Thực tập chuyên đề kỹ thuật điều chế xung số

ĐỖ TRUNG KIÊN (Chủ biên)
TRẦN VĨNH THẮNG, LÊ QUANG THẢO

THùC TËP CHUY£N §Ò

Kü THUËT §IÒU CHÕ XUNG - Sè

NHµ XUÊT B¶N §¹I HäC QuèC GIA Hµ NéI


2


Môc lôc
Lêi nãi ®Çu .................................................................................7
Bµi thùc tËp sè 1 .........................................................................9
§iÒu chÕ xung (Pulse
(Pulse Modulations) .............................................9
Bµi 1.1 - §iÒu chÕ xung ..............................................................9
1.1. Lý thuyÕt .......................................................................9
1.2. Lý thuyÕt lÊy mÉu (Sampling Theory) ...........................12
Bµi 1.2 - §iÒu chÕ biªn ®é xung 1 (Pulse Amplitude Modulation 1) ....19
2.1. Lý thuyÕt .....................................................................19
2.2. Thùc nghiÖm ...............................................................24
Bµi 1.3 - §iÒu chÕ biªn ®é xung 2 (Pulse Amplitude Modulation 2) ....30
3.1. Lý thuyÕt .....................................................................30
3.2. Thùc nghiÖm ...............................................................32
Bµi 1.4 - §iÒu chÕ PWM/PPM ...................................................37
4.1. Lý thuyÕt .....................................................................37
4.2. Thùc nghiÖm ...............................................................39
Bµi 1.5 - Bé thu PPM/PWM .......................................................44

5.1. Lý thuyÕt .....................................................................44
5.2. Thùc nghiÖm ...............................................................46
Bµi 1.6 - Hîp kªnh ph©n chia theo thêi gian - TDM ..................51
6.1. Lý thuyÕt .....................................................................51
6.2. Thùc nghiÖm ...............................................................56
Bµi 1.7 - Giíi thiÖu vÒ ®iÒu chÕ m· xung - PCM .......................60
7.1. Lý thuyÕt .....................................................................60
3


Bài 1.8 - PCM tuyến tính ...........................................................72
8.1. Lý thuyết .....................................................................72
8.2. Thực nghiệm ...............................................................74
Bài 1.9 - PCM vi sai ..................................................................81
9.1. Lý thuyết .....................................................................81
9.2. Thực nghiệm ...............................................................82
Bài 1.10 - CODEC và PCM/TDM ..............................................88
10.1. Lý thuyết ...................................................................88
10.2. Thực nghiệm .............................................................93
Bài 1.11 - Giới thiệu về điều chế Delta ...................................100
11.1. Lý thuyết .................................................................100
Bài 1.12 - Bộ điều chế và giải điều chế Delta tuyến tính
và tơng thích ........................................................105
12.1. Lý thuyết .................................................................105
12.2. Thực nghiệm ...........................................................109
Bài thực tập số 2 .....................................................................116
Điều chế số (Digital Modulations) ...........................................116
Bài 2.1 - Điều chế số ..............................................................116
1.1. Lý thuyết ...................................................................116
1.2. Mục đích của điều chế số..........................................117

1.3. BIT/GIÂY và BAUD ...................................................118
Bài 2.2 - Bộ phát và bộ mã hóa ...............................................122
2.1. Lý thuyết ...................................................................122
2.2. Thực nghiệm .............................................................128
Bài 2.3 - Điều chế ASK ...........................................................134
3.1. Lý thuyết ...................................................................134
3.2. Thực nghiệm .............................................................137
Bài 2.4 - Điều chế FSK ............................................................144
4


4.1. Lý thuyết ...................................................................144
4.2. Thực nghiệm .............................................................147
Bài 2.5 - Điều chế PSK............................................................155
5.1. Lý thuyết ...................................................................155
5.2. Thực nghiệm .............................................................163
Bài 2.6 - Điều chế 4-PSK (1) ...................................................173
6.1. Lý thuyết ...................................................................173
6.2. Thực nghiệm .............................................................177
Bài 2.7 - Điều chế 4-PSK (2) ...................................................182
7.1. Lý thuyết ...................................................................182
7.2. Thực nghiệm .............................................................184
Bài 2.8 - Điều chế biên độ trực giao QAM ..............................189
8.1. Lý thuyết ...................................................................189
8.2. Thực nghiệm .............................................................193
Bài thực tập số 3 .....................................................................200
PCM 4 kênh với mã hóa AMI/HDB3/CMI................................200
Bài mở đầu - Mô tả mô-đun thí nghiệm ..................................200
Bài 3.1 - Giới thiệu về ghép kênh phân chia thời gian TDM ...203
1.1. Lý thuyết ...................................................................203

1.2. Thực nghiệm .............................................................210
Bài 3.2 - Mã đờng .................................................................213
2.1. Lý thuyết ...................................................................213
2.2. Thực nghiệm .............................................................220
Bài 3.3 - Định dạng của khung PCM-TDM ..............................223
3.1. Lý thuyết ...................................................................223
3.2. Thực nghiệm .............................................................230
Bài 3.4 - Các bộ mã đờng và điều khiển đờng .....................236
5


4.1. Lý thuyÕt ...................................................................236
4.2. Thùc nghiÖm .............................................................238
Bµi 3.5 - Bé gi¶ lËp kªnh, bé c©n b»ng ®−êng vµ ALBO ................251
5.1. Lý thuyÕt ...................................................................251
5.2. Thùc nghiÖm .............................................................254
Tµi liÖu tham kh¶o ..................................................................258

6


Lời nói đầu
Trong thời đại bùng nổ thông tin, đặc biệt thế kỷ XXI này
của chúng ta đợc xem là thế kỷ của thông tin, tất cả các phơng
tiện truyền thông hiện đại của các nớc tiên tiến trên thế giới đang
chạy đua nhau trong sự phát triển vô cùng mạnh mẽ. Các phơng
tiện truyền thanh, truyền hình, thông tin vệ tinh dới dạng tơng
tự và số là các kỹ thuật thu phát vô tuyến (wireless communication),
một phần rất quan trọng trong sự phát triển này.
Với những nhận định trên, việc xây dựng nội dung của hệ

thống bài thực tập vô tuyến điện tử chuyên đề này dựa trên tinh
thần xác định nhu cầu cấp thiết của việc đào tạo Vô tuyến Điện tử
truyền thông theo hớng cơ bản và công nghệ; tham khảo các hệ
thống bài thực tập của các trờng đại học trong nớc và trên thế
giới; các nhà sản xuất danh tiếng của Mỹ, Nhật, Italia, Hàn Quốc...
Tập trung trang bị những hệ thống bài thực tập hiện đại, tiên tiến,
mục đích chính dành cho công tác đào tạo sinh viên, nghiên cứu
khoa học của học viên cao học và nghiên cứu sinh. Các bài thí
nghiệm mang đậm nét màu sắc bản chất vật lý của chuyên ngành
Vật lý Điện tử Vô tuyến hiện đại mà các phòng thí nghiệm trớc
đây cha có điều kiện trang bị. Các bài viết hớng dẫn hệ thống
các bài thực tập đợc dựa trên tài liệu hớng dẫn tham khảo khi
nhập một hệ bài thực tập của hãng Veneta, Italia. Với từng bài
thực tập, sẽ bao gồm rất nhiều môđun thực tập đơn lẻ chuyên sâu
cho từng kỹ thuật vô tuyến điện tử sẽ đợc giới thiệu lần lợt
trong bộ sách Thực tập chuyên đề.
Cuốn Thực tập chuyên đề kỹ thuật điều chế xung - số gồm
3 bài thực tập lớn, trong đó bài 1 và bài 2 thâu tóm tất cả các kỹ
thuật điều chế xung và điều chế số từ cơ bản cho đến các IC tích
hợp. Riêng chuyên đề về mã hóa PCM đợc sử dụng rất phổ biến
trong thực tế khoa học kỹ thuật đợc giới thiệu riêng trong bài
thực tập số 3.
Giáo trình Thực tập chuyên đề kỹ thuật xung - số này chính
thức đợc viết cho sinh viên chuyên ngành Vô tuyến, thực tập vào

7


kỳ 2 năm thứ 4, ngay trớc thời gian khóa luận của sinh viên, xem
nh là một bớc chuyển tiếp quan trọng giúp sinh viên bớc đầu

làm quen với những hệ thống kiến thức thực tiễn phức tạp. Ngoài
ra, những kiến thức chuyên sâu trong giáo trình là phần thực tập
và tham khảo quan trọng cho học viên cao học và nghiên cứu sinh
của chuyên ngành. Bộ bài hớng dẫn này đợc xem là một tài liệu
nghiên cứu và tham khảo cực kỳ cơ bản và phong phú. Vì xuất bản
lần đầu nên chắc chắn cuốn sách sẽ khó tránh khỏi một số thiếu
sót. Rất mong sự cộng tác của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên
cùng các quý độc giả để tài liệu này hoàn thiện hơn cho các thế hệ
đào tạo về sau.
Nhóm tác giả

8


Bài thực tập số

1

Điều chế xung (Pulse Modulations)

Bài 1.1 - Điều chế xung
Nội dung:
- Giới thiệu những khái niệm cơ bản về các kỹ thuật điều chế
xung nh PAM, PWM, PPM, PCM và hợp kênh phân chia theo
thời gian TDM.
- Giới thiệu lý thuyết lấy mẫu.

1.1. Lý thuyết
Điều chế là kỹ thuật mấu chốt trong việc truyền thông tin.
Những phơng pháp phổ biến trong kỹ thuật vô tuyến là điều chế

biên độ AM, điều chế tần số FM, và điều chế đơn biên SSB (Single
Side Band). Trong lĩnh vực điện thoại, điều chế xung dùng để biến
đổi thông tin từ dạng tín hiệu tơng tự sang dạng số.
Sơ đồ chức năng của quá trình chuyển đổi từ tín hiệu tơng
tự sang tín hiệu số đợc chỉ ra trên hình 1.1 trong khi hình 1.2 đa
ra các dạng tín hiệu khác nhau qua các bớc chuyển đổi.

Hình 1.1- Biến đổi tín hiệu tơng tự s(t) sang dạng số

Tín hiệu tơng tự s(t) đợc lấy mẫu (sampled) trong các
khoảng thời gian tại những thời điểm là bội nguyên lần của T
(sampling period); giai đoạn tiếp theo là gán những giá trị chính
xác cho các mẫu vừa đợc lấy nhờ phơng pháp lợng tử hóa

9


(quantization). Tín hiệu mô tả trong hình 1.2b và 1.2c có tất cả là 5
mức lợng tử.

Hình 1.2- a) Tín hiệu tơng tự s(t), b) Tín hiệu đã đợc lấy mẫu s(nT)
c) Tín hiệu lợng tử hóa s(nT), d) Tín hiệu số SN (mã 3 bit)

Số mức lợng tử hạn chế. Độ chia mức lợng tử càng mịn thì
độ chính xác việc lợng tử hóa càng cao. Các tín hiệu số sau khi
lợng tử biểu diễn thông qua hệ nhị phân 0 và 1.
PAM Tín hiệu đầu ra của bộ lấy mẫu s(nT) đợc xem là kết quả
của việc điều chế biên độ xung mang, với tín hiệu s(t)
đợc dùng để điều chế biên độ xung của sóng mang (chu
kỳ ). Vì vậy ta gọi phơng pháp là PAM - Pulse carrier

Amplitude Modulation.

PCM Tơng tự, tín hiệu số SN đợc xem là kết quả của việc điều
chế mã xung, với xung mang đợc điều chế bởi tín hiệu
mã, gọi là PCM - Pulse Code Modulation.
PWM và PPM Xung mang không chỉ đợc điều chế theo biên độ,
mà còn theo cả thời gian. Trờng hợp này, chúng ta gọi là
PTM - Pulse Time Modulation. Hai dạng đặc biệt là điều
chế độ rộng xung PWM - Pulse Width Modulation và điều
chế vị trí xung PPM - Pulse Position Modulation (hình 1.3).
Tín hiệu PWM là tín hiệu xung có độ rộng xung tỉ lệ thuận
với biên độ của tín hiệu tơng tự đợc dùng để điều chế.
Tín hiệu PPM là tín hiệu xung mà vị trí của xung tỉ lệ thuận
với biên độ của tín hiệu tơng tự dùng để điều chế.

10


Hình 1.3- a) Tín hiệu tơng tự, b) Xung lấy mẫu, c) Tín hiệu PWM, d) Tín hiệu PPM

TDM Khi các mẫu tín hiệu chỉ xuất hiện trong những khoảng thời
gian nhất định nào đó, thì những khoảng thời gian rảnh rỗi
còn lại có thể đợc dùng để truyền những mẫu từ các tín
hiệu khác. Cách này đợc gọi là hợp kênh phân chia theo
thời gian TDM - Time Division Multiplexing của tín hiệu
PAM (hình 1.4) hoặc tín hiệu PCM (hình 1.5).

Hình 1.4- a) Tín hiệu tơng tự, b) Tín hiệu PAM, c) TDM của tín hiệu PAM

11


Hình 1.5- TDM của tín hiệu PCM

1.2. Lý thuyết lấy mẫu (Sampling Theory)
Quá trình lấy mẫu tín hiệu là việc ghi nhận lại giá trị độ lớn
của tín hiệu tại những thời điểm tuần hoàn. Điển hình, cơ chế lấy
mẫu đợc tợng trng bởi một khóa chuyển mạch lý tởng nối
với đờng tín hiệu s(t) (hình 1.6). Chuyển mạch đóng trong
khoảng thời gian (1.2b) và mở trong những thời điểm khác trong
chu kỳ T. Theo sơ đồ này, tín hiệu đầu ra s(nT) (tín hiệu mẫu)
bằng với s(t) trong thời khoảng , và bằng không tại những thời
điểm khác trong T. Quá trình lấy mẫu đợc thực hiện một cách có
chu kỳ, tại những thời điểm t: t = nT (n = 0, 1, 2...)
Với T đợc gọi là chu kỳ lấy mẫu (sampling cycle) và F = 1/T
là tần số lấy mẫu (sampling frequency). Hiển nhiên là thông tin
nằm trong tín hiệu mẫu s(nT) sẽ tăng khi tăng và T giảm.

Hình 1.6- Bộ lấy mẫu lý tởng

- Những mẫu trích đợc từ tín hiệu tơng tự thông qua việc
lấy mẫu chứa đựng những thông tin đặc trng của tín hiệu. Vì
vậy, dới một vài điều kiện ta có thể khôi phục chính xác tín hiệu
s(t) ban đầu từ các mẫu đã đợc lấy.

12


Kết quả này rất quan trọng trong các ứng dụng: thay thế cho

việc truyền tín hiệu tơng tự, ta có thể truyền đi các mẫu tín hiệu
mà không làm ảnh hởng đến chất lợng thông tin. Nói cách
khác, việc truyền tín hiệu rời rạc đợc thay thế cho truyền tín hiệu
tơng tự.
Phổ của tín hiệu mẫu (Spectrum of the sampled signal)
Trớc khi đa ra các định lý về các điều kiện để khôi phục
hoàn hảo tín hiệu ban đầu, chúng ta cần phải xem xét qua về phổ
của tín hiệu mẫu. Nhìn trên hình 1.7, tín hiệu mẫu có thể đợc
xem là tích của tín hiệu s(t) với u(t) (hình 1.8), u(t) là sự lặp lại theo
thời gian (chu kỳ T) của xung U(t).
Nếu U(f) là biến đổi Fourier của xung cơ bản U(t), và S(f) là
biến đổi của s(t), lý thuyết phân tích phổ chỉ ra rằng phổ của s(nT)
biểu diễn bởi Y(f):
+

U ( nF ).S( f nF )

Y( f ) = F.



Hình 1.7- a) Tín hiệu tơng tự, b) Xung lặp U(t), c) Tín hiệu đã đợc lấy mẫu

Hình 1.8- Sơ đồ phát ra tín hiệu s(nT)

13


Phổ của U(f), S(f) và Y(f) đợc chỉ ra trên hình 1.9. Phổ của
U(t) trên hình 1.9b không tơng ứng với phổ của một xung chữ

nhật lý tởng (trờng hợp lý tởng là hình 1.9a) vì nó biểu diễn
cho một xung thực có sờn thoai thoải. Phổ của s(nT) (hình 1.9d)
lặp lại tuần hoàn phổ của s(t) (hình 1.9c) bị sửa bởi biên độ phổ
của U(t). Tần số lặp lại F đợc gọi là tần số lấy mẫu.

Hình 1.9- a) Phổ xung chữ nhật lý tởng, b) Phổ xung chữ nhật thực tế,
c) Phổ của s(t), d) Phổ của tín hiệu đã lấy mẫu s(nT)

Lý thuyết lấy mẫu (Sampling Theorem)
Bây giờ ta có thể quay lại với định lý nêu lên các điều kiện để
có thể khôi phục lại tín hiệu một cách chính xác s(t) từ s(nT), đợc
biết đến là lý thuyết lấy mẫu hay định lý Shannon. Nếu s(t) là tín
hiệu với biến đổi Fourier có băng tần giới hạn (hình 1.9c):

s(f) = 0

với |f| B

Điều kiện để khôi phục chính xác tín hiệu s(t) từ s(nT) là tần
số lấy mẫu không đợc nhỏ hơn hai lần độ rộng băng tần B của tín
hiệu. Tức là:
F 2B
Một kiểm chứng cho lý thuyết này đợc chỉ ra ngay trên
hình 1.9d. Khi mà các phổ S(f) tách biệt, không chồng chập lên
nhau
(F 2B) thì tín hiệu sẽ đợc khôi phục lại chính xác.
Trên hình 1.10b, F = 1.5B, thì khi sử dụng bộ lọc tần thấp (1.10c),
tín hiệu khôi phục (1.10d) không giống dạng ban đầu (1.10a).

14

Hình 1.10- a) Phổ của s(t), b) Phổ của tín hiệu mẫu s(nT) với F = 1.5B,
c) Đáp tuyến của bộ lọc lý tởng, d) Phổ của tín hiệu khôi phục khác dạng ban đầu

Chồng phổ (Aliasing)
Khi lấy mẫu các tín hiệu tần số thấp hoặc khi sử dụng bộ lọc
có dải tần giới hạn không đủ cho việc khôi phục tín hiệu, sẽ gây ra
một hiện tợng chồng phổ. Hiện tợng này là việc tái tạo ra một

tần số khác hoàn toàn với tần số tín hiệu ban đầu.

Hình 1.11. Aliasing

15


Để giải thích, chúng ta xem xét ví dụ trên hình 1.11, với tín
hiệu sin s(t) và bộ lấy mẫu lý tởng. Các giá trị mẫu đợc chỉ ra
trên hình 1.11d. ở hình 1.11e, có thể chỉ ra đợc s1(t) có tần số
khác mà vẫn thỏa mãn điều kiện của bộ tín hiệu mẫu. Đây là lý do
tại sao rất khó hoặc không thể xác định đợc, khi khôi phục lại tín
hiệu tơng tự ban đầu, đâu là tần số tín hiệu ban đầu trong hai tần
số thu nhận đợc.
Q1 Điều chế xung đợc sử dụng để:
a. Đồng bộ hóa tín hiệu đồng hồ
b. Phát ra những tín hiệu sin trong quá trình biến đổi
c. Biến đổi tín hiệu tơng tự sang dạng số
d. Truyền tín hiệu đi với công suất cao
Q2 Những câu dới đây đề cập về điều chế PAM. Câu nào

trong số chúng đúng?

a. Tín hiệu điều chế là chuỗi các xung, có biên độ xung phụ
thuộc vào biên độ tín hiệu tơng tự dùng để điều chế.
Để khôi phục lại tốt tín hiệu tơng tự này, tần số những
xung này phải ít nhất bằng tần số của tín hiệu tơng tự.
b. Tín hiệu điều chế là chuỗi các xung, có độ rộng xung phụ
thuộc vào tín hiệu muốn điều chế (là tín hiệu tơng tự).
c. Tín hiệu điều chế là chuỗi các xung, có biên độ xung phụ
thuộc vào biên độ tín hiệu tơng tự dùng để điều chế.
Để khôi phục lại tốt tín hiệu tơng tự này, tần số những
xung này phải ít nhất bằng hai lần tần số của tín hiệu
tơng tự.
d. Tín hiệu điều chế là chuỗi các xung, có vị trí phụ thuộc
vào tần số của tín hiệu tơng tự cần điều chế.
e. Tín hiệu điều chế là chuỗi các xung, có vị trí phụ thuộc
vào biên độ của tín hiệu tơng tự cần điều chế.
f. Tín hiệu điều chế là sóng sin, có pha phụ thuộc vào biên
độ của tín hiệu tơng tự cần điều chế.
Q3 Câu nào trong những câu phía trên là đúng, khi miêu tả

điều chế PPM?
Q4 Câu nào trong những câu phía trên là đúng, khi miêu tả
điều chế PWM?
16


Q5 Nếu s(f) là phổ của tín hiệu tơng tự s(t), phổ lý thuyết

của tín hiệu s(t) lấy mẫu tại tần số F sẽ là phổ nào?
a. Hai lần F
b. Hai lần s(t)

c. Vô hạn
d. Hai lần s(f)
Q6 Một tín hiệu có dải phổ tần số từ 0.3 đến 4 kHz cần phải

biến đổi sang tín hiệu PAM. Tần số lấy mẫu phải bằng
bao nhiêu để thỏa mãn lý thuyết lấy mẫu?

a. 600 Hz
b. Lớn nhất là 8 kHz
c. ít nhất là 8 kHz
d. ít nhất là 4 kHz
Q7 Làm cách nào một tín hiệu s(t) băng tần B lấy mẫu tại tần

số F 2B có thể khôi phục lại?
a. Nhờ điều chế PCM
b. Nhờ bộ lọc dải thông với tần số cắt F/2
c. Nhờ bộ lọc tần thấp tần số cắt F
d. Nhờ bộ lọc tần cao tần số cắt B
Q8 Một tín hiệu tơng tự s(t) với băng tần giới hạn B = 2.5 kHz,

có thể khôi phục lại chính xác nếu lấy mẫu tại tần số:
a. Lớn nhất 5 kHz
b. Tối thiểu 2.5 kHz
c. Tối thiểu 7.5 kHz
d. Tối thiểu 5 kHz
e. Bất cứ tần số nào.

Q9 Khi nào hiện tợng chồng phổ xuất hiện:
a. Khi tần số lấy mẫu F lớn hơn dải thông B của tín hiệu
b. Khi F > 2B
c. Khi F > 4B
d. Trong trờng hợp tín hiệu tơng tự dạng sin, khi có ít
nhất hai mẫu đợc lấy trong một chu kỳ sin.

17


Q10 Trong hợp kênh phân chia theo thời gian TDM:
a. Các tín hiệu khác nhau đợc đặt trong các dải tần số
khác nhau
b. Cùng một khoảng thời gian dùng cho các tín hiệu khác nhau
c. Các tín hiệu khác nhau đợc nhân với nhau
d. Các tín hiệu khác nhau phân chia trong các khoảng thời
gian khác nhau.

18


Bài 1.2 - Điều chế biên độ xung 1
(Pulse Amplitude Modulation 1)
Nội dung:
- Nghiên cứu bộ điều chế PAM với lấy mẫu tự nhiên
(natural) và mẫu phẳng (flat).
- Nghiên cứu mạch lấy mẫu (Sample) và mạch lấy và giữ
mẫu (Sample and Hold).
- Kiểm tra dạng sóng của tín hiệu, mối quan hệ giữa xung lấy
mẫu với tín hiệu PAM.

- Hồi phục tín hiệu ban đầu thông qua các bộ lọc.
- Quan sát hiện tợng chồng phổ.

Dụng cụ:
- Bộ nguồn PS1-PSU/EV.
- Module thí nghiệm: MCM30.
- Dao động ký.

2.1. Lý thuyết
2.1.1. Khái niệm

Tín hiệu PAM là tín hiệu mẫu gồm một chuỗi các xung có
biên độ tỉ lệ thuận với biên độ của tín hiệu tơng tự (hình 2.1). Lấy
mẫu có thể là dạng tự nhiên hay dạng phẳng. Trờng hợp đầu, tín
hiệu thu đợc sau khi lấy mẫu có hình dạng giống nh tín hiệu
tơng tự (hình 2.1c). Trờng hợp thứ hai, biên độ của xung tín
hiệu sau khi lấy mẫu thể hiện đợc biên độ của tín hiệu tơng tự
tại thời điểm lấy mẫu (hình 2.1d).
Lấy mẫu phẳng gây ra sự méo dạng cao hơn khi tái tạo lại tín
hiệu tơng tự ban đầu, và sự méo dạng này sẽ càng tăng khi độ
rộng xung mẫu càng lớn. Tuy nhiên, việc lấy mẫu phẳng này rất
cần thiết cho các hệ thống có yêu cầu chuyển đổi sang tín hiệu số,
chẳng hạn nh hệ PCM. Trong những trờng hợp này, bộ biến đổi
ADC đợc sử dụng với yêu cầu là trong suốt quá trình biến đổi
A/D thì các tín hiệu mẫu tơng tự phải đợc ổn định và đều đặn
(vì vậy yêu cầu quá trình lấy mẫu phẳng).

19

Hình 2.1- a) Tín hiệu tơng tự, b) Xung lấy mẫu, c) PAM lấy mẫu tự nhiên,
d) PAM lấy mẫu phẳng

2.1.2. Sơ đồ khối của bộ điều chế PAM

Lấy mẫu tự nhiên:
Sơ đồ khối của bộ điều chế PAM lấy mẫu tự nhiên đợc thể
hiện trên hình 2.2. Tín hiệu tơng tự lối vào qua một bộ lọc tần số
thấp 3,4kHz, nhằm loại bỏ hiện tợng chồng phổ, rồi tới bộ lấy
mẫu PAM1.
Xung lấy mẫu (tín hiệu T2, chốt 6) có tần số 8kHz, tơng ứng
chu kỳ 125às. Độ rộng xung lấy mẫu đợc xác định bởi SW3
(Pulse Width), có thể đạt 10 hoặc 20às.

Hình 2.2- Bộ điều chế PAM lấy mẫu tự nhiên

20


Lấy mẫu phẳng:
Sơ đồ khối của bộ điều chế PAM lấy mẫu tự nhiên đợc chỉ
ra trên hình 2.3. Mạch Sample&Hold đợc thêm vào để cố định
biên độ tín hiệu đầu ra trong quá trình xử lý mẫu (hình 2.4). Bộ lấy
mẫu (PAM1) tạo ra xung có đỉnh phẳng và biên độ tỉ lệ với biên độ
của tín hiệu tơng tự. Quá trình lấy mẫu S&H (tín hiệu T1, chốt 5)
tơng ứng với quá trình lấy mẫu của PAM1 (tín hiệu T2, chốt 6).
Tần số lấy mẫu đơng nhiên là 8kHz cho cả hai phần này.

Hình 2.3- Bộ điều chế PAM lấy mẫu phẳng

Hình 2.4- a) Tín hiêu tơng tự, b) Xung lấy mẫu, c) Đầu ra của bộ S&H,
d) PAM lấy mẫu phẳng

2.1.3 Khôi phục tín hiệu tơng tự

Tín hiệu tơng tự ban đầu có thể đợc khôi phục từ các mẫu
khi sử dụng bộ lọc tần thấp (hình 2.3).

21


Khi tần số lấy mẫu bằng 2B, một bộ lọc thông lý tởng có dải
thông F/2 có thể cho ta một phổ hoàn toàn giống nh tín hiệu gốc
ban đầu, do đó khôi phục lại đợc tín hiệu ban đầu s(t).

Hình 2.5- a) Phổ của tín hiệu s(t), b) Phổ của s(t) lấy mẫu tại tần số F=2B
c) Đáp tuyến lý tởng của bộ lọc tần thấp, d) phổ của tín hiệu đã đợc tái tạo

Nếu tần số lấy mẫu tăng, bộ lọc sẽ hoạt động dễ dàng hơn,
khi mà sự lặp lại của phổ của tín hiệu s(t) đợc phân tách ra xa
(hình 2.6). Lúc này, thậm chí bộ lọc không phải lý tởng thì vẫn có
thể thu đợc phần đầu của phổ, tơng ứng với tín hiệu tơng tự
ban đầu s(t).

Hình 2.6- a) Phổ của tín hiệu s(t), b) Phổ của s(t) lấy mẫu tại tần số F = 2B
c) Đáp tuyến thực tế của bộ lọc tần thấp, d) Phổ của tín hiệu đã tái tạo

22

2.1.4 Chồng phổ

Nếu tín hiệu đợc lấy mẫu tại tần số thấp hơn tần số lý
thuyết (lý thuyết lấy mẫu), hoặc bộ lọc có dải tần giới hạn không
đủ, sẽ xảy ra hiện tợng chồng phổ (aliasing).
Hiện tợng đợc minh họa trên hình 2.7, có thể nhận thấy sự
lặp lại của S(f) không phân tách mà bị chồng lên nhau (overlaid).
Khi bộ lọc lý tởng đợc sử dụng để khôi phục tín hiệu thì phổ
của tín hiệu tái tạo sẽ khác phổ của tín hiệu ban đầu.

Hình 2.7- a) Phổ tín hiệu s(t), b) Phổ s(t) lấy mẫu tại tần số F = 1,5B, c) Đáp tuyến lý
tởng bộ lọc tần thấp, d) Phổ của tín hiệu khôi phục khác với phổ tín hiệu ban đầu.

Hình 2.8- Chồng phổ

23


Quan sát ví dụ trên hình 2.8, với tín hiệu sin s(t). Các mẫu
lấy đợc chỉ ra trên hình 2.8d, còn trên hình 2.8e, có thể nhận thấy
tín hiệu s1(t) là tín hiệu có tần số khác mà vẫn phù hợp với các
mẫu đợc lấy. Vì hiện tợng này mà rất khó hoặc gần nh không
thể xác định đợc, trong quá trình hồi phục tín hiệu tơng tự, tần
số nào trong hai tần số là tần số gốc.

2.2. Thực nghiệm
2.2.1. Bộ điều chế PAM lấy mẫu tự nhiên

- Cấp nguồn cho module
- Thiết lập mạch điện cho chế độ kênh PAM-1 lấy mẫu tự

nhiên (đặt SW1 = Nat, SW2 = 1CH, SW3 = 2, chỉ ra trên hình 2.9).

Hình 2.9- Module thí nghiệm PAM/PWM/PPM/TDM TX

- Nối 1kHz-2Vpp với đầu vào tơng tự của bộ điều chế PAM
(nối chốt 24 với chốt 1 và chỉnh mức tín hiệu 2Vpp).
- Thực hiện các bớc sau kèm theo việc vẽ dạng tín hiệu
các bớc
+ Nối que đo dao động ký (CH1) với đầu vào tơng tự
chốt 1.
+ Nối que đo (CH2) với chốt 4, so sánh với tín hiệu tại chốt 1
+ Chuyển que đo CH1 về chốt 5, que đo CH2 về chốt 6 để
quan sát dạng xung lấy mẫu của bộ S&H và của bộ lấy
mẫu PAM.

24


- Nhận xét về hai chuỗi xung lấy mẫu này
- Kiểm tra tần số 8kHz của xung lấy mẫu
- Thay đổi SW3 = 1 và SW3 = 2, đo độ rộng xung trong hai
trờng hợp.
+ Đa CH1 về chốt 1, CH2 đến chốt 7, quan sát tín hiệu
S&H.
+ Chuyển CH2 lên chốt 11 lối ra, quan sát dạng tín hiệu
PAM.
+ So sánh tín hiệu PAM khi SW3 = 1 và SW3 = 2
Q1 Bạn có thể nói gì về tín hiệu PAM?
a. Gồm một chuỗi xung có biên độ phụ thuộc vào dạng
sóng của tín hiệu tơng tự lối vào. Đỉnh của xung PAM

phẳng. Xung PAM thu đợc bằng cách lấy mẫu tín hiệu
lối vào. Khoảng thời gian lấy mẫu đợc xác định bởi tín
hiệu T2 (chốt 6)
b. Gồm một chuỗi xung có biên độ phụ thuộc vào dạng
sóng của tín hiệu tơng tự lối vào. Xung PAM thu đợc
bằng cách lấy mẫu tín hiệu lối vào. Khoảng thời gian lấy
mẫu đợc xác định bởi tín hiệu T3 (chốt 3)
c. Gồm một chuỗi xung có biên độ phụ thuộc vào dạng
sóng của tín hiệu tơng tự lối vào. Xung PAM thu đợc
bằng cách lấy mẫu tín hiệu lối vào. Khoảng thời gian lấy
mẫu đợc xác định bởi tín hiệu T2 (chốt 6)
d. Gồm một chuỗi xung có biên độ phụ thuộc vào dạng
sóng của tín hiệu tơng tự lối vào. Xung PAM thu đợc
bằng cách lấy mẫu hai tín hiệu đa vào IN1 (chốt 1) và
IN2 (chốt 2). Khoảng thời gian lấy mẫu đợc xác định
bởi tín hiệu T2 (chốt 6)
Q2 Điểm nào dùng để đo các xung lấy mẫu của bộ điều chế

PAM1? Tần số, chu kỳ và độ rộng xung bằng bao nhiêu?
a. Chốt 5 - 8kHz - 125às - 20às
b. Chốt 2 - 125kHz - 8às - 10às
c. Chốt 3 - 8kHz - 125às - 20às
d. Chốt 6 - 8kHz - 125às - 20às
e. Chốt 6 - 8kHz - 125às - 1às

25