FM Demodulation eller Detection

- FM demodulation eller deteksjon innebærer å endre frekvensvariasjoner i et signal til amplitude variasjoner på baseband, f.eks lyd. Det finnes flere teknikker og kretser som kan brukes hver med sine egne fordeler og ulemper.

Frekvensmodulasjon er mye brukt for radiotransmisjoner for en lang rekke anvendelser fra kringkasting til generell punkt til punkt kommunikasjon.

Frekvensmodulasjon, FM gir mange fordeler, særlig i mobilradio anvendelser hvor dens motstand mot falming og interferens er en stor fordel. Det er også mye brukt for kringkasting på VHF frekvenser hvor den er i stand til å gi et medium for høykvalitets lyd sendinger.

I lys av sin omfattende bruk mottakere må være i stand til å demodulate disse sendingene. Det er et bredt utvalg av forskjellige teknikker og kretser som kan brukes blant annet Foster-Seeley, og forholdet detektorer ved bruk av diskrete komponenter, og hvor integrerte kretser benyttes den faselåste sløyfe og kvadratur-detektorer er mer utbredt.

Hva er frekvensmodulasjon, FM?

Som navnet antyder frekvensmodulasjon, benytter FM endringer i frekvens for å bære den lyd eller annen informasjon som er nødvendig for å bli plassert på bæreren. Som vist nedenfor, kan det sees at når den modulerende eller basisbåndsignalspenningen varierer, slik at frekvensen av signalet skifter i takt med den. Denne type av modulasjon gir flere fordeler med det:

• Interferens reduksjon:   Sammenlignet med AM, FM gir en markert forbedring i forstyrrelser. I lys av det faktum at de fleste mottatte støy er amplitude støy, kan en FM-mottaker fjerne eventuell amplitude følsomhet ved å drive den inn i IF begrensende.

• Fjerning av mange effekter av signalstyrke varianter:   FM er mye brukt for mobile applikasjoner fordi amplitude variasjoner ikke føre til en endring i lydnivå. Som lyden er gjennomført av frekvensvariasjoner fremfor amplitude seg, under gode signalstyrkeforhold, dette betyr ikke manifestere seg som en endring i lydnivå.

• Sender forsterker effektivitet:   Når modulasjonen blir båret av frekvensvariasjoner, betyr dette at sendereffektforsterkerne kan gjøres ikke-lineær. Disse forsterkerne kan gjøres for å være langt mer effektiv enn lineære seg, og dermed spare verdifull batteristrøm - en verdifull handelsvare for mobil eller bærbart utstyr.
Disse fordelene gjør at FM har vært mye brukt for mange kringkasting og mobile applikasjoner.

 

Frekvens module et signal

Wide band og smale bånd FM

Når et signal er frekvensmodulert, bære endringer i frekvens på linje med modulasjon. Dette kalles avviket. På samme måte som modulasjonsnivået kan varieres for et amplitudemodulert signal, er det samme tilfelle for en frekvensmodulert en, selv om det ikke er et maksimum eller 100% modulasjon nivå som i tilfellet med AM.

Nivået av modulasjonen styres av en rekke faktorer. Den båndbredde som er tilgjengelig er en. Det er også funnet at signaler med et stort avvik er i stand til å støtte høyere kvalitet transmisjoner, selv om de naturligvis oppta en større båndbredde. Som et resultat av disse motstridende krav ulike nivåer av avvik anvendes i henhold til det program som brukes.

De med lave nivåer av avvik kalles smalt bånd frekvensmodulasjon (NBFM) og typisk nivåer av +/- 3 kHz eller mer blir brukt avhengig av den tilgjengelige båndbredden. Vanligvis NBFM brukes for punkt til punkt kommunikasjon. Mye høyere nivåer av avvik anvendes for kringkasting. Dette kalles bredbåndet FM (WBFM) og for kringkasting avvik på +/- 75 kHz anvendes.

Motta FM

For å være i stand til å motta FM-mottaker må være følsom for frekvensvariasjoner for de innkommende signaler. Som allerede nevnt kan disse være bredt eller smalt band. Imidlertid settet er gjort ufølsom for amplitudevariasjoner. Dette oppnås ved å ha en høy forsterkning IF forsterker. Her signalene blir forsterket i en slik grad at forsterkeren drives inn i begrensende. På denne måten kan enhver amplitudevariasjoner er fjernet.

For å være i stand til å omdanne de frekvensvariasjoner til spenningsvariasjoner, må demodulatoren være frekvensavhengig. Den ideelle responsen er en perfekt lineær spenning til frekvens karakteristikk. Her kan det ses at senterfrekvensen er i midten av responskurven og det er her den un-modulert bærebølge ville bli plassert når mottageren er riktig innstilt på signalet. Med andre ord ville det ikke være noen offsetlikespenning til stede.

Den ideelle reaksjon er ikke mulig fordi alle systemer har begrenset båndbredde, og som et resultat av en respons-kurve er kjent som en "S" kurve oppnås. Utenfor båndbredden til systemet, faller respons, som ville være forventet. Det kan sees at frekvensvariasjoner i signalet blir omformet til spenningsvariasjoner som kan bli forsterket av en forsterker før den sendes inn i hodetelefoner, en høyttaler, eller overføres til andre elektroniske kretser for den aktuelle behandling.

Karakteristiske "S" kurve av en FM-demodulator

For å muliggjøre den beste påvisning til å finne sted signalet skal være sentrert omkring midten av kurven. Hvis den beveger seg for langt da de karakteristiske blir mindre lineær og høyere nivåer av forvrengning resultat. Ofte er det lineære området er konstruert for å strekke seg godt utover båndbredden til et signal, slik at dette ikke skjer. På denne måte kan en optimal linearitet er oppnådd. Typisk er båndbredden til en krets for mottak av VHF FM-sendinger kan være ca. 1 MHz, mens signalet er bare 200 kHz bred.

FM demodulatorer

Det finnes en rekke kretser som kan brukes for å demodulere FM. Hver type har sine egne fordeler og ulemper, noe som blir brukt når mottakerne benyttes diskrete komponenter, og andre nå som kretser er utbredt.

Nedenfor er en liste over noen av de viktigste typer FM demodulator eller FM detektor. I lys av den utbredte bruken av FM, selv med konkurranse fra digitale modes som er mye brukt i dag, blir FM demodulatorer nødvendig i mange nye design av elektronisk utstyr.

• Helling FM detektor:   Denne form for detektor benytter helningen av en avstemt krets for å omdanne de frekvensvariasjoner til amplitudevariasjoner. Etter hvert som frekvensen av FM-signalet varierer, forandrer den sin posisjon på skråningen av den avstemte krets, slik at amplituden vil variere. Dette signal kan deretter omdannes til et basisbåndsignal ved hjelp av en AM-diodedetektor krets.

• Ratio detektor:   Denne FM demodulator krets ble mye brukt med diskrete komponenter, noe som gir et godt nivå av ytelse. Den ble karakterisert ved den transformator med tre viklinger som er nødvendig.

• Foster-Seeley FM detektor:   Som Ratio detektoren Foster Seeley detektor eller discriminator ble brukt sammen med diskrete komponenter, og gir utmerket ytelse for dagen i mange FM-radioer.

• PLL, Phase Locked Loop FM demodulator:   FM demodulatorer bruker faselåste sløyfer, PLLs CNA gi høye nivåer av ytelse. De krever ikke en kostbar transformator og kan lett bli innarbeidet i FM-radio ICs.

• Quadrature FM demodulator:   Denne formen for FM demodulator er svært praktisk for bruk i integrerte kretser. Det gir høye nivåer av linearitet, mens ikke krever mange eksterne komponenter.

• Tilfeldighet FM demodulator:   Denne formen for demodulator har mange likheter med kvadratur detektoren. Den bruker digital teknologi og erstatter en mikser med en logikk NAND gate.

Hver av disse forskjellige typer av FM-detektor eller demodulator har sine egne fordeler og ulemper. Disse FM demodulatorer er beskrevet i flere sider av denne opplæringen.

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste