Circuitos de Comunicação. Prática 4: Multiplexação por divisão no tempo

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Levi Amaro Valente
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1 Circuitos de Comunicação Prática 4: Multiplexação por divisão no tempo Professor: Hélio Magalhães Grupo: Geraldo Gomes, Paulo José Nunes Recife, 25 de Agosto de 2014

O EXPERIMENTO Nesta prática foi montado um sistema para transmissão de sinais utilizando a técnica de multiplexação por divisão no tempo que consiste em enviar diversos canais por um mesmo

2 O EXPERIMENTO Nesta prática foi montado um sistema para transmissão de sinais utilizando a técnica de multiplexação por divisão no tempo que consiste em enviar diversos canais por um mesmo meio de transmissão (fio no caso). Esta transmissão é feita intercalando as amostras dos canais dentro do espaço vazio referente a um período de amostragem como ilustram as figuras abaixo:

PRÁTICA O circuito capaz de multiplexar 4 canais em TDM encontra-se abaixo; No circuito acima observamos o CI 4047 que foi montado na configuração de vibrador e fornecerá o clock para o sistema.

3 PRÁTICA O circuito capaz de multiplexar 4 canais em TDM encontra-se abaixo; No circuito acima observamos o CI 4047 que foi montado na configuração de vibrador e fornecerá o clock para o sistema. Em seguida, o CI 4040 é um contador e fornecerá as sequência binárias (00,01,10,11) que são transmitidas ao CI 4555 que é um decodificador e irá acionar as chaves correspondentes do CI 4016, fazendo desta forma o chaveamento sequencial dos canais (1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,...). A saída de todas as chaves é ligada a um buffer que tem a função de unir todas para fornecer um único canal de saída e podemos fazer isso porque quando uma chave está acionada as demais estão em aberto e não interferem umas nas outras por conta do acionamento sequencial proporcionado pelo restante do circuito. Montamos também o circuito DEMUX TDM que se encontra abaixo:

O circuito acima é composto pelo CI 4040 que irá contar seguindo a mesma sequência que foi obtida no MUX TDM (00,01,10,11) e receberá o mesmo clock para que a contagem ocorra sincronizada no par

4 O circuito acima é composto pelo CI 4040 que irá contar seguindo a mesma sequência que foi obtida no MUX TDM (00,01,10,11) e receberá o mesmo clock para que a contagem ocorra sincronizada no par TX/RX e o sinal possa ser demultiplexado. O CI 4555 então irá acionar sequencialmente as chaves (1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,...) sincronizado com o MUX TDM. De acordo com o Teorema da Amostragem (demonstrado por Shanon) o sinal amostrado possui o espectro do sinal original repetido periodicamente com período igual á frequência de amostragem e desta forma é necessário utilizar um filtro PB na saída de canal para poder recuperar o sinal transmitido. PROCEDIMENTO 1 Montamos o circuito MUX TDM, aplicamos a tensão de alimentação especificada e conectamos ao canal C0 um sinal senoidal de 2Vpp, offset de 3V e frequência de 250Hz. Abaixo se encontra o sinal inserido:

5 Mantendo um canal do osciloscópio no canal C0, conectamos outro canal na saída (ponto A) e observamos o sinal abaixo: Mantendo o sinal senoidal no canal C0 inserimos um sinal senoidal de 2Vpp, offset de 3V e frequência de 500Hz no canal C1. Abaixo se encontra o sinal inserido:

6 Mantendo um canal do osciloscópio no canal C1, conectamos outro canal na saída (ponto A) e observamos o sinal abaixo:

7 Mantendo o sinal senoidal nos canais C0 e C1 inserimos um sinal senoidal de 2Vpp, offset de 3V e frequência de 750Hz no canal C2. Abaixo se encontra o sinal inserido: Mantendo um canal do osciloscópio no canal C2, conectamos outro canal na saída (ponto A) e observamos o sinal abaixo:

Abaixo se encontra o sinal inserido: Mantendo um canal do osciloscópio

8 Mantendo o sinal senoidal nos canais C0, C1 e C2 inserimos um sinal senoidal de 2Vpp, offset de 3V e frequência de 1kHz no canal C3. Abaixo se encontra o sinal inserido: Mantendo um canal do osciloscópio no canal C3, conectamos outro canal na saída (ponto A) e observamos o sinal abaixo:

PROCEDIMENTO 2 Com os quatro sinais conectados na entrada, monitoramos o sinal de saída (ponto A) e o sinal de chaveamento do canal C0 (pino 13 do CI 4016).

9 PROCEDIMENTO 2 Com os quatro sinais conectados na entrada, monitoramos o sinal de saída (ponto A) e o sinal de chaveamento do canal C0 (pino 13 do CI 4016). Segue a imagem abaixo: Em seguida, aterramos o pino 1 do CI 4555 e com os quatro sinais conectados na entrada, monitoramos o sinal de saída (ponto A) e o sinal de chaveamento do canal C0 (pino 13 do CI 4016). Segue a imagem abaixo:

Observamos que após aterrar o pino 1 do CI 4555 o ciclo de trabalho do sinal de acionamento aumentou o que ocasiona um pulso maior de amostragem e a presença de mais harmônicos no sinal.

10 Observamos que após aterrar o pino 1 do CI 4555 o ciclo de trabalho do sinal de acionamento aumentou o que ocasiona um pulso maior de amostragem e a presença de mais harmônicos no sinal. Este aumento no ciclo de trabalho ocorreu porque o pino aterrado é o enable do CI 4555 e aterrando-o ele está sempre habilitado e só haverá mudança de estado quando o contador for incrementado o que ocorre em um intervalo de tempo maior do que quando o pino 1 estava conectado ao clock vindo do oscilador. PROCEDIMENTO 3 Montamos o circuito DEMUX TDM e aplicamos as tensões de alimentação especificadas, ligamos o clock dos dois circuitos (B com B) e ligamos o sinal multiplexado (A) na entrada do DEMUX (C). Observamos a entrada no DEMUX: Observamos cada canal de saída: No canal S0, não conseguimos obter o sinal de chaveamento por falhas nos circuitos integrados utilizados. No canal S1 obtivemos um sinal demodulado com a forma da figura abaixo:

11 Como era de se esperar, de acordo com a teoria de multiplexação no tempo e amostragem de sinais, precisamos aplicar um filtro LPF para recuperar o sinal transmitido. No canal S2, observamos que no seu espectro em frequência há um alargamento em torno da frequência de 750Hz, o que significa uma forte presença de sinais indesejados nesta faixa. Isto se explica pela falta de sincronismo observada entre os sinais de acionamento das chaves de entrada e de saída que possuíam uma defesagem entre si proveniente de atrasos característicos dos CI s utilizados:

12 No canal S3: Como esperávamos, para recuperar o sinal de saída é preciso projetar um LPF e coloca-lo em cada saída. No roteiro da prática existe a seguinte configuração sugerida: Apesar de termos projetado o filtro (Rf = 10k e Cf = 100nF para Fc = 10kHz) preferimos utilizar o filtro digital do próprio osciloscópio por questões de comodidade e maior controle quanto á frequência de corte.

13 No canal S1 observamos o sinal demodulado corretamente: Como explicado anteriormente, havia uma defasagem entre os sinais de chaveamento da modulação/demodulação dos canais C2/S2 o que ocasionou uma falha na sua obtenção para as frequências inicialmente esperadas, porém notamos que para frequências baixas era possível obter um sinal com frequência definida:

14 S3 CONCLUSÃO Nesta prática pudemos estudar a técnica de multiplexação por divisão no tempo e observar as dificuldades envolvidas na mesma que são relacionadas principalmente ao sincronismo entre o multiplexador e demultiplexador, pois mesmo utilizando o mesmo clock nos dois circuitos pudemos observar defasamentos relacionados a atrasos diferentes ocorridos dentro dos dispositivos semicondutores utilizados. Pudemos observar que para recuperar um sinal demultiplexado TDM a partir de suas amostras basta utilizar um filtro LPF com frequência de corte ajustada. Além disso, observamos que a complexidade do sistema tende a aumentar consideravelmente para transmissão de sinais multitom e para quantidades maiores de canais. Como um extra, pudemos verificar a validade do teorema da amostragem e este é um dos motivos de termos utilizado frequências mais baixas do que o especificado, pois no roteiro da prática eram indicadas frequências de entrada que não respeitavam o critério de Nyquist.

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