ID Caller (Caller Identification )، طرفين يک ارتباط مخابراتی را قادر می سازد تا از شماره تماس گيرنده و مخاطب تماس آگاه شوند.  اطلاعات تماس گیرنده توسط مخابرات از طریق مدولاسیون  FSK (Frequency Shift Keying ) بر روی خط ارسال می گردد . شکل 1 . بدین معنا که به ازای بیت یک،  فرکانس  1200Hz و به ازای بیت صفر، فرکانس آنالوگ  2200Hz  ارسال می شود. (استاندارد 202 بل) و تمامی اطلاعات تماس گیرنده که حاوی اطلاعات گوناگونی است بر روی یک خط به صورت FSK مدوله و به دستگاه تلفن گیرنده ارسال می گردد. هنگامی که يک خط تلفن زنگ می خورد اطلاعات تماس گیرنده بعد از زنگ اول ارسال می شوند. سیگنال زنگ اول به مدت 2 ثانیه طول می کشد و سپس اطلاعات تماس گیرنده در مدت زمان 1.5 ثانیه منتقل می شود. که این در طول 1.5 ثانیه ، ابتدا 0.5 ثانیه سکوت (صفر، سیگنال نداریم) و سپس در مدت زمان 0.8 ثانیه اطلاعات و پس از آن نیز 0.2 ثانیه سکوت و سپس سیگنال زنگ دوم به مدت 2 ثانیه ارسال می شود.

ساخت یک گیرنده تک فرکانس نیاز به تنها یک اسیلاتور در فرکانس مورد نظر است که عملیات میکس را انجام بدهند و سیگنال RF را به باند پایه منتقل کند. با قرار دادن یک خازن متغیر می توان فرکانس اسیلاتور را تغییر و در نتیجه فرکانس های رادیویی مختلفی را دریافت کرد. این کار مستلزم چرخاندن پیچ خازن متغیر است. در رادیو های اسکنر ، عمل تغییر فرکانس و سوایپ فرکانس های رادیو یی به طور خودکار انجام می گیرد و موج مناسب را انتخاب و پخش می نماید. هدف ساخت یک اسکنر است.

اما برای ساخت یک گیرنده اسکن کننده یک باند فرکانسی، نیاز به چندین اسیلاتور در فرکانس های مورد نظر می باشد. اکثرگیرنده های اسکن کننده قدیمی، برای هر فرکانس مورد نظر یک اسیلاتور در نظر می گرفتند و برای اسکن کردن فرکانس های موجود، هر یک از این اسیلاتور ها به روش مالتی پلکس ، در مدار قرار می گرفتند و یا از آن خارج می شدند. اشکال این روش نیاز به استفاده از چندین اسیلاتور و همچنین دانستن فرکانس هایی که می باید دریافت گردند. در این روش در طبقه میکسر گیرنده سوپرهتروداین، برای دریافت چندین فرکانس از چندین اسیلاتور استفاده می کنند. اگر مدار میکسر را در نظر بگیرید، ( ساده ترین نوع: اسیلاتور کولپیتس تک ترانزیستوری که هم عمل میکس و هم عمل اسیلاتور را انجام می دهد) ، برای تغییر فرکانس میکسر می باید فرکانس تیونر را تغییر دهیم . به این منظور نیز می باید مقادیر سلف و خازن مدار تیون را تغییر دهیم. بنابراین با تغییر مقادیر سلف و یا خازن می توان فرکانس اسیلاتور و در نتیجه فرکانس میکسر را تغییر داد. برای تغییر مقادیر خازن از سوایچ خازنی استفاده می شود که توسط مدار دیجیتال مثل میکرو کنترلر کنترل می شود و مقادیر آن تغییر می یابد. به این خازن ها ، خازن دیجیتال نیز گفته می شود. راه دیگر تغییر سلف مدار است. که می توان به این منظور از یک مالتی پلکسر استفاده نمود که سلف ها در ورودی های مالتی پلکسر قرار گرفته و خروجی مالتی پلکسر در مدار اسیلاتور و میکسر قرار می گیرد. سلف های ورودی نیز به Vcc متصل میشوند. برای قرار دادن هر یک از این سلف ها در مدار ، توسط میکرو کنترلر با نوشتن در پایه های select مالتی پلکسر سلف مورد نظر را در مدار وارد می کند.

برای مثال 8 موج رادیویی را در نظر گرفته اید که اسکن کنید و زمانی که در حال اسکن هستید مدت زمانی روی فرکانس دریافتی توقف می نماید اگر پس از مدت زمان معینی این موج توسط کاربر انتخاب شد، این موج همواره پخش می شود در غیر این صورت به سراغ فرکانس بعدی می رود. برای ساخت چنین گیرنده ای هشت سلف را با توجه به فرکانسی که می باید تولید کند، در ورودی مالتی پلکسر قرار داده و خروجی را به کلکتور ترانزیستور اسیلاتور وصل می کنیم. برای تولید هر فرکانس می باید سه پایه select مالتی پلکسر را توسط میکرو کنترل کرد. به این ترتیب که رشته 000، 001، 010، 011 ، 100 ،101 ، 110 ، 111 را با لحاظ زمان مورد نظر توسط تایمر، به پایه های مالتی پلکسر اعمال کرده و بنابراین در هر زمان سلف مورد نظر در مدار قرار می گیرد و از یک پین میکرو برای دریافت درخواست کاربر استفاده نمود. بلوک دیاگرام این روش در شکل 1 آمده است.

شکل 1

همانطور که گفته شد می توان به جای مالتی پلکس کردن سلف ها از خازن دیجیتال یا سوایچ خازنی استفاده کرد.

نسل بعدی گیرنده های اسکن کننده ی فرکانس، با PLL ( phase lock loop )[1] کار میکردند. در این روش، سینتسایزر یک VCO[2] را کنترل می کند و آن را در یک فرکانس ثابت قفل می نماید.سینتسایزر می تواند VCO را برای قرار گرفتن در یک باند فرکانسی کنترل کند. تنها عیب روش PLL مدت زمانی است که لازم است تا در فرکانس مورد نظر قفل شود. این زمان را فیلتر RC که برای قفل کردن مورد نیاز است ، تعیین می کند. که برای رسیدن به پایداری کامل فرکانس، می باید این زمان بسیار طولانی باشد. بنابراین در روش معمول PLL به سرعت بالائی جهت اسکن باند فرکانسی دست نمی یابیم . برای ارتقای این روش از مدار DSS استفاده می شود.

گیرنده سوپر هتروداین برای دریافت سیگنال های AM استفاده می شود. که همانطور که گفته شد فرکانس حامل تخصیص یافته برای AM در محدوده 540 تا 1600 کیلو هرتز با فاصله 10 کیلوهرتز است. و معمولا ایستگاههای مجاور با فاصله 30 کیلو هرتز از هم قرار دارند. بنابراین پهنای باند انتقال به 10 کیلو هرتز و پهنای باند پیام 4 تا 5 کیلوهرتز خواهد بود.یک گیرنده سوپر هتروداین شامل بلوک های ، فیلتر RF ، نوسانگر محلی ، میکسر ، فیلتر IF ، و در نهایت آشکار ساز پوش است. که در شکل نشان داده شده است. در ادامه به ساخت هر یک از این بلوک ها می پردازیم.

مدار نوسان ساز یک نوسانگر کولپیتس است . نحوه عملکرد این اسیلاتور بر اساس برقراری فیدبک مثبت، و افزایش نوسانات بر این اساس و در نهایت محدود سازی نوسانات بر اساس ماهیت بهره ترانزیستور یا Gm(x) که در آن بهره ترانزیستور در حالت سیگنال بزرگ کاهش می یابد و بنابراین باعث تضعیف سیگنال می شود بنابراین از افزایش دامنه نوسانات جلوگیری به عمل آمده و ترانزیستور در فرکانس LC شروع به نوسان می کند.

مدار میکسر نیز بر اساس ماهیت غیر خطی بودن ترانزیستور عمل می کند که در آن جریان کلکتور ترانزیستور رابطه ای نمایی و غیر خطی با ولتاژ بیس دارد. در این صورت اگر رابطه نمائئ را تقریب خطی بزنیم ، فرکانس سیگنالی که به ورودی ترانزیستور اعمال می شود، (Vbe ) با فرکانس اسیلاتور اعمالی به پایه بیس میکس می شوند یا به عبارتی دو جمله حاصل جمع دو فرکانس ( فرکانس سیگنال و فرکانس اسیلاتور محلی)  و تفاضل این دو در خروجی بوجود می آید.

تقویت کننده if روی فرکانس ثابت 455 کیلو هرتز تنظیم می شود. زیرا در این فرکانس ضریب تقویت کنندگی بهینه است.

بنابراین برای دریافت فرکانس رادیویی مورد نظر فرکانس LO را طوری تنظیم کنیم که  f(LO)=f(carrier) (+or-) f(if)     در محدوده پهنای باند فیلتر میان گذر طبقه If باشد.

در طبقه بعد، تقویت کننده IF قرار دارد. که همراه با یک AGC قرار داده شده است. AGC کنترل کننده اتومات گین است براین اساس که در صورتی که دامنه ولتاژ خروجی بیش از اندازه باشد، گین کاهش و در صورت کم بودن دامنه سیگنال خروجی، گین افزایش می یابد. AGC فیدبکی است که از دیود به ورودی ترانزیستور Q2 اعمال شده است

و در نهایت طبقه تقویت کننده صوتی و بلندگو و مدار کامل یک گیرنده سوپر هتروداین

گیرنده فرستنده ها دیجیتال به چند دسته تقسیم بندی می شوند

1-   گیرنده فرستنده های FSK

2-   گیرنده فرستنده های ASK

3-   گیرنده فرستنده های QAM

4-   گیرنده فرستنده های PCM     

.... 

در فرستنده های FSK به ازای صفر منطقی یک سیگنال سینوسی با فرکانس f1  و به ازای یک منطقی فرکانس f۲ ارسال می گردد. بنابراین ساده ترین روش و همچنین معمول ترین روش  برای ساخت یک فرستنده ی FSK برای ارسال دیتای دیجیتال، تنها کافی است که اطلاعات هشت بیتی موازی را به اطلاعات یک خطه  تبدیل کرد. نظیر پروتکل سریال که تک سیمه است. و سپس این جریان دیتا دیجیتال را به ورودی یک فرستنده آنالوگ FM اعمال کنیم. بدین صورت به ازای ورودی صفر( بیت صفر یا منطق صفر) ، فرکانس کاریر(f1  ) ارسال می گردد و به ازای ورودی پنج ولت ( منطق یک)، فرکانس f۲ ( f1+df ) ارسال می گردد.

در گیرنده FSK پس از بدست آمدن جریان تک سیمه دیتا، اطلاعات با توجه به پروتکل فرستنده ، دمدوله می شود.

در ساخت یک فرستنده FSK نکاتی بایستی مد نظر قرار بگیرند. اول اینکه باید باد ریت اطلاعات دیجیتال در محدوده پهنای باند فرستنده آنالوگ باشد. و دوم رنج ارسالی فرستنده است که رابطه مستقیم با توان خروجی فرستنده دارد. هرچه توان ارسالی بیشتر باشد، رنج ارسالی دیتا بیشتر می شود.

برای افزایش توان فرستنده معمولا یک طبقه تقویت کننده جریان در طبقه خروجی قرار می دهند. همچنین برای حداکثر کردن تشعشعات از آنتن، قبل از انتن مدار تطبیق دهنده امپدانس ( مدار مچینگ ) قرار می دهند.

برای ساخت گیرنده فرستنده های ASK نیز همانند فرستنده های FSK عمل می کنیم . بدین صورت که دیتای دیجیتال تک سیمه را به ورودی فرستنده AM اعمال می کنیم. و در گیرنده نیز از گیرنده های AM استفاده می کنیم.

در عمل برای بهبود کیفیت فرستنده ها ی آنالوگ FM بهتر است از تراشه ها ی فرستنده و گیرنده استفاده گردد. نظیر MC3356 و MC2833  که در بازار ایران هم در دسترس می باشد. تراشه MC3356 اختصاصا جهت دمدولاسيون FSK استفاده می شود.

                                                 مدار فرستنده با تراشه MC2833

   MC3356   مدار گیرنده با تراشه                                                 

  بهترین فرکانس برای کارهای ارسال دیتا کاربران، فرکانس 30MHZ-70MHZ  هست. که رنج بی استفاده FM و AM‌ هست. برای افزايش مسافت ارسال می توان اطلاعات را در باند UHF و VHF‌ که در فرکانس بالای 400MHZ‌ کار می کنند ارسال نمود.

علاوه بر فرکانس کارير که تعيين کننده مسافت ارسالی يک فرستنده است، توان ارسالی نيز در برد فرستنده دخالت دارد. البته بايد توجه داشت که توان فرستنده بالا نباشد ، در غير اين صورت نياز به کسب اجازه از وزارت کشور برای اختصاص باند فرکانسی است.

در ادامه بحث فرستنده ها يک مدار فرستنده FM در شکل نشان داده شده. اين فرستنده از بخش های اصلی يک فرستنده تشکيل شده است، طبقه اول مدار پری امفسير و تقويت کننده، طبقه دوم يک اسيلاتور کولپيتس به همراه ميکسر است. 

برای عدم تداخل سیگنال های ارسالی توسط فرستنده مان با سیگنال های رادیویی ارسالی توسط فرستنده های رادیو و تلوزیون باند فرکانسی را انتخاب می کنیم که  سیگنالی در ان ارسال نشده باشد.

فرستنده های AM در رنج فرکانسی 500KHz تا 30MHz کار می کنند. این رنج به سه دسته سیگنال های MW (500KHz-1.6MHz )،SW1 (2.3MHZ-7.5MHz )و SW2 (7.5MHz-30MHz ) تقسیم می شود. رنج ۷0MHZ تا 110MHz هم اختصاص به سیگنال های FM دارد. بنابراين بهترين فرکانس بين ۳۰ تا ۷۰ مگاهرتز است.

  فرکانس نوسان اين فرستنده توسط سلف و خازن L1 و C1 تعیین می شود.این فرکانس برابر است با :

f=^1/√LC

نوسان ساز اين مدار شامل C2‌، C1 ، Q2، L1‌ است که يک اسيلاتور کولپيتس است. خازن C7‌ نيز برای زمين کردن بيس Q2 در حالت سيگنال کوچک قرار داده شده است.  

فرستنده FM بر اساس سيگنال اعمال شده به آن فرکانس های مختلفی را ارسال ميکند و اطلاعات دامنه را بر روی فرکانس کاریر مدوله می شود، که عموما این کار با خازن های متغیر با ولتاژ یا ورکتور انجام می گردد. . بنابراين در فرستنده fm نياز به تغيير فرکانس با ولتاژ داريم . که در اين مدار 

طبقه ورودی هم بدلیل استاندارد pre-emphasis قرار داده شده است. مدار پری امفسیز در ارسال صوت و داده های آنالوگ در طبقه ورودی فرستنده قرار داده می شود تا تاثیر نویز سفید بر روی سیگنال را کاهش دهند. مشخصه نویز سفید در تمامی فرکانس ها ثابت است و بنابراین اگر توان این سیگنال را رسم کنیم حاصل نمائی می شود بدین معنا که در فرکانس های بالا نویز تاثیر مخرب تری بر روی سیگنال داده می گذارد. بنابرین با مدار pre-emphasis  سیگنال را در فرکانس های بالا نسبت به فرکانس های پائین،  بیشتر تقویت می کنند  که این مشخصه تقویت کنندگی خطی است مطابق شکل. و در گیرنده مشخصه مدار de-emphasis قرار می گیرد که در آن سیگنال در فرکانس های بالا نسبت به فرکانس های پائین تر بیشتر تضعیف می شود.

فرستنده و گیرنده های RF عموما برای ارسال و دریافت داده های آنالوگ و یا دیجیتال در باند فرکانسی رادیویی (500 کیلو هرتز تا 108 مگاهرتز) طراحی می گردند. در این بخش ابتدا به گیرنده فرستنده های رادیویی برای ارسال داده های آنالوگ ، مثلا صوت، پرداخته شده و سپس مدارات گیرنده فرستنده های دیجیتال RF بررسی خواهند شد. (برای مثال گیرنده فرستنده های FSK ،ASK و ....).

گیرنده فرستنده های آنالوگ RF

گیرنده فرستنده های آنالوگ عموما به دو دسته طبقه بندی می شوند. AM ، که در آن اطلاعات ارسالی در دامنه موج حامل مدوله شده و گیرنده فرستنده های FM که در آن اطلاعات ارسالی در فاز موج حامل قرار می گیرد.

عموما گیرنده فرستنده ها دارای بخش های زیر هستند:

Ø اسیلاتور، که فرکانس موج کاریر باند فرستنده رادیویی را تعیین می کند.

Ø میکسر ، که اطلاعات ارسالی را در باند فرکانسی مورد نظر مدوله می کند.

همانطور که گفته شد در طراحی هر گیرنده و فرستنده دو بخش اصلی وجود دارد. اسیلاتور و میکسر . اسیلاتور فرکانس موج حامل را تعیین می کند. در اینجا مداری را که می خواهیم طراحی کنیم باند وسیعی از فرکانس های رادیویی AM مانند باند 104مگا هرتز رادیو پیام ، فرکانس 98 مگا هرتز رادیو تهران و ... و همچنین باند مورد استفاده برای فرستنده AM طراحی شده در این پروژه می باشد . بنابراین در طراحی اسیلاتور موج حامل از یک خازن متغیر در مدار تیونر اسیلاتو استفاده می کنیم.

بنابراین اولین قدم در طراحی یک گیرنده فرستنده ، طراحی اسیلاتور است. اسیلاتور در واقع مداری است که پس از طی مدت زمان کوتاهی پس از اتصال تغذیه DC ، به نوسانات پایدار می رسد. اسیلاتور ها در ابتدا با استفاده از فیدبک مثبت ناپایدار شده و دامنه نوسانات رو به افزایش می نهد. اما در دامنه ای معین این افزایش دامنه متوقف شده و نوسان ساز در آن دامنه شروع به نوسان می کند. لذا به طور خلاصه خصوصیات یک اسیلاتور را می توان به شرح زیر توصیف نمود:

1- یک اسیلاتور بایستی دارای فیدبک مثبت برای افزایش دامنه نوسانات باشد.

2- یک اسیلاتور می بایست پس از رسیدن به دامنه نهایی از ناپایدار شدن نوسانات جلوگیری کند. و با آن دامنه به نوسانات خود ادامه دهد.این امر از طرق مختلفی قابل دستیابی است. برای مثال استفاده از خاصیت بهره ترانزیستور که در آن با افزایش دامنه سیگنال اعمالی به بيس ترانزيستور، بهره تقویتی ترانزستور کاهش می یابد و به جای تقويت ، تضعيف صورت می گيرد. بهره متغیر ترانزیستور با پارامتر G(x) نشان داده می شود. و با سیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور رابطه معکوس دارد.

در ادامه چندین مدار اسیلاتور مرسوم بررسی خواهند شد و جهت اطمینان از حصول به نوسان پایدار قبل از بستن مدار و طراحی بورد، نوسان هر یک از این اسیلاتورها در نرم افزار اسپایس- ارکد- کپچر بررسی می گردد.

اسیلاتورهای معمول در رادیوهای AM و FM ، عموما از مدار اسیلاتور کولپیتس، استفاده شده است. در بخش های بعد سعی دارم روی مدار های اسیلاتور مورد استفاده در گیرنده های تلوزیونی،رادیویی و همچنین گیرنده های ماهواره ای(LNB ها و receiver )، تحقیق کنم.

ا

در حال حاضر مشغول به انجام پروژه های زیر هستم که تا آخر بهمن باید تمومشون کنم.

1- طراحی و ساخت گیرنده فرستنده رادیویی

2- نوشتن درایور برای سخت افزارهای PCI و USB توسط Driver Development Kit مایکروسافت.

3- پیاده سازی الگوریتم FFT روی پردازنده هایی که این قابلیت رو ندارند.

4- واسط USB با تراشه PDIUSBD12 فیلیپس

5- و ....(یعنی هنوز اضافه نشدن، اما یحتمل اضافه بشه)

خلاصه کار های انجام شده در زمینه هر یک از این پروژه ها رو در این جا می نویسم. پیشاپیش از نظرات و راهنمایی ها ی شما در زمینه هر یک از این پروژه ها، استقبال و تشکر می کنم.

سلام

تصميم گرفتم از اين به بعد هر پروژه ای رو که شروع می کنم روند انجام اون رو  در اينجا بنويسم و گزارش کامل انجام پروژه رو در اينجا بگذارم تا اينکه بيشتر ياد بگيرم و از راهنمايی های شما استفاده کنم  .پیشاپیش از نظرات و راهنمایی ها ی شما در زمینه هر یک از عناوين پست ها، استقبال و تشکر می کنم.

ID Caller (Caller Identification )، طرفين يک ارتباط مخابراتی را قادر می سازد تا از شماره تماس گيرنده و مخاطب تماس آگاه شوند.  اطلاعات تماس گیرنده توسط مخابرات از طریق مدولاسیون  FSK (Frequency Shift Keying ) بر روی خط ارسال می گردد . شکل 1 . بدین معنا که به ازای بیت یک،  فرکانس  1200Hz و به ازای بیت صفر، فرکانس آنالوگ  2200Hz  ارسال می شود. (استاندارد 202 بل) و تمامی اطلاعات تماس گیرنده که حاوی اطلاعات گوناگونی است بر روی یک خط به صورت FSK مدوله و به دستگاه تلفن گیرنده ارسال می گردد. هنگامی که يک خط تلفن زنگ می خورد اطلاعات تماس گیرنده بعد از زنگ اول ارسال می شوند. سیگنال زنگ اول به مدت 2 ثانیه طول می کشد و سپس اطلاعات تماس گیرنده در مدت زمان 1.5 ثانیه منتقل می شود. که این در طول 1.5 ثانیه ، ابتدا 0.5 ثانیه سکوت (صفر، سیگنال نداریم) و سپس در مدت زمان 0.8 ثانیه اطلاعات و پس از آن نیز 0.2 ثانیه سکوت و سپس سیگنال زنگ دوم به مدت 2 ثانیه ارسال می شود.

ساخت یک گیرنده تک فرکانس نیاز به تنها یک اسیلاتور در فرکانس مورد نظر است که عملیات میکس را انجام بدهند و سیگنال RF را به باند پایه منتقل کند. با قرار دادن یک خازن متغیر می توان فرکانس اسیلاتور را تغییر و در نتیجه فرکانس های رادیویی مختلفی را دریافت کرد. این کار مستلزم چرخاندن پیچ خازن متغیر است. در رادیو های اسکنر ، عمل تغییر فرکانس و سوایپ فرکانس های رادیو یی به طور خودکار انجام می گیرد و موج مناسب را انتخاب و پخش می نماید. هدف ساخت یک اسکنر است.

اما برای ساخت یک گیرنده اسکن کننده یک باند فرکانسی، نیاز به چندین اسیلاتور در فرکانس های مورد نظر می باشد. اکثرگیرنده های اسکن کننده قدیمی، برای هر فرکانس مورد نظر یک اسیلاتور در نظر می گرفتند و برای اسکن کردن فرکانس های موجود، هر یک از این اسیلاتور ها به روش مالتی پلکس ، در مدار قرار می گرفتند و یا از آن خارج می شدند. اشکال این روش نیاز به استفاده از چندین اسیلاتور و همچنین دانستن فرکانس هایی که می باید دریافت گردند. در این روش در طبقه میکسر گیرنده سوپرهتروداین، برای دریافت چندین فرکانس از چندین اسیلاتور استفاده می کنند. اگر مدار میکسر را در نظر بگیرید، ( ساده ترین نوع: اسیلاتور کولپیتس تک ترانزیستوری که هم عمل میکس و هم عمل اسیلاتور را انجام می دهد) ، برای تغییر فرکانس میکسر می باید فرکانس تیونر را تغییر دهیم . به این منظور نیز می باید مقادیر سلف و خازن مدار تیون را تغییر دهیم. بنابراین با تغییر مقادیر سلف و یا خازن می توان فرکانس اسیلاتور و در نتیجه فرکانس میکسر را تغییر داد. برای تغییر مقادیر خازن از سوایچ خازنی استفاده می شود که توسط مدار دیجیتال مثل میکرو کنترلر کنترل می شود و مقادیر آن تغییر می یابد. به این خازن ها ، خازن دیجیتال نیز گفته می شود. راه دیگر تغییر سلف مدار است. که می توان به این منظور از یک مالتی پلکسر استفاده نمود که سلف ها در ورودی های مالتی پلکسر قرار گرفته و خروجی مالتی پلکسر در مدار اسیلاتور و میکسر قرار می گیرد. سلف های ورودی نیز به Vcc متصل میشوند. برای قرار دادن هر یک از این سلف ها در مدار ، توسط میکرو کنترلر با نوشتن در پایه های select مالتی پلکسر سلف مورد نظر را در مدار وارد می کند.

برای مثال 8 موج رادیویی را در نظر گرفته اید که اسکن کنید و زمانی که در حال اسکن هستید مدت زمانی روی فرکانس دریافتی توقف می نماید اگر پس از مدت زمان معینی این موج توسط کاربر انتخاب شد، این موج همواره پخش می شود در غیر این صورت به سراغ فرکانس بعدی می رود. برای ساخت چنین گیرنده ای هشت سلف را با توجه به فرکانسی که می باید تولید کند، در ورودی مالتی پلکسر قرار داده و خروجی را به کلکتور ترانزیستور اسیلاتور وصل می کنیم. برای تولید هر فرکانس می باید سه پایه select مالتی پلکسر را توسط میکرو کنترل کرد. به این ترتیب که رشته 000، 001، 010، 011 ، 100 ،101 ، 110 ، 111 را با لحاظ زمان مورد نظر توسط تایمر، به پایه های مالتی پلکسر اعمال کرده و بنابراین در هر زمان سلف مورد نظر در مدار قرار می گیرد و از یک پین میکرو برای دریافت درخواست کاربر استفاده نمود. بلوک دیاگرام این روش در شکل 1 آمده است.

شکل 1

همانطور که گفته شد می توان به جای مالتی پلکس کردن سلف ها از خازن دیجیتال یا سوایچ خازنی استفاده کرد.

نسل بعدی گیرنده های اسکن کننده ی فرکانس، با PLL ( phase lock loop )[1] کار میکردند. در این روش، سینتسایزر یک VCO[2] را کنترل می کند و آن را در یک فرکانس ثابت قفل می نماید.سینتسایزر می تواند VCO را برای قرار گرفتن در یک باند فرکانسی کنترل کند. تنها عیب روش PLL مدت زمانی است که لازم است تا در فرکانس مورد نظر قفل شود. این زمان را فیلتر RC که برای قفل کردن مورد نیاز است ، تعیین می کند. که برای رسیدن به پایداری کامل فرکانس، می باید این زمان بسیار طولانی باشد. بنابراین در روش معمول PLL به سرعت بالائی جهت اسکن باند فرکانسی دست نمی یابیم . برای ارتقای این روش از مدار DSS استفاده می شود.

گیرنده سوپر هتروداین برای دریافت سیگنال های AM استفاده می شود. که همانطور که گفته شد فرکانس حامل تخصیص یافته برای AM در محدوده 540 تا 1600 کیلو هرتز با فاصله 10 کیلوهرتز است. و معمولا ایستگاههای مجاور با فاصله 30 کیلو هرتز از هم قرار دارند. بنابراین پهنای باند انتقال به 10 کیلو هرتز و پهنای باند پیام 4 تا 5 کیلوهرتز خواهد بود.یک گیرنده سوپر هتروداین شامل بلوک های ، فیلتر RF ، نوسانگر محلی ، میکسر ، فیلتر IF ، و در نهایت آشکار ساز پوش است. که در شکل نشان داده شده است. در ادامه به ساخت هر یک از این بلوک ها می پردازیم.

مدار نوسان ساز یک نوسانگر کولپیتس است . نحوه عملکرد این اسیلاتور بر اساس برقراری فیدبک مثبت، و افزایش نوسانات بر این اساس و در نهایت محدود سازی نوسانات بر اساس ماهیت بهره ترانزیستور یا Gm(x) که در آن بهره ترانزیستور در حالت سیگنال بزرگ کاهش می یابد و بنابراین باعث تضعیف سیگنال می شود بنابراین از افزایش دامنه نوسانات جلوگیری به عمل آمده و ترانزیستور در فرکانس LC شروع به نوسان می کند.

مدار میکسر نیز بر اساس ماهیت غیر خطی بودن ترانزیستور عمل می کند که در آن جریان کلکتور ترانزیستور رابطه ای نمایی و غیر خطی با ولتاژ بیس دارد. در این صورت اگر رابطه نمائئ را تقریب خطی بزنیم ، فرکانس سیگنالی که به ورودی ترانزیستور اعمال می شود، (Vbe ) با فرکانس اسیلاتور اعمالی به پایه بیس میکس می شوند یا به عبارتی دو جمله حاصل جمع دو فرکانس ( فرکانس سیگنال و فرکانس اسیلاتور محلی)  و تفاضل این دو در خروجی بوجود می آید.

تقویت کننده if روی فرکانس ثابت 455 کیلو هرتز تنظیم می شود. زیرا در این فرکانس ضریب تقویت کنندگی بهینه است.

بنابراین برای دریافت فرکانس رادیویی مورد نظر فرکانس LO را طوری تنظیم کنیم که  f(LO)=f(carrier) (+or-) f(if)     در محدوده پهنای باند فیلتر میان گذر طبقه If باشد.

در طبقه بعد، تقویت کننده IF قرار دارد. که همراه با یک AGC قرار داده شده است. AGC کنترل کننده اتومات گین است براین اساس که در صورتی که دامنه ولتاژ خروجی بیش از اندازه باشد، گین کاهش و در صورت کم بودن دامنه سیگنال خروجی، گین افزایش می یابد. AGC فیدبکی است که از دیود به ورودی ترانزیستور Q2 اعمال شده است

و در نهایت طبقه تقویت کننده صوتی و بلندگو و مدار کامل یک گیرنده سوپر هتروداین

ID Caller (Caller Identification )، طرفين يک ارتباط مخابراتی را قادر می سازد تا از شماره تماس گيرنده و مخاطب تماس آگاه شوند.  اطلاعات تماس گیرنده توسط مخابرات از طریق مدولاسیون  FSK (Frequency Shift Keying ) بر روی خط ارسال می گردد . شکل 1 . بدین معنا که به ازای بیت یک،  فرکانس  1200Hz و به ازای بیت صفر، فرکانس آنالوگ  2200Hz  ارسال می شود. (استاندارد 202 بل) و تمامی اطلاعات تماس گیرنده که حاوی اطلاعات گوناگونی است بر روی یک خط به صورت FSK مدوله و به دستگاه تلفن گیرنده ارسال می گردد. هنگامی که يک خط تلفن زنگ می خورد اطلاعات تماس گیرنده بعد از زنگ اول ارسال می شوند. سیگنال زنگ اول به مدت 2 ثانیه طول می کشد و سپس اطلاعات تماس گیرنده در مدت زمان 1.5 ثانیه منتقل می شود. که این در طول 1.5 ثانیه ، ابتدا 0.5 ثانیه سکوت (صفر، سیگنال نداریم) و سپس در مدت زمان 0.8 ثانیه اطلاعات و پس از آن نیز 0.2 ثانیه سکوت و سپس سیگنال زنگ دوم به مدت 2 ثانیه ارسال می شود.

گیرنده فرستنده ها دیجیتال به چند دسته تقسیم بندی می شوند

1-   گیرنده فرستنده های FSK

2-   گیرنده فرستنده های ASK

3-   گیرنده فرستنده های QAM

4-   گیرنده فرستنده های PCM     

.... 

در فرستنده های FSK به ازای صفر منطقی یک سیگنال سینوسی با فرکانس f1  و به ازای یک منطقی فرکانس f۲ ارسال می گردد. بنابراین ساده ترین روش و همچنین معمول ترین روش  برای ساخت یک فرستنده ی FSK برای ارسال دیتای دیجیتال، تنها کافی است که اطلاعات هشت بیتی موازی را به اطلاعات یک خطه  تبدیل کرد. نظیر پروتکل سریال که تک سیمه است. و سپس این جریان دیتا دیجیتال را به ورودی یک فرستنده آنالوگ FM اعمال کنیم. بدین صورت به ازای ورودی صفر( بیت صفر یا منطق صفر) ، فرکانس کاریر(f1  ) ارسال می گردد و به ازای ورودی پنج ولت ( منطق یک)، فرکانس f۲ ( f1+df ) ارسال می گردد.

در گیرنده FSK پس از بدست آمدن جریان تک سیمه دیتا، اطلاعات با توجه به پروتکل فرستنده ، دمدوله می شود.

در ساخت یک فرستنده FSK نکاتی بایستی مد نظر قرار بگیرند. اول اینکه باید باد ریت اطلاعات دیجیتال در محدوده پهنای باند فرستنده آنالوگ باشد. و دوم رنج ارسالی فرستنده است که رابطه مستقیم با توان خروجی فرستنده دارد. هرچه توان ارسالی بیشتر باشد، رنج ارسالی دیتا بیشتر می شود.

برای افزایش توان فرستنده معمولا یک طبقه تقویت کننده جریان در طبقه خروجی قرار می دهند. همچنین برای حداکثر کردن تشعشعات از آنتن، قبل از انتن مدار تطبیق دهنده امپدانس ( مدار مچینگ ) قرار می دهند.

برای ساخت گیرنده فرستنده های ASK نیز همانند فرستنده های FSK عمل می کنیم . بدین صورت که دیتای دیجیتال تک سیمه را به ورودی فرستنده AM اعمال می کنیم. و در گیرنده نیز از گیرنده های AM استفاده می کنیم.

در عمل برای بهبود کیفیت فرستنده ها ی آنالوگ FM بهتر است از تراشه ها ی فرستنده و گیرنده استفاده گردد. نظیر MC3356 و MC2833  که در بازار ایران هم در دسترس می باشد. تراشه MC3356 اختصاصا جهت دمدولاسيون FSK استفاده می شود.

                                                 مدار فرستنده با تراشه MC2833

   MC3356   مدار گیرنده با تراشه                                                 

  بهترین فرکانس برای کارهای ارسال دیتا کاربران، فرکانس 30MHZ-70MHZ  هست. که رنج بی استفاده FM و AM‌ هست. برای افزايش مسافت ارسال می توان اطلاعات را در باند UHF و VHF‌ که در فرکانس بالای 400MHZ‌ کار می کنند ارسال نمود.

علاوه بر فرکانس کارير که تعيين کننده مسافت ارسالی يک فرستنده است، توان ارسالی نيز در برد فرستنده دخالت دارد. البته بايد توجه داشت که توان فرستنده بالا نباشد ، در غير اين صورت نياز به کسب اجازه از وزارت کشور برای اختصاص باند فرکانسی است.

در ادامه بحث فرستنده ها يک مدار فرستنده FM در شکل نشان داده شده. اين فرستنده از بخش های اصلی يک فرستنده تشکيل شده است، طبقه اول مدار پری امفسير و تقويت کننده، طبقه دوم يک اسيلاتور کولپيتس به همراه ميکسر است. 

برای عدم تداخل سیگنال های ارسالی توسط فرستنده مان با سیگنال های رادیویی ارسالی توسط فرستنده های رادیو و تلوزیون باند فرکانسی را انتخاب می کنیم که  سیگنالی در ان ارسال نشده باشد.

فرستنده های AM در رنج فرکانسی 500KHz تا 30MHz کار می کنند. این رنج به سه دسته سیگنال های MW (500KHz-1.6MHz )،SW1 (2.3MHZ-7.5MHz )و SW2 (7.5MHz-30MHz ) تقسیم می شود. رنج ۷0MHZ تا 110MHz هم اختصاص به سیگنال های FM دارد. بنابراين بهترين فرکانس بين ۳۰ تا ۷۰ مگاهرتز است.

  فرکانس نوسان اين فرستنده توسط سلف و خازن L1 و C1 تعیین می شود.این فرکانس برابر است با :

f=^1/√LC

نوسان ساز اين مدار شامل C2‌، C1 ، Q2، L1‌ است که يک اسيلاتور کولپيتس است. خازن C7‌ نيز برای زمين کردن بيس Q2 در حالت سيگنال کوچک قرار داده شده است.  

فرستنده FM بر اساس سيگنال اعمال شده به آن فرکانس های مختلفی را ارسال ميکند و اطلاعات دامنه را بر روی فرکانس کاریر مدوله می شود، که عموما این کار با خازن های متغیر با ولتاژ یا ورکتور انجام می گردد. . بنابراين در فرستنده fm نياز به تغيير فرکانس با ولتاژ داريم . که در اين مدار 

طبقه ورودی هم بدلیل استاندارد pre-emphasis قرار داده شده است. مدار پری امفسیز در ارسال صوت و داده های آنالوگ در طبقه ورودی فرستنده قرار داده می شود تا تاثیر نویز سفید بر روی سیگنال را کاهش دهند. مشخصه نویز سفید در تمامی فرکانس ها ثابت است و بنابراین اگر توان این سیگنال را رسم کنیم حاصل نمائی می شود بدین معنا که در فرکانس های بالا نویز تاثیر مخرب تری بر روی سیگنال داده می گذارد. بنابرین با مدار pre-emphasis  سیگنال را در فرکانس های بالا نسبت به فرکانس های پائین،  بیشتر تقویت می کنند  که این مشخصه تقویت کنندگی خطی است مطابق شکل. و در گیرنده مشخصه مدار de-emphasis قرار می گیرد که در آن سیگنال در فرکانس های بالا نسبت به فرکانس های پائین تر بیشتر تضعیف می شود.

فرستنده و گیرنده های RF عموما برای ارسال و دریافت داده های آنالوگ و یا دیجیتال در باند فرکانسی رادیویی (500 کیلو هرتز تا 108 مگاهرتز) طراحی می گردند. در این بخش ابتدا به گیرنده فرستنده های رادیویی برای ارسال داده های آنالوگ ، مثلا صوت، پرداخته شده و سپس مدارات گیرنده فرستنده های دیجیتال RF بررسی خواهند شد. (برای مثال گیرنده فرستنده های FSK ،ASK و ....).

گیرنده فرستنده های آنالوگ RF

گیرنده فرستنده های آنالوگ عموما به دو دسته طبقه بندی می شوند. AM ، که در آن اطلاعات ارسالی در دامنه موج حامل مدوله شده و گیرنده فرستنده های FM که در آن اطلاعات ارسالی در فاز موج حامل قرار می گیرد.

عموما گیرنده فرستنده ها دارای بخش های زیر هستند:

Ø اسیلاتور، که فرکانس موج کاریر باند فرستنده رادیویی را تعیین می کند.

Ø میکسر ، که اطلاعات ارسالی را در باند فرکانسی مورد نظر مدوله می کند.

همانطور که گفته شد در طراحی هر گیرنده و فرستنده دو بخش اصلی وجود دارد. اسیلاتور و میکسر . اسیلاتور فرکانس موج حامل را تعیین می کند. در اینجا مداری را که می خواهیم طراحی کنیم باند وسیعی از فرکانس های رادیویی AM مانند باند 104مگا هرتز رادیو پیام ، فرکانس 98 مگا هرتز رادیو تهران و ... و همچنین باند مورد استفاده برای فرستنده AM طراحی شده در این پروژه می باشد . بنابراین در طراحی اسیلاتور موج حامل از یک خازن متغیر در مدار تیونر اسیلاتو استفاده می کنیم.

بنابراین اولین قدم در طراحی یک گیرنده فرستنده ، طراحی اسیلاتور است. اسیلاتور در واقع مداری است که پس از طی مدت زمان کوتاهی پس از اتصال تغذیه DC ، به نوسانات پایدار می رسد. اسیلاتور ها در ابتدا با استفاده از فیدبک مثبت ناپایدار شده و دامنه نوسانات رو به افزایش می نهد. اما در دامنه ای معین این افزایش دامنه متوقف شده و نوسان ساز در آن دامنه شروع به نوسان می کند. لذا به طور خلاصه خصوصیات یک اسیلاتور را می توان به شرح زیر توصیف نمود:

1- یک اسیلاتور بایستی دارای فیدبک مثبت برای افزایش دامنه نوسانات باشد.

2- یک اسیلاتور می بایست پس از رسیدن به دامنه نهایی از ناپایدار شدن نوسانات جلوگیری کند. و با آن دامنه به نوسانات خود ادامه دهد.این امر از طرق مختلفی قابل دستیابی است. برای مثال استفاده از خاصیت بهره ترانزیستور که در آن با افزایش دامنه سیگنال اعمالی به بيس ترانزيستور، بهره تقویتی ترانزستور کاهش می یابد و به جای تقويت ، تضعيف صورت می گيرد. بهره متغیر ترانزیستور با پارامتر G(x) نشان داده می شود. و با سیگنال اعمالی به بیس ترانزیستور رابطه معکوس دارد.

در ادامه چندین مدار اسیلاتور مرسوم بررسی خواهند شد و جهت اطمینان از حصول به نوسان پایدار قبل از بستن مدار و طراحی بورد، نوسان هر یک از این اسیلاتورها در نرم افزار اسپایس- ارکد- کپچر بررسی می گردد.

اسیلاتورهای معمول در رادیوهای AM و FM ، عموما از مدار اسیلاتور کولپیتس، استفاده شده است. در بخش های بعد سعی دارم روی مدار های اسیلاتور مورد استفاده در گیرنده های تلوزیونی،رادیویی و همچنین گیرنده های ماهواره ای(LNB ها و receiver )، تحقیق کنم.

ا

در حال حاضر مشغول به انجام پروژه های زیر هستم که تا آخر بهمن باید تمومشون کنم.

1- طراحی و ساخت گیرنده فرستنده رادیویی

2- نوشتن درایور برای سخت افزارهای PCI و USB توسط Driver Development Kit مایکروسافت.

3- پیاده سازی الگوریتم FFT روی پردازنده هایی که این قابلیت رو ندارند.

4- واسط USB با تراشه PDIUSBD12 فیلیپس

5- و ....(یعنی هنوز اضافه نشدن، اما یحتمل اضافه بشه)

خلاصه کار های انجام شده در زمینه هر یک از این پروژه ها رو در این جا می نویسم. پیشاپیش از نظرات و راهنمایی ها ی شما در زمینه هر یک از این پروژه ها، استقبال و تشکر می کنم.

سلام

تصميم گرفتم از اين به بعد هر پروژه ای رو که شروع می کنم روند انجام اون رو  در اينجا بنويسم و گزارش کامل انجام پروژه رو در اينجا بگذارم تا اينکه بيشتر ياد بگيرم و از راهنمايی های شما استفاده کنم  .پیشاپیش از نظرات و راهنمایی ها ی شما در زمینه هر یک از عناوين پست ها، استقبال و تشکر می کنم.

گیرنده فرستنده ها دیجیتال به چند دسته تقسیم بندی می شوند

1-   گیرنده فرستنده های FSK

2-   گیرنده فرستنده های ASK

3-   گیرنده فرستنده های QAM

4-   گیرنده فرستنده های PCM     

.... 

در فرستنده های FSK به ازای صفر منطقی یک سیگنال سینوسی با فرکانس f1  و به ازای یک منطقی فرکانس f۲ ارسال می گردد. بنابراین ساده ترین روش و همچنین معمول ترین روش  برای ساخت یک فرستنده ی FSK برای ارسال دیتای دیجیتال، تنها کافی است که اطلاعات هشت بیتی موازی را به اطلاعات یک خطه  تبدیل کرد. نظیر پروتکل سریال که تک سیمه است. و سپس این جریان دیتا دیجیتال را به ورودی یک فرستنده آنالوگ FM اعمال کنیم. بدین صورت به ازای ورودی صفر( بیت صفر یا منطق صفر) ، فرکانس کاریر(f1  ) ارسال می گردد و به ازای ورودی پنج ولت ( منطق یک)، فرکانس f۲ ( f1+df ) ارسال می گردد.

در گیرنده FSK پس از بدست آمدن جریان تک سیمه دیتا، اطلاعات با توجه به پروتکل فرستنده ، دمدوله می شود.

در ساخت یک فرستنده FSK نکاتی بایستی مد نظر قرار بگیرند. اول اینکه باید باد ریت اطلاعات دیجیتال در محدوده پهنای باند فرستنده آنالوگ باشد. و دوم رنج ارسالی فرستنده است که رابطه مستقیم با توان خروجی فرستنده دارد. هرچه توان ارسالی بیشتر باشد، رنج ارسالی دیتا بیشتر می شود.

برای افزایش توان فرستنده معمولا یک طبقه تقویت کننده جریان در طبقه خروجی قرار می دهند. همچنین برای حداکثر کردن تشعشعات از آنتن، قبل از انتن مدار تطبیق دهنده امپدانس ( مدار مچینگ ) قرار می دهند.

برای ساخت گیرنده فرستنده های ASK نیز همانند فرستنده های FSK عمل می کنیم . بدین صورت که دیتای دیجیتال تک سیمه را به ورودی فرستنده AM اعمال می کنیم. و در گیرنده نیز از گیرنده های AM استفاده می کنیم.

در عمل برای بهبود کیفیت فرستنده ها ی آنالوگ FM بهتر است از تراشه ها ی فرستنده و گیرنده استفاده گردد. نظیر MC3356 و MC2833  که در بازار ایران هم در دسترس می باشد. تراشه MC3356 اختصاصا جهت دمدولاسيون FSK استفاده می شود.

                                                 مدار فرستنده با تراشه MC2833

   MC3356   مدار گیرنده با تراشه                                                 

  بهترین فرکانس برای کارهای ارسال دیتا کاربران، فرکانس 30MHZ-70MHZ  هست. که رنج بی استفاده FM و AM‌ هست. برای افزايش مسافت ارسال می توان اطلاعات را در باند UHF و VHF‌ که در فرکانس بالای 400MHZ‌ کار می کنند ارسال نمود.

علاوه بر فرکانس کارير که تعيين کننده مسافت ارسالی يک فرستنده است، توان ارسالی نيز در برد فرستنده دخالت دارد. البته بايد توجه داشت که توان فرستنده بالا نباشد ، در غير اين صورت نياز به کسب اجازه از وزارت کشور برای اختصاص باند فرکانسی است.