›
›

Tài liệu Cải thiện độ tin cậy hệ thống

pdf 47 trang hapham 1010
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu Cải thiện độ tin cậy hệ thống", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdftai_lieu_cai_thien_do_tin_cay_he_thong.pdf

Nội dung text: Tài liệu Cải thiện độ tin cậy hệ thống

  1. Cải thiện độ tin cậy hệ thống
  2. AngleAngle ModulationModulation TransmissionTransmission 9/12/2010 1 /48
  3. GiGiớớii thithiệệuu •• CCúú 33 ththàànhnh phphầầnn ccủủaa ttớớnn hihiệệuu ttươươngng ttựự ccúú ththểể thaythay đđổổii bbởởii ttớớnn hihiệệuu mangmang thụngthụng tintin llàà:: biờnbiờn đđộộ,, ttầầnn ssốố vvàà phapha •• FM,FM, PMPM ccảả haihai đđềềuu ttừừ đđiiềềuu chchếế ggúúcc •• LLợợii ớớchch ccủủaa AM:AM: –– GiGiảảmm nhinhiễễuu –– CCảảii thithiệệnn đđộộ tintin ccậậyy hhệệ ththốốngng –– SSửử ddụụngng nnăăngng llưượợngng hihiệệuu ququảả hhơơnn •• HHạạnn chchếế:: –– BBăăngng thụngthụng llớớnn –– MMạạchch phphứứcc ttạạpp 9/12/2010 2/48
  4. ĐĐiiềềuu chchếế ggúúcc • Điều chế gúc là khi gúc pha (θ) của súng sin bị thay đổi theo thời gian • Biểu thức toỏn học: m(t) = Vc cos[ωct +θ (t)] – m(t): súng đó điều chế gúc – Vc: biờn độ đỉnh súng mang (V) – ωc: tần số gúc súng mang (anglular velocity, rad/s) – θ(t): độ lệch pha tức thời (rads) • θ(t) là 1 hàm của tớn hiệu điều chế θ (t) = F[ν m (t)] = F[Vm sin(ωmt)] 9/12/2010 3/48
  5. ĐĐiiềềuu chchếế ggúúcc •• FMFM vvàà PMPM khkhỏỏcc nhaunhau ởở đđặặcc ttớớnhnh ccủủaa ssúúngng mangmang bbịị thaythay đđổổii trtrựựcc titiếếpp hayhay gigiỏỏnn titiếếpp bbởởii ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế •• TTầầnn ssốố ssúúngng mangmang thaythay đđổổii ⇔⇔ phapha ssúúngng mangmang thaythay đđổổii •• FMFM llàà kkếếtt ququảả ttừừ ttầầnn ssốố ssúúngng mangmang thaythay đđổổii trtrựựcc titiếếpp phphựự hhợợpp vvớớii ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế •• PMPM llàà kkếếtt ququảả ttừừ phapha ssúúngng mangmang thaythay đđổổii trtrựựcc titiếếpp 9/12/2010phphựự hhợợpp vvớớii ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế 4/48
  6. ĐĐiiềềuu chchếế ggúúcc •• ĐĐịịnhnh nghnghĩĩaa:: –– DirectDirect FMFM:: thaythay đđổổii ttầầnn ssốố ccủủaa ccủủaa ssúúngng mangmang ccúú biờnbiờn đđộộ ccốố đđịịnhnh thaythay đđổổii trtrựựcc titiếếpp vvớớii biờnbiờn đđộộ ccủủaa ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế vvớớii ttốốcc đđộộ bbằằngng vvớớii ttầầnn ssốố ccủủaa ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế –– DirectDirect PMPM:: thaythay đđổổii phapha ccủủaa ccủủaa ssúúngng mangmang ccúú biờnbiờn đđộộ ccốố đđịịnhnh thaythay đđổổii trtrựựcc titiếếpp vvớớii biờnbiờn đđộộ ccủủaa ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế vvớớii ttốốcc đđộộ bbằằngng vvớớii ttầầnn ssốố ccủủaa ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế 9/12/2010 5/48
  7. ĐĐiiềềuu chchếế ggúúcc • Tớn hiệu đó điều chế gúc trong miền tần số – Độ lớn và hướng của dịch tần (∆f) thay đổi theo biờn độ và cực của tớn hiệu điều chế – Tốc độ tần số thay đổi bằng với fm 9/12/2010 6/48
  8. ĐĐiiềềuu chchếế ggúúcc •• ĐĐiiềềuu chchếế ggúúcc trongtrong mimiềềnn ththờờii giangian 9/12/2010 Frequency changing with time Phase changing with time 7/48
  9. ĐĐiiềềuu chchếế ggúúcc •• ĐĐộộ llệệchch phapha((∆∆θθ):): đđộộ ddịịchch ttươươngng đđốốii ccủủaa phapha ssúúngng mangmang ttớớnhnh bbằằngng radiansradians đđốốii vvớớii phapha thamtham chichiếếuu •• ĐĐộộ llệệchch ttầầnn((∆∆ff):): đđộộ ddịịchch ttươươngng đđốốii ccủủaa ttầầnn ssốố ssúúngng mangmang ttớớnhnh bbằằngng HzHz đđốốii vvớớii gigiỏỏ trtrịị chchưưaa đđiiềềuu chchếế •• CCỏỏcc đđộộ llệệchch ttươươngng ứứngng vvớớii ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế 9/12/2010 8/48
  10. PhõnPhõn ttớớchch totoỏỏnn hhọọcc •• SomeSome terms:terms: – Độ lệch pha tức thời=θ(t) (rad) – Pha tức thời= ωct + θ(t) – Độ lệch tần số tức thời= θ’(t) (Hz) – Tần số tức thời d ω (t) = [ω t +θ (t)] = ω +θ′(t) = 2πf +θ′(t) (rad / s) i dt c c c θ′(t) f (t) = f + (Hz) i c 2π 9/12/2010 9/48
  11. DeviationDeviation SensitivitySensitivity •• ĐĐiiềềuu chchếế phapha llàà đđiiềềuu chchếế ggúúcc vvớớii θθ(t)(t) ~~ vvm(t(t)) d vvàà θ ' (t) = [ν (t)] dt m hayhay θ ( t ) = K ν m ( t ) ( rad ) (6.7)(6.7) •• ĐĐiiềềuu chchếế ttầầnn ssốố llàà đđiiềềuu chchếế ggúúcc vvớớii θθ’’(t)(t) ~~ vvm(t(t)) θ (t) = [ν (t)] vvàà ∫ m hay ' (6.8) hay θ ( t ) = K 1ν m ( t ) ( rad / s ) (6.8) 9/12/2010 10/48
  12. DeviationDeviation SensitivitySensitivity • K và K1:hằng số và được gọi là deviation sensitivities của pha và tần số bộ điều chế (modulators) • Deviation sensitivity là hàm truyền output-input của bộ điều chế (modulator) • Thể hiện mối quan hệ giữa những thay đổi của thụng số ngừ ra với nhũng thay đổi của tớn hiệu ngừ vào Δθ • PM: K = (rad /V ) ΔV Δω rad • FM: K = ( ) 1 ΔV Vs 9/12/2010 11/48
  13. DeviationDeviation SensitivitySensitivity •• TTừừ (6.7)(6.7) vvàà (6.8)(6.8) PM= θ (t) = θ ' (t)dt = K ν (t)dt = K ν (t)dt PM= ∫ ∫ 1 m 1 ∫ m •• ĐĐiiềềuu chchếế phapha:: m(t) = Vc cos[ωct +θ (t)] = Vc cos[ωct + KVm cos(ωmt)] •• ĐĐiiềềuu chchếế ttầầnn ssốố m(t) = V cos[ω t + θ ' (t)] c c ∫ = V cos[ω t + K v (t)dt] c c ∫ 1 m = V cos[ω t + K V cos(ω t)dt] c c 1 ∫ m m K V 9/12/2010 ⎡ 1 m ⎤ 12/48 = Vc cos⎢ωct + sin(ωmt)⎥ ⎣ ωm ⎦
  14. BBảảngng ttúúmm ttắắtt (6(6 1)1) Loại điều chế Tớn hiệu điều Súng đó điều chế gúc, m(t) chế (a) Pha vm(t) m(t) = Vc cos[ωct + Kvm (t)] (b) Tần số v (t) m m(t) = V cos[ω t + K v (t)dt] c c 1 ∫ m (c) Pha Vmcos(ωmt) m(t) = Vc cos[ωct + KVm cos(ωmt)] ⎡ K V ⎤ (d) Tần số Vmcos(ωmt) 1 m m(t) = Vc cos⎢ωct + sin(ωmt)⎥ ⎣ ωm ⎦ 9/12/2010 13/48
  15. DDạạngng ssúúngng FMFM vvàà PMPM 9/12/2010 14/48
  16. HHệệ ssốố đđiiềềuu chchếế •• BiBiểểuu ththứứcc (c)(c) (d)(d) trongtrong BBảảngng 66 11 ccúú ththểể viviếếtt llạạii ddưướớii ddạạngng ttổổngng ququỏỏtt:: m(t) = Vc cos[ωct + m.cos(ωmt)] •• mm:: hhệệ ssốố đđiiềềuu chchếế,, andand isis defineddefined differentlydifferently inin phasephase andand frequencyfrequency modulationmodulation 9/12/2010 15/48
  17. HHệệ ssốố đđiiềềuu chchếế • Với điều chế pha: – m=độ lệch pha đỉnh=tỷ lệ với biờn độ tớn hiệu điều chế, độc lập với tần số m=K.Vm (radians) với: m=hệ số điều chế và độ lệch pha đỉnh (∆θ, radians) K= deviation sensitivity (radians per volt) Vm= biờn độ đỉnh của tớn hiệu điều chế (volts) m(t) = Vc cos[ωct + KVm cos(ωmt)] = Vc cos[ωct + Δθ cos(ωmt)] 9/12/2010 16/48 = Vc cos[ωct + mcos(ωmt)]
  18. HHệệ ssốố đđiiềềuu chchếế • Điều chế tần số – Điều chế tần số tỷ lệ với biờn độ của tớn hiệu điều chế và tỷ lệ nghịch với tần số của tớn hiệu điều chế K V m = 1 m (unitless) ωm với K1 (radians per volt) ωm (radians/s) – hay K V m = 1 m (unitless) fm với K1 (Hertz per volt) fm (hertz) 9/12/2010 17/48
  19. ĐĐộộ llệệchch ttầầnn ssốố • Độ lệch tần số (Frequency deviation) là sự thay đổi của tần số xảy ra ở súng mang tỏc động bởi tớn hiệu điều chế • Độ lệch tần đỉnh ∆f • Độ lệch tần đỉnh đỉnh (2∆f)=carrier swing Δf = K1Vm (Hz) Δf ⇒ Hệ số điều chế: m = fm K V ⎡ 1 m ⎤ m(t) = Vc cos⎢ωct + sin(ωmt)⎥ ⎣ ωm ⎦ ⎡ Δf ⎤ = Vc cos⎢ωct + sin(ωmt)⎥ ⎣ fm ⎦ 9/12/2010 18/48 = Vc cos[]ωct + m.sin(ωmt)
  20. 9/12/2010 19/48
  21. TTúúmm ttắắtt đđiiềềuu chchếế ggúúcc FM PM Súng đó ⎡ K V ⎤ m(t) = V cos ω t + 1 m sin(ω t) điều chế c ⎢ c m ⎥ m(t) = Vc cos[ωct + KVm cos(ωmt)] ⎣ ωm ⎦ = V cos[ω t + Δθ cos(ω t)] ⎡ Δf ⎤ c c m = V cos ω t + sin(ω t) c ⎢ c m ⎥ = V cos[ω t + mcos(ω t)] ⎣ fm ⎦ c c m = Vc cos[]ωct + m.sin(ωmt) Deviation K1 (Hz/V) K (rad/V) sensitivity Độ lệch Δf = K1Vm (Hz) Δθ = KVm (rad) Hệ số điều K V Δf chế 1 m m = = (unitless) m = KVm = Δθ (rad) fm fm Tớn hiệu v (t) = V cos(ω t) điều chế vm (t) = Vm sin(ωmt) m m m 9/12/2010Súng v (t) = V cos(ω t) 20/48 mang vc (t) = Vc cos(ωct) c c c
  22. BBộộ đđiiềềuu chchếế vvàà gigiảảii đđiiềềuu chchếế PhaPha vvàà TTầầnn ssốố •• CCúú 44 ccỏỏchch ddựựngng ttươươngng đươđươngng:: –– BBộộ đđiiềềuu chchếế PMPM == BBộộ vivi phõnphõn theotheo sausau bbởởii bbộộ đđiiềềuu chchếế FMFM –– BBộộ gigiảảii đđiiềềuu chchếế PMPM == BBộộ gigiảảii đđiiềềuu chchếế FMFM theotheo sausau bbởởii bbộộ ttớớchch phõnphõn –– BBộộ đđiiềềuu chchếế FMFM == BBộộ ttớớchch phõnphõn theotheo sausau bbởởii bbộộ đđiiềềuu chchếế PMPM –– BBộộ gigiảảii đđiiềềuu chchếế FMFM demodulatordemodulator == BBộộ gigiảảii đđiiềềuu chchếế PMPM theotheo sausau bbởởii bbộộ vivi phõnphõn 9/12/2010 21/48
  23. PhõnPhõn ttớớchch ttầầnn ssốố z Điều chế súng sin một tần số m(t) = Vc cos[ωct + mcos(ωmt)] z Cỏc thành phần tần số riờng rẻ thỡ khụng rừ ràng (Individual freq components are not obviously) ∞ nπ cos(α + mcos β ) = ∑ J n (m)cos(α + nβ + ) n=−∞ 2 st Jn(m) là hàm Bessel function of the 1 kind of nth order with argument m ∞ z So, nπ m(t) = Vc ∑ J n (m)cos(ωct + nωmt + ) n=−∞ 2 9/12/2010 22/48
  24. PhõnPhõn ttớớchch ttầầnn ssốố • Expanding: ⎧ ⎡ π ⎤ ⎡ π ⎤ m(t) = Vc ⎨J 0 (m)cosωct + J1(m)cos⎢(ωc +ωm )t + )⎥ − J1(m)cos⎢(ωc −ωm )t − )⎥ ⎩ ⎣ 2 ⎦ ⎣ 2 ⎦ − J 2 (m)cos[][](ωc + 2ωm )t − J 2 (m)cos (ωc − 2ωm )t + } n • J-n(m)=(-1) Jn(m) • m(t)=súng đó điều chế gúc • m=hệ số điều chế • Vc=biờn độ súng mang đỉnh • J0(m)=carrier component st • J1(m)=1 set of side freqs displaced from the carrier by ωm nd •9/12/2010J2(m)=2 set of side freqs displaced from the carrier by 2ωm 23/48
  25. PhõnPhõn ttớớchch ttầầnn ssốố •• SidebandSideband setset ((ƒƒc±±ƒƒm,, ƒƒc±±22ƒƒm,, ,, ƒƒc±±nnƒƒm)) •• FirstFirst orderorder sidebands,, secondsecond orderorder sidebands,sidebands, •• JJ1(m),J(m),J2(m),(m), magnitudesmagnitudes ofof sidebandssidebands •• JJn(m(m)) cancan bebe solvedsolved by:by: n ⎛ m ⎞ ⎡1 (m / 2)2 (m / 2)4 (m / 2)6 ⎤ J n (m) = ⎜ ⎟ ⎢ − + − + ⎥ ⎝ 2 ⎠ ⎣n 1!(n +1)! 2!(n + 2)! 3!(n +1)! ⎦ •• TableTable 66 33 •• mm increases,increases, thethe numbernumber ofof significantsignificant sideside freqsfreqs increaseincrease⇒⇒bandwidthbandwidth increasesincreases •• ExampleExample 66 22 9/12/2010 24/48
  26. BesselBessel functionsfunctions ofof thethe FirstFirst KindKind Modulation Carrier Side freq pairs index m J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6 0 1.00 - - - - - - 0.25 0.98 0.12 - - - - - 0.5 0.94 0.24 0.03 - - - - 1 0.77 0.44 0.11 0.02 - - - 1.5 0.51 0.56 0.23 0.06 0.01 - - 2 0.22 0.58 0.35 0.13 0.03 - - 2.4 0 0.52 0.43 0.2 0.06 0.02 - 9/12/2010 25/48
  27. BesselBessel functionfunction versusversus mm 9/12/2010 26/48
  28. BBăăngng thụngthụng ccủủaa ssúúngng đđóó đđiiềềuu chchếế ggúúcc •• BWBW rrộộngng hhơơnn ttớớnn hihiệệuu AMAM vvớớii ccựựngng mmộộtt ttớớnn hihiệệuu đđiiềềuu chchếế •• BBăăngng thụngthụng ttốốii thithiểểuu Medium Low index index High index 01 10 Modulation index BWmin=2.ƒm BWmin=2.∆ƒ •• BBăăngng thụngthụng ththựựcc ttếế Bessel function table: BW=2.(nxƒm) n=number of significant sidebands Carson’s rule: BW=2.(.∆ƒ +ƒm) 9/12/2010 27/48 •• ExampleExample 66 33
  29. CụngCụng susuấấtt trungtrung bbỡỡnhnh • Cụng suất trung bỡnh của súng mang chưa điều chế V 2 P = c (W) c 2R • Cụng suất tức thời của tớn hiệu đó điều chế m(t)2 P = (W) t R 2 2 Vc 2 Vc ⎧1 1 ⎫ ⇒ Pt = cos [ωct +θ (t)] = ⎨ + cos[2ωct + 2θ (t)]⎬ R R ⎩2 2 ⎭ V 2 Reduces to: P ≈ c (W) t 2R • Actually, Pt = P0 + P1 + P2 + P3 + + Pn 2 2 2 2 2 Vc 2V1 2V2 2V3 2Vn 9/12/2010 P = + + + + + 28 t 2R 2R 2R 2R 2R /48
  30. NhiNhiễễuu vvàà đđiiềềuu chchếế ggúúcc • Nhiễu nhiệt⇒lệch tần súng mang khụng mong muốn ⇒giải điều chế ⇒nhiễu nếu thành phần tần số nằm trong phổ tớn hiệu • Dạng phổ của nhiễu: – PM: khụng đổi với tần số – FM: tăng tuyến tớnh 9/12/2010 29/48
  31. PhasePhase modulationmodulation duedue toto interferinginterfering signalsignal • Độ lệch pha đỉnh: Vn Δθ peak = (rad) Vc • Giới hạn biờn độ⇒giảm cụng suất tổng 9/12/2010 30/48
  32. FrequencyFrequency modulationmodulation duedue toto interferinginterfering signalsignal • Độ lệch pha tức thời: Vn θ (t) = sin(ωn t +θn )(rad) Vc • Độ lệch tần số tức thời: Vn Δω(t) = ωncos(ωn t +θn )(rad/s) Vc • Độ lệch tần số đỉnh: Vn Vn Δω peak = ωn (rad/s) or Δf peak = fn (Hz) Vc Vc • Tuy nhiờn: Δf peak = mfn (Hz) S Δfdue to signal 9/12/2010 = 31/48 N Δfdue to noise
  33. PreemphasisPreemphasis && DeemphassisDeemphassis •• WithoutWithout preemphasispreemphasis 9/12/2010 32/48
  34. PreemphasisPreemphasis && DeemphassisDeemphassis •• WithWith preemphasispreemphasis 9/12/2010 33/48
  35. PreemphasisPreemphasis && DeemphassisDeemphassis •• PreemphasisPreemphasis networknetwork isis aa highhigh passpass filterfilter (a(a differentiator)differentiator) •• DeemphasisDeemphasis networknetwork isis aa lowlow passpass filterfilter (a(a integrator)integrator) 1 f = b 2πRC hay 1 f = b 2πL / R 9/12/2010 34/48
  36. BBộộ đđiiềềuu chchếế TTầầnn ssốố && PhaPha Direct FM Direct PM Disadvantage Bộ dao động LC khụng ổn Khú đạt được độ lệch định để tạo tần số súng tần và chỉ số điều chế mang⇒mạch điều khiển tần cao số tự động Advantage Dễ đạt được độ lệch tần và Bộ dao động tỏch biệt chỉ số điều chế cao với mạch điều chế⇒ổn định 9/12/2010 35/48
  37. DirectDirect FMFM modulatorsmodulators • Độ lệch tần tức thời tỷ lệ trực tiếp với biờn độ súng điều chế • Bộ điều chế FM trực tiếp đơn giản (ứng dụng cao): • 3 phương phỏp: varactor diode, FM reactance, linear integrated- circuit 9/12/2010 36/48
  38. VaractorVaractor diodediode • Schematic: • Positive alternations⇒ấreverse bias⇒ècapacitance ⇒ấoscillation freq • Negative alternations ⇒èfreq • Simple to use, reliable • Stablity of oscillator⇒peak freq deviation is limited small values ⇒low-index applications 9/12/2010 37/48
  39. VaractorVaractor diodediode 1 Carrier rest freq: f = (Hz) c 2π LC 1 New frequency: f = (Hz) 2π L(C + ΔC) Peak freq deviation: Δf = fc − f (Hz) 9/12/2010 38/48
  40. FMFM reactancereactance modulatormodulator • JFET được sử dụng như thiết bị chủ động • Modulating signal varies reactance of JFET causing a change in resonant freq 9/12/2010 39/48
  41. FMFM reactancereactance modulatormodulator •• EquivalentEquivalent circuitcircuit Impedance between the drain and ground: X c − j zd = − j = gm R 2πfm gm RC gmRC: variable-capacitance Modulating signal⇒vGSấậ⇒gmấậ⇒vGSấậ ⇒ zdấậ⇒ resonant freqấậ Maximum freq deviation 5kHz 9/12/2010 40/48
  42. BBộộ đđiiềềuu chchếế FMFM trtrựựcc titiếếpp ICIC tuytuyếếnn ttớớnhnh • Ổn định, chớnh xỏc • Cụng suất ngừ ra thấp, cần vài thành phần thờm vào FM output Voltage controlled f0 ± Δf vm(t)=Vmsin(2πƒmt) oscillator (ƒ ) c Δf BPF m = ∆ƒ=VmK1 fm K1=deviation sensitivity Δθ = m • Motorola MC1376 FM transmitter LIC: ƒc=1.4MHzữ14MHz, low power application (cordless phones) 9/12/2010 41/48
  43. DirectDirect PMPM modulatorsmodulators • Varactor diode • Tần số ổn định • Hệ số ứng dụng thấp 9/12/2010 42/48
  44. DirectDirect PMPM modulatorsmodulators •• TransistorTransistor directdirect PMPM modulatormodulator 9/12/2010 43/48
  45. FrequencyFrequency upup conversionconversion •• HeterodyningHeterodyning processprocess •• FrequencyFrequency multiplicationmultiplication 9/12/2010 44/48
  46. HeterodyningHeterodyning processprocess 9/12/2010 45/48
  47. MultiplicationMultiplication methodmethod 9/12/2010 46/48