Модуляция и демодуляция импульсных видов требуют в ряде случаев достаточно функционально сложных технических решений. Это объясняется необходимостью предварительного преобразования аналоговых (непрерывных) сигналов в дискретные с последующим обратным преобразованием дискретных сигналов в непрерывные и является следствием применения для передачи информации только дискретных сигналов. Однако эта сложность становится несущественной, если имеются необходимые преобразователи первичных сигналов (физических величин), а для реализации используются интегральные микросхемы (ИМС).
Амплитудно-импульсная модуляция и соответственно демодуляция реализуются достаточно просто. Например, чтобы получить сигнал АИМ-2 (см. диаграммы рис. 4.14), достаточно применить аналоговый ключ и генератор тактовых импульсов (см. рис. 4.23,а). На аналоговый вход ключа DA подаётся модулирующий сигнал Uc(t), а на цифровой вход (помечен символом #) - управляющий сигнал с выхода генератора DD.
Демодулятором может служить схема (рис. 4.23,6), состоящая из фильтра низких частот ФНЧ и усилителя переменного напряжения УН.
Приведённые схемы будут справедливыми для случая, когда передача ведётся видеоимпульсами. Возможен вариант передачи сигналов АИМ с ограниченным спектром. В этом случае схема (рис. 4.23,а) дополняется по выходу полосовым фильтром, а схема (рис. 4.23,б) - соответственно полосовым фильтром и амплитудным детектором (ставятся по входу).
Рис. 4.23. Функциональные схемы модулятора (а) и демодулятора (б) сигналов АИМ
Рис. 4.24. Модулятор сигналов ШИМ;
Схема функциональная (а); временные диаграммы процесса модуляции (б)
Для амплитудно-импульсной манипуляции и демодуляции сигналов этого вида могут быть использованы соответственно схемы (рис. 2.10 и рис. 2.11), рассмотренные в разделе 2 настоящего учебного пособия.
Схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) можно построить различными методами и реализовать на разнообразной элементной базе, в том числе и па ИМС. Различают модуляторы ШИМ с управлением аналоговыми сигналами и модуляторы с управлением цифровыми сигналами. В первых модулирующим является аналоговый сигнал обычно в виде напряжения постоянного тока, а во вторых - цифровой сигнал, отображаемый комбинацией двоичного безызбыточного кода (либо двоичным многоразрядным числом).
На рис. 4.24 приведена функциональная схема и временные диаграммы работы модулятора ШИМ, управляемого напряжением постоянного тока. Модулятор состоит из генератора линейно нарастающего напряжения DD, нуль органа, реализованного на операционном усилителе DA и на одновибраторе D2, RS-триггера D3 и одновибратора D1. Одновибраторы выполняют функции формирователей коротких импульсов по спаду входных сигналов. Как видно по схеме и по диаграммам, по спаду «пилообразного» напряжения триггер D3 возбуждается (переходит в состояние лог.1) и сбрасывается (переходит в состояние лог.0) в момент времени, когда напряжение модулирующего сигнала Uu(t) становится равным мгновенному значению линейно-растущего напряжения. Таким образом, на выходе триггера (выход модулятора) будут формироваться импульсы с длительностью, пропорциональной значению сигнала Uc(t), т.е. сигнал ШИМ. На диаграммах отображён случай, когда сигнал Uc(t) не меняет полярность. Если же он знакопеременный, то его следует преобразовать в однополярный сигнал или применить соответствующее смещение рабочей точки операционного усилителя DA.
Преобразователи двоичных чисел в пропорциональную длительность импульсов могут выполнять функции широтноимпульсных модуляторов. Более простые технические решения достигаются, если двоичное число, соответствующее значению модулирующего сигнала, отображается «параллельным двоичным кодом», т.е. поступает на «вход» модулятора одновременно всеми разрядами.
Принцип построения таких модуляторов (и преобразователей) основан на формировании временного интервала между моментом подачи стартового (пускового) импульса и моментом времени, когда некоторое «эталонное» двоичное число станет равным входному двоичному числу. Эталонное двоичное число, начиная с момента старта, принимает целочисленные значения от нуля (начальное значение) до некоторою максимального значения, определяемого разрядностью преобразуемых (входных) двоичных чисел. Затем временной интервал преобразуется в длительность импульса.
Нетрудно заметить, что изложенный принцип аналогичен принципу построения ШИМ с аналоговым управлением, только все сигналы и преобразования реализуются в цифровой форме.
Что касается вопросов построения модуляторов и демодуляторов ФИМ и ЧИМ, то следует отметить, что существует множество вариантов их реализации. В частности, рассмотренные в разделе 2 настоящего пособия схемы (рис. 2.26 и рис. 2.27) могут выполнять функции модулятора и, соответственно, демодулятора сигналов ФИМ (фазоимпульсной модуляции). Схема же (рис. 2.26) может использоваться и как модулятор сигналов ШИМ.
Примером модуляторов частотно-импульсных сигналов могут служить приведённые там же схемы (рис. 2.18 и рис. 2.19).
Все рассмотренные схемы импульсных модуляторов и демодуляторов могут быть реализованы на интегральных микросхемах и в этом их существенное достоинство.
