debido al ruido. El uso de técnicas de encodificación provee además funciones de corrección. Sin embargo, en la transmisión de señales digitales las distorsiones a menudo se deben a la atenuación de los componentes de alta frecuencia por la gran separación entre el punto de transmisión y el punto de recepción. Para corregir esta desventaja, uno de los métodos es el empleo de un procesamiento particular
(modulación).
MODULADOR FSK
La modulación de desplazamiento de frecuencia (FSK) es un tipo de modulación FM. La señal de salida
FSK puede estar en dos frecuencias predeterminadas. La selección de dicha frecuencia está controlada por la señal moduladora (señal digital). Usualmente estas dos frecuencias de salida se les conocen como frecuencias de marca y espacio. La relación entre las señales FSK y la señal digital se muestran en la Fig. 13-1. La frecuencia FSK f1 corresponde a un nivel alto en la entrada digital, y la f2 representa un nivel bajo en la misma entrada.
1

La técnica FSK se usa ampliamente en telemetría. Los estándares de FSK han evolucionado con los años. Para la telemetría de radio, la frecuencia 2124Hz representa la marca o 1, y 2975 Hz representa el espacio o 0.
Para transmisión de datos a través de líneas telefónicas o terrestres, las frecuencias comúnmente usadas son:

espacio = 1270 Hz marca = 1070 Hz

espacio = 2225 Hz marca = 2025 Hz
Nótese que la diferencia de frecuencia (gap como se les conoce en inglés) de la señal FSK es igual a
200 Hz.
El modulador FSK convierte la señal digital (onda cuadrada) en una señal analógica con dos frecuencias distintas correspondientes a los niveles de entrada. En este experimento, se usa las frecuencias de
1070 Hz y 1270 Hz para representar el espacio y la marca, respectivamente. Estas frecuencias pueden generarse fácilmente con un oscilador controlador por tensión (VCO). En la Fig. 13-2 se muestra un modulador FSK práctico usando el VCO LM566. En tales casos, la frecuencia de oscilación del LM566 puede calcularse con la siguiente formula: 𝑓𝑜 =
2
𝑅
10
𝐶
5
(
𝑉 𝑐𝑐
− 𝑉 𝑖𝑛
𝑉 𝑐𝑐
)
Donde Vcc es la tensión de alimentación aplicada al pin 8 del LM566, y. Vin es la tensión de control del
VCO aplicado al pin 5.
2

Si Vcc es constante, los valores apropiados de R10, C5 y Vin están determinados para generar las frecuencias de salida del LM566 fo de 1070 Hz y 1270 Hz. En la práctica, las limitaciones del uso del
VCO LM566 son:
2𝑘Ω ≤ 𝑅
10
≤ 20𝑘Ω
0.75 ≤ 𝑉 𝑖𝑛
≤ 𝑉 𝑐𝑐 𝑓𝑜 ≤ 500𝑘𝐻𝑧
10V ≤ 𝑉 𝑐𝑐
≤ 24𝑉
Para generar las frecuencias de 1070 Hz y 1270 Hz, se debe convertir los niveles de entrada digital, tales como niveles TTL de OV y 5V a los niveles de tensión apropiados antes de aplicarse a la entrada del VCO. El desplazador de nivel (Q1 y Q2) cumple esta función. Q1 actúa como una compuerta NOT.
En otras palabras, cuando la entrada de Q1 está en alto (5V), entonces Q1 conduce y la salida va a bajo (aproximadamente 0.2V) forzando a Q2 al estado de corte. Si la entrada de Q1 está en bajo (OV),
Q1 está APAGADO y su salida estará en alto (5V), forzando a Q2 al estado de conducción. Cuando Q2 está APAGADO, la tensión de entrada del VCO está dado por:
𝑉1 =
𝑉
𝑅2
𝑉
𝑅2
+ 𝑅
6
𝑉 𝑐𝑐
Y la frecuencia de salida del VCO es f1. Cuando Q2 conduce, la tensión de entrada del VCO es
𝑉2 =
𝑉
𝑅1
//𝑉
𝑅2
(𝑉
𝑅1
//𝑉
𝑅2
) + 𝑅
6
𝑉 𝑐𝑐
3

Y la frecuencia de salida es f2. Por consiguiente las frecuencias de salida f1 = 1270 Hz y f2 = 1070 Hz pueden obtenerse ajustando cuidadosamente los valores de VR1 y VR2. Ambos U2 y U3 son los filtros pasa bajas de segundo orden. El filtro pasa bajas de cuarto orden conformado mediante la conexión en cascada de estos filtros se usa para filtrar los componentes armónicos de alta frecuencia en la salida del LM566 y por consiguiente se obtiene la señal modulada FSK.
Si se desea transmit ir esta señal modulada FSK por una antena, se requiere un mezclador para modular la señal al rango de frecuencia en la banda de RF.
DEMODULADOR FSK
Para recuperar la señal digital original de la señal FSK se requiere un demodulador FSK en el receptor.
Para este propósito, una buena opción es el uso de lazo de enganche de fase (PLL). En breve, el lazo de enganche de fase es un sistema de control que ra strea la frecuencia y fase de una señal de entrada.
Recientemente, el PLL se usa ampliamente como demodulador en muchos tipos de sistemas de comunicación analógica, tales como el demodulador de AM, demodulador de FM, selector de frecuencia, adquisición de la subportadora de crominancia en receptores de TV. Similarmente, muchos lazos de enganche de fase digitales han sido desarrollados para rastrear una portadora o bit de señal de sincronización en sistemas de comunicación digital.
4

Básicamente, un PLL posee tres principales secciones: Detector de fase (PO), Filtro de lazo (LF), y oscilador controlado por tensión (VCO). La Fig. 14-1 muestra el diagrama de bloques del PLL.
Considere el diagrama de bloques del PLL de la Fig. 14-1. Si Vin cambia de frecuencia, una variación instantánea provoca un cambio entre A y B y por ende el nivel cd a la salida. Este desplazamiento de nivel cambia la frecuencia del VCO para mantener el sistema enganchado. Si el PLL se usa como un demodulador FSK y la señal FSK se aplica a la entrada, las tensiones V1 y V2 corresponderán a las frecuencias de entrada f1 y f2, respectivamente. Así un cambio en la frecuencia de entrada se convierte en un cambio en el nivel cd de la salida. Cuando se conecta la salida del PLL a la entrada del co mparador de tensión cuyas tensiones de referencia son V1 y V2, la señal de salida del comparador es la señal digital original, o la señal demodulada FSK.
5

En este experimento se usa el PLL LM565 para realizar un demodulador FSK mostrado en la Fig. 14-
2. El PLL LM565 con el detector de fase, VCO y amplificador funcionan por debajo de la frecuencia de
500 kHz. El detector de fase funciona como un doble modulador balanceado y el VCO es un circuito integrador de Schmitt. Las fuentes de alimentación +5V y -5V son aplicadas al Vcc (pin 10) y VEE (pin
1), respectivamente.
La señal FSK se aplica a la entrada del detector de fase. Como no se necesita un multiplicador de frecuencia en este experimento, los pines 4 y 5 están interconectados. La salida de referencia (pin 6) provee la tensión de referencia del comparador U2. La combinación de la resistencia interna R, y el condensador externo C3 funciona como el filtro de lazo. Los componentes de tiempo VR1 y C2 determina la frecuencia libre del VCO. En el proceso de diseño con el LM565, los siguientes son los parámetros importantes de interés:
Frecuencia libre
En ausencia de la señal de entrada, la frecuencia de salida del VCO se le llama frecuencia libre fo. En el circuito de la Fig. 142, la frecuencia libre del LM565 está determinado por los componentes de tiempo
C2 y VR1, y pueden encontrarse mediante la formula 𝑓𝑜 ≈
1.2
4𝑉𝑅
1
𝐶
2
Rango de enganche
Considere que inicial mente, el PLL está enganchado y el VCO está funcionando a la frecuencia fo. La frecuencia de entrada es fi Asuma que esta frecuencia es igual a la frecuencia del VCO fo, y por ende se mantiene el enganche. Ahora, si se varia la frecuencia fi tal que ésta se distancie de fo ya sea a una frecuencia mayor o menor, el PLL puede aún mantener el enganche. Cuando la frecuencia de entrada es tal que el PLL pierda el enganche, la diferencia de frecuencia de fi y fo se conoce como rango de enganche del lazo. El rango de enganche del LM565 puede calcularse con la siguiente formula 𝑓𝑙 =
8𝑓𝑜
𝑉 𝑐
=
𝑉 𝑐𝑐
8𝑓𝑜
− 𝑉
𝐸𝐸
Rango de Captura
Considere que el PLL no está enganchado y la frecuencia del VCO es fo. La frecuencia de entrada fi es menor o mayor a la frecuencia del VCO fo, de forma tal que la condición de desenganche se mantiene en el PLL. Cuando al variar la frecuencia de la entrada para aproximarla a la frecuencia fo el PLL entra en estado de enganche, la diferencia de frecuencia de fi y fo se le conoce como rango de captura del lazo. El rango de captura del LM565 puede calcularse con la formula siguiente
6

1 𝑓𝑐 = (
2𝜋
2𝜋 × 𝑓
𝐿
) √
3.6 × 10 3 × 𝐶
2
En el circuito de la Fig. 14-2, los componentes R3, R4, R5, C3, C4 y C5 constituyen un filtro pasa bajas que reducen el rizo de salida. L os niveles digitales de la señal demodulada FSK son compatibles con los niveles TTL
C. LISTADO DE MATERIALES O HERRAMIENTAS
C1. Modulo KL-96001
C2. Modulo KL-94003
C3. Osciloscopio
C4.
Cable de Energía entre Módulos
C5. 10 cables banana
C6. Dos puntas de prueba de osciloscopio.
D. INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA
Experimento 13-1 Modulador FSK
D1. Ubique el circuito modulador FSK en el Modulo KL-94003.
D2. Conecte 5Vdc a la entrada de señal digital (l/P). Usando el osciloscopio en el canal 1, observe la frecuencia de salida del NE566 (pin 3, T1) y ajuste VR2 para obtener la frecuencia de 1070Hz, y luego registre el resultado en la Tabla 13-1.
D3. Usando el osciloscopio en el canal 1, observe y registre la señal de salida FSK (O/P) en la Tabla 13-1.
D4.
D5.
Conecte la entrada de la señal digital (I/P) a tierra (0V). Usando el osciloscopio en el canal 1, observe la frecuencia de salida NE566 (pin 3, T1) y ajuste VR1 para obtener la frecuencia de 1270Hz, y registre el resultado en la Tabla 13-1.
Usando el osciloscopio en el canal 1, observe y registre la señal de salida FSK (O/P) en la Tabla 13-1.
D6. Fije la salida del generador (Modulo 96001) una señal nivel TTL y la frecuencia de 150 Hz
D7. Conecte ésta señal al módulo KL-94003 (modulador FSK) a la entrada de señal digital (I/P). Usando el osciloscopio en el canal 1, observe y registre la entrada (I/P), y la salida del NE566 (pin 3, T1), y la señal de salida FSK (O/P) en la Tabla 13-2.
D8.
D9.
Utilice una segunda punta de osciloscopio en el canal 2, a la entrada de señal digital (l/P). La punta de prueba del canal 1 debe permanecer en la señal de salida FSK (O/P). Sobreponga ambas señales, observe y registre la señal resultante en la Tabla 13-2.
Cambie la frecuencia de salida del generador (Modulo 96001) a una señal TTL a 200Hz y repita el paso
D7 y D8.
7

0V
Experimento 14 Demodulador FSK
D10. Ubique el circuito demodulador FSK en el Modulo KL-94003. Conecte la entrada vertical del osciloscopio a la salida del VCO output (T1). Observe la frecuencia libre del LM565 y ajuste VR1, hasta obtener la frecuencia de 1070 Hz.
D11. Conecte una onda seno de 1070Hz, 2Vp-p a la terminal de entrada (I/P).
D12. Fije la entrada vertical del osciloscopio a rango CD y observe la forma de onda de salida y registre el resultado en la Tabla 14.1
D13. Cambie la frecuencia de entrada a 1270Hz y repita el paso 12.
D14. Complete el circuito modulador FSK en el Modulo KL-94003. Aplique una onda cuadrada de 150 Hz
TTL a la entrada del modulador FSK.
D15. Conecte la salida del modulador FSK a la entrada del demodulador FSK.
D16. Usando el osciloscopio, observe y registre la forma de onda de salida demodulada en la Tabla 14.2 Si no se obtiene la señal demodulada, revise las frecuencias de entrada de FSK 1070 Hz y 1270Hz.
D17. Cambie la frecuencia de entrada del FSK del modulador a 200Hz. Fije la entrada vertical del osciloscopio a rango DC y observe la forma de salida y registre el resultado en la tabla 14.2.
E. RESULTADOS OBTENIDOS
Señal de entrada
Tabla 13-1
Forma de Onda a la Salida
NE566 (pin 3)
Forma de Onda a la Salida FSK (O/P)
5V
8

Frecuencia de Entrada
Forma de
Onda de
Entrada (I/P)
Forma de
Onda a la
Salida del
NE566
(pin 3, T1)
Forma de
Onda a la
Salida FSK
(O/P)
Formas de
Onda
Sobrepuestas
(I/P Y O/P)
Frecuencia de entrada
1070 Hz
150 Hz
Tabla 13-2
200 Hz
Tabla 14.1
Vin 2Vp-p
Forma de Onda de entrada Forma de salida (Señal Demodulada)
1270 Hz
9

Frecuencia de entrada del modulador FSK
Tabla 14.2
Demodulador FSK
Forma de Onda de entrada
150 Hz
Demodulador FSK
Forma de Onda de salida
(Señal Demodulada o recuperada)
200 Hz
F. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
G. BIBLIOGRAFÍA
H. PREGUNTAS
Resuelva el cuestionario que se encuentra adjunto en la plataforma.
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