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• Carlos Silva Espinoza

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LABORATORIO 3 CIRCUITO MODULADOR DE PULSOS CODIFICADOS Cuestionario final

1. ¿Qué característica de un tren de pulsos es cambiado para señal de procesamiento PWM, PPM y PAM?. La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM, siglas en inglés de pulse-widthmodulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente: D = t/T D: es el ciclo de trabajo t: es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso) T es el período de la función La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra y el ciclo de trabajo está en función de la portadora. La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación.

La Modulación por Posición de Pulso, o en inglés, Pulse Position Modulation (PPM): En donde la Amplitud y el ancho son fijos y la posición en variable, es un tipo de modulación en la cual una palabra de R bits es codificada por la transmisión de un único pulso que puede encontrarse en alguna de las 2M posiciones posibles. Si esto se repite cada X segundos, la tasa de transmisión es de R/X bits por segundo. Este tipo de modulación se usa principalmente en sistemas de comunicación óptica, donde tiende a haber poca o ningún tipo de interferencia por caminos múltiples. Una de las principales dificultades en la implementación de esta técnica es que el receptor debe estar debidamente sincronizado para poder alinear el reloj local con el inicio de cada símbolo. Por este motivo, se implementa usualmente de manera diferencial, como Modulación por Posición de Pulso Diferencial, donde la posición de cada pulso es elegida en función del pulso anterior, y de esta manera, el receptor sólo debe medir la diferencia de tiempo entre la llegada de los sucesivos pulsos. Con este tipo de modulación, un error en el reloj local se podría propagar sólo a la medición de dos pulsos adyacentes, en vez de a toda la transmisión. La modulación de amplitud de pulsos (PAM, por sus siglas en inglés) es un término de ingenieríaque describe la conversión de la señal analógica a una señal del tipo de pulso en la cual la amplituddel pulso representa la información analógica. La PAM se estudiará antes debido a que el procesode conversión de analógica a PAM es el primer paso en la conversión de una forma de onda analógicaa una señal PCM (digital). En ciertas aplicaciones la señal PAM se utiliza directamente y nose requiere una conversión a PCM. 2. Si una señal analógica tiene la frecuencia alta de 20 KHz. ¿Cuál es la mínima velocidad de muestreo? El teorema de muestreo indica que la frecuencia de muestreo mínima debe de el doble de la máxima señal a muestrear: De la pregunta anterior: fmax = 20Khz Para cumplir con el teorema de muestreo: fmuestreo = 2*fmax = 2*20Khz = 40KHz 3. En un circuito modulador PCM. ¿Qué tipo de conversión se realiza primero en la señal de entrada?. Lo primero que se realiza es una amplificación o atenuación de la señal analógica, esto se realiza para que los valores pico (V+, V-) de la señal se encuentre dentro de los límites del convertidor analógico digital. 4. En el circuito demodulador PCM. ¿Qué tipo de conversión se realiza en la última etapa, antes de enviar la señal fuera?

Los bits enviados en forma serial, son convertidos en paralelo y con el DAC son convertidos a señal analógica. 5. ¿Cuál es propósito de aplicar la señal analógica de entrada al convertidor A/D a través de un amplificador? Realizar la amplificación de la señal analógica de entrada, asegura una amplificación o atenuación para que los valores pico (V+, V-) de la señal, se ajusten a los valores límites del convertidor analógico digital. 6. El circuito usado en el experimento produce un Pulso se SYNC que tiene ¼ LOW, ½ HIGH y ¼ LOW. ¿Aplicando dos frecuencias diferentes dentro de qué tipo de puerta? La puerta usada es una XOR 7. ¿Cuál es el voltaje de espaciado de un convertidor A/D de 4 bits, que convierte voltaje analógica de 0 voltios a 30 voltios?. Vspacing = 30/(24-1) = 30/15 = 2 v 8. ¿Qué es el error y ruido de cuantificación? La señal PCM se genera al realizar tres operaciones básicas: muestreo, cuantización y codificación, El error de cuantización resulta de la diferenciaentre la señal analógica a la entrada del muestreo y la salida del cuantizador.Note que el valorpico del error (±1) es la mitad del tamaño de un paso del cuantizador. Si se muestrea a la velocidadde Nyquist (2 B) o a una más rápida, y existe un ruido despreciable en el canal, éste seguirápresente, y se conoce como ruido de cuantización, en la forma de onda analógica recuperada debidoa este error. El ruido de cuantización puede también considerarse como un error de redondeo. 9. ¿Cuáles son las técnicas de cuantificación PCM? Características. Cuantificación uniforme: todos los escalones son del mismo tamaño. Cuantificación no uniforme: Los escalones son de distintos tamaños. (mayormente usado para sistemas de digitalización de voz, debido a que los valores se encuentran más cercano a cero). 10. ¿Existen otras técnicas de codificadores de formas de onda, codificación de voz óvocoders? Describa sus características generales. Las técnicas de codificación más usadas son:

Codificación binaria de línea: Los 1 y 0 binarios, como aquellos en la señalización PCM, pueden representarse en varios formatosde señalización serial de bit llamados códigos de línea. Algunos de los códigos de línea de mayor popularidad: Señalización unipolar: En la señalización unipolar de lógica positiva el 1 binario está representadopara un alto nivel (+ A volts) y el 0 binario por un nivel de cero. Este tipo de señalizacióntambién se conoce como modulación de encendido-apagado. Señalización polar:Los 1 y 0 binarios están representados por niveles positivos y negativosiguales. Señalización bipolar (seudoternaria):Los 1 binarios están representados por valores alternativamentepositivos y negativos. El 0 binario está representado por un nivel de cero. El términoseudoternario se refiere al uso de tres niveles de señal codificados para representar datos de dosniveles (binarios). Esto se conoce como señalización de inversión alterna de marca (AMI, por sussiglas en inglés). Señalización de Manchester. Cada 1 binario está representado por un medio periodo depulso de bit positivo seguido de uno negativo. De la misma manera, un 0 binario está representadopor un medio periodo de pulso de bit negativo seguido de uno positivo. A este tipo de señalizacióntambién se le conoce como codificación por fase dividida. Codificación diferencial: Cuando datos seriales se pasan a través de muchos circuitos a lo largo de un canal de comunicaciones,la forma de onda a menudo se invierte sin intención (es decir, los datos son complementados).Esto puede ocurrir en un canal de línea de transmisión de par trenzado si sólo se intercambian las dosterminales en un punto de conexión cuando se utiliza un código de línea polar. (Note que tal intercambiono afectaría a los datos en una señal bipolar.) Para minimizar este problema, con frecuenciase emplea una codificación diferencial. Cada dígito en la secuencia codificada se obtiene al comparar al bit de entrada en el presentecon el bit codificado en el pasado. Un 1 binario se codifica si el bit de entrada en el presente yel bit codificado en el pasado son de un estado opuesto, y un 0 binario se codifica si los estadosson iguales. Esto es equivalente a la tabla de verdad de una compuerta XOR o un sumador de módulo2. Codificación de voz: Los codificadores digitales de voz pueden clasificarse en dos categorías: codificadores de forma deonda y codificadores de voz. Los codificadores de forma de onda utilizan algoritmos para codificary decodificar la voz de tal modo que la salida del sistema es una aproximación de la forma de ondade entrada. Los codificadores de voz se encargan de codificar la voz mediante la extracción utilizadapara establecer valores para los parámetros en generadores de funciones y filtros los que, a su vez,sintetizan el sonido de voz

de salida. Generalmente la forma de onda de salida del codificador devoz no se aproxima a la de entrada y puede tener un sonido artificial o poco natural. A pesar de quelas palabras del orador pueden entenderse claramente, éste puede no ser identificado. Con los codificadoresde forma de onda (por ejemplo, PCM, DPCM, DM y CVSD), se ha demostrado que la vozcon calidad de VF puede codificarse a velocidades de bit tan bajas como 24 kbits/s. Técnicas másavanzadas reducen la velocidad de bit requerida a 8 kbitss y la codificación de voz es posible aún a 2 kbits/s. Algunas técnicas disponibles para lograr una codificación a bajas velocidades de bit sonla predicción lineal (discutida en cuanto a su aplicación en DPCM), codificación de subbanda adaptabley cuantización vectorial. La codificación de subbanda adaptable atribuye bits de acuerdo al espectrodel habla de entrada y las propiedades de escucha. Uno debe esforzarse en usar codecs o codificadores con una velocidad de bit más baja parareducir los costos en la transmisión de datos. Sin embargo, este tipo de codecs requiere de una mayorcomplejidad en los cálculos, producen retrasos más largos en la voz reproducida a la salida delsistema y tienen una calidad de voz más pobre.