U n i v e r z i t e t u N i u E l e k t r o n s k i f a k u l t e t

Dr Dragan Deni, Goran Miljkovi

TELEMETRIJA

- skripta -

Ni, 2008.

1

Dr Dragan Deni, Goran Miljkovi T E L E M E T R I J A Izdava: Elektronski fakultet u Niu P. fah 73, 18000 Ni http://www.elfak.ni.ac.yu Glavni i odgovorni urednik: Prof. dr Zoran H. Peri Tehniki urednik: Goran Miljkovi Pretampavanje ili umnoavanje ove skripte nije dozvoljeno bez pismene dozvole izdavaa. Tira: ___ primeraka tampa: _______ , Ni

2

SADRAJ: 1. OSNOVI TELEMETRIJE 5 1.1 Uvod 5 1.2 Komunikacioni kanali 9

1.2.1 Prenosne linije 9 1.2.2 Radio frekventni prenos 11 1.2.3 Komunikacija optikim vlaknom 12

1.2.3.1 Optika vlakna 12 1.2.3.2 Izvori i detektori 14 1.2.3.3 Komunikacioni sistemi sa optikim vlaknima 15

1.3 Telemetrija osnovnog opsega 16 1.3.1 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na amplitudi 16

1.3.1.1 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na naponu 16 1.3.1.2 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na struji 16 1.3.1.3 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na poziciji 17

1.3.2 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na frekvenciji 17 1.4 Viekanalna telemetrija 17

1.4.1 Multipleksiranje sa frekvencijskom raspodelom kanala 18 1.4.1.1 Modulacija amplitude pomonog nosioca 19 1.4.1.2 Frekventna modulacija pomonog nosioca 20 1.4.1.3 Delta modulacija 21 1.4.1.4 Telemetrijski standardi za frekventno multipleksiranje 22

1.4.2 Multipleksiranje sa vremenskom raspodelom kanala (TDM) 23 1.4.2.1 Analogne modulacije pomonog nosioca kod TDM-a 24 1.4.2.2 Telemetrijski standardi impulsno kodne modulacije 26 1.4.2.3 Poreenje PCM i FM-a 28

1.4.3 Multiplekseri 29 1.4.3.1 Analogni multiplekseri 29 1.4.3.2 Digitalni multiplekseri 34 1.4.3.3 Multipleksiranje kao izvor greaka 35 1.4.3.4 Vienivovsko multipleksiranje 36

1.5 Korienje UART-a pri prenosu digitalnog signala 41 1.6 Modemi 42 1.7 Interfejs standardi 44 1.8 Kodovi za detekciju i korekciju greaka 50 2. DVOINI TRANSMITERI 52 2.1 Metode povezivanja mernih pretvaraa 52

2.1.1 Naini spajanja mernih pretvaraa sa prijemnikom signala 52 2.2 Tipovi izvora snage unutar dvoinog transmitera 56 2.3 Digitalni dvoini transmiteri 58 2.4 Prikaz nekih dvoinih transmitera i karakteristike 59

2.4.1 Dvoini izolovani transmiteri serije CB 60 2.4.1.1 CB 37 transmiter termoparova sa kompenzacijom (CJC) 61 2.4.1.2 CB 36 transmiter sa potenciometarskim ulazom 62 2.4.1.3 CB 47 transmiter sa kompenzacijom (CJC) i linearizacijom termoparova 64

2.5 XTR 101 integrisani dvoini transmiter 65 3. PRENOS MERNIH SIGNALA PUTEM ENERGETSKIH VODOVA 71 3.1 Istorijski pregled 71 3.2 Mree za distribuciju elektrine energije 71

3

3.3 Standardi 72 3.4 Uskopojasni PLC 73 3.5 irokopojasni PLC 77 3.6 PLC pristupne mree 77

3.6.1 Struktura PLC pristupnih mrea 77 3.6.2 Kune PLC mree 78 3.6.3 PLC mreni elementi 79

3.6.3.1 Osnovni mreni elementi 80 3.6.3.2 Repetitor 81 3.6.3.3 PLC kapija 82

3.6.4 Povezivanje sa bazinom mreom 83 3.7 Komunikacione tehnologije za PLC distribuirane mree 84 3.8 Topologija distribuiranih mrea 85 3.9 Upravljanje PLC pristupnim mreama 86 3.10 Srednje-naponski PLC 87 3.11 Specifini problemi performansi PLC a 88

3.11.1 Karakteristike PLC prenosnog kanala 89 3.11.2 Elektromagnetna kompatabilnost 89 3.11.3 Uticaj smetnji i ogranienja brzine prenosa podataka 90 3.11.4 Realizacija irokopojasnih PLC sistema prenosa 91 3.11.5 Poboljanje performansi efikasnim MAC slojem 91

3.12 Saetak 92 4. LAN-BAZIRANI TELEMETRIJSKI SISTEMI 94 4.1 Eternet Hardver 94

3.1.1 Mrene kartice i RJ-45 konektor 96 4.2 Eternet protokol prenosa 97 4.3 Telemetrijski sistemi bazirani na Eternetu 99

4.3.1 Telemetrijski sistemi bazirani na Eternetu sa LAN/IEEE-488 konvertorima 99 4.3.2 Telemetrijski sistemi sa LAN interfejsom 101

4.4 Internet bazirani telemetrijski sistemi i sistemi sa ugraenim web serverima 101 4.4.1 AVR460 ugraeni web server 103

5. TELEMETRIJSKI SISTEMI BAZIRANI NA RADIO-MODEMIMA 104 5.1 Osnovi radio prenosa 104 5.2 Komponente radio veze 105 5.3 Radio spektar i raspodela frekvencije 107 5.4 Radio modemi 108 5.5 Modovi rada radio modema 110 5.6 Karakteristike radio modema 111 5.7 Radiomodemi i merni sistemi 112 6. TELEMETRIJSKI SISTEMI SA GSM BAZIRANIM PRENOSOM PODATAKA 114 6.1 GSM mrea mobilne telefonije 114 6.2 GSM-bazirani prenos podataka 116

6.2.1 Mobilne stanice 116 6.2.2 Servis kratkih poruka 118 6.2.3 Servis multimedijalnih poruka 119 6.2.4 Circuit Switched Data 119 6.2.5 High-Speed Circuit Switched Data 119 6.2.6 Uopteni paketni radio servis (GPRS) 120 6.2.7 EDGE prenos 122

4

6.2.8 AT komande 123 6.3 Distribuirani merni sistemi bazirani na GSM-u 125

6.3.1 Primer mernog sistema baziranog na GSM-u 126 6.4 Merni sistemi sa SMS prenosom podataka 127 6.5 Univerzalni sistem mobilnih telekomunikacija i prenosa mernih podataka 129

6.5.1 Opte karakteristike UMTS-a 129 6.5.2 Digitalni prenos podataka 130 6.5.3 Pozicioniranje mobilne stanice u UMTS-u 131

7. PRENOS PODATAKA INFRACRVENIM ZRAENJEM 133 8. PRIMENA BLUETOOTH-a U TELEMETRIJSKIM SISTEMIMA 138 8.1 Parametri bluetooth standarda 138 8.2 Dodeljivanje kanala prenosa po bluetooth standardu 140 8.3 Komunikacija 140 8.4 Aplikacije bluetooth-a 141

8.4.1 Telemetrijski sistem za merenje temperature klipa u motoru 141 9. AKUSTINA TELEMETRIJA 145 9.1 Opis telemetrijskog sistema 145 9.2 Akustini telemetrijski modemi 148 9.3 Aplikacije telemetrijskih sistema 150

9.3.1 NUWC modem odreenog opsega 151 9.3.2 MDR 151 9.3.3 SETI VTP 152 9.3.4 Podvodni akustiki ECG telemetrijski sistem baziran na mikrokontroleru 153

10. VIRTUELNA INSTRUMENTACIJA U TELEMETRIJSKIM SISTEMIMA 156 10.1 Funkcionalni model virtuelnog instrumenta 156 10.2 Kategorije virtuelnih instrumenata 159 10.3 Osnovne komponente virtuelnih instrumenata 161

10.3.1 Raunar i displej 161 10.3.2 Softver 162 10.3.3 Magistrale za povezivanje sa raunarom 163 10.3.4 Modularni hardver 164

10.4 Poreenje virtuelnog sa klasinim instrumentom 167 11. INDUSTRIJSKI TELEMETRIJSKI SISTEMI 169 11.1 Beini senzori i senzorske mree 169 11.2 Praktini primeri telemetrijskih sistema 169

11.2.1 Sistem beinog oitavanja udaljenog merenja 169 11.2.2 Telemetrijski sistem za metereoloka merenja 172 11.2.3 Dijagnoza kvarova i odravanje elektronske opreme preko Interneta 174 11.2.4 Beini sistem za merenje naprezanja 177 11.2.5 Merenje karakteristika gume toka automobila 179 11.2.6 Telemetrijski sistemi i Internet 180

LITERATURA 184

5

1. OSNOVI TELEMETRIJE 1.1 Uvod

Telemetrija je nauka koja se bavi prikupljanjem informacija na nekoj udaljenoj lokaciji i njihovim prenosom do neke pogodne lokacije gde se one mogu snimati i analizirati. Telemetrija, kao poseban vid komunikacionog sistema, se prevashodno bavi prenosom mernih informacija (podataka). Kada se telemetrijski sistem koristi za kontrolu i sakupljanje podataka koristi se termin supervizorska kontrola i akvizicija podataka. Telemetrijski sistem se moe realizovati razliitim metodama: optikim, mehanikim, hidraulinim, elektrinim, itd.

Mehanike metode, pneumatske ili hidrauline, daju dobre rezultate na kratkim rastojanjima i u sredinama koje imaju visoki nivo elektromagnetne interferencije i u onim situacijama gde je, iz bezbedonosnih razloga, nemogue koristiti elektrine signale, kao na primer u eksplozivnim sredinama. Pneumatski prenos [1], kao to je prikazano na slici 1.1, se znatno koristi u procesnoj instrumentaciji i kontroli. Merena veliina (pritisak, nivo, temperatura, itd.) se konvertuje u pneumatski pritisak, standardni opsezi signala su 20-100 kPa izmerenog pritiska i 20-180 kPa. Vrednost donje granice opsega izmerenog pritiska obezbeuje ivu nulu za instrument, to omoguava detekciju prekida linije, laku kalibraciju i proveru intrumenta, i obezbeuje poboljani dinamiki odziv poto, kada imamo ventilaciju atmosferskim pritiskom, postoji jo uvek dovoljan pokretaki pritisak od 20 kPa. Pneumatski signali mogu biti preneeni na razdaljinama do 300m u plastinim i metalnim cevima prenika 6.25mm ili 9.5mm do pneumatskog indikatora, rikordera ili kontrolera. Povratni signali za kontrolne svrhe se prenose od kontrolera do kontrolnog elementa (kontrolni ventil). Razdaljina je ograniena brzinom odziva, koji je etiri puta sporiji sa dupliranjem razdaljine.

Pneumatski insrumenti su samosigurni i mogu se koristiti u opasnim sredinama. Oni obezbeuju zatitu od nestanka elektrine energije, poto sistemi koji imaju skladitenje vazduha ili turbinske kompresore mogu nastaviti sa merenjem i kontrolom za vreme nestanka elektrine energije. Pneumatski signali su takoe direktno povezani sa kontrolnim ventilima koji rade pneumatski i stoga ne zahtevaju elektrino/pneumatske konvertore koje inae elektrini telemetrijski sistemi zahtevaju, ali oni pak pate od oteanog povezivanja sa logerima podataka. Pneumatski prenosni sistemi zahtevaju suvo, dobro regulisano snabdevanje vazduhom. Kondenzovana vlaga u cevima pri temperaturama ispod nule ili mali vrsti zagaivai mogu da blokiraju male prolaze u pneumatskim instrumentima i da uzrokuju gubitak tanosti i otkaz.

Slika 1.1 Pneumatski prenos

Optiki sistemi bazirani na optikom vlaknu imaju irok frekventni opseg i dobar imunitet na um i interferenciju. Takoe, imamo telemetrijske sisteme bazirane na ultrazvuku, kapacitivnoj ili induktivnoj sprezi, infracrvenom zraenju, mada se ove metode ne koriste esto. Ovde emo prevashodno razmatrati telemetrijske sisteme bazirane na elektrinom signalu.

6

Prednosti elektrinih u odnosu na mehanike metode su: praktino nema ogranienja u iznosu rastojanja izmeu oblasti gde se vre merenja i oblasti

gde se obrauju rezultati, ove se metode mogu lako adaptirati, nadograivati i inflitrirati u postojeim

infrastrukturama. Razliite tehnike prenosa signala upotrebljavaju razliite delove elektromagnetnog spektra,

kao to je prikazano na slici 1.2.

Slika 1.2 Elektromagnetni spektar

Skoro sve situacije u oblasti instrumentacije i merenja su kandidati za korienje telemetrijske veze. Takoe, telemetrija se iroko koristi u vasionskim aplikacijama i to kako za daljinsko merenje razliitih fizikih promenljivih, tako i za daljinsko upravljanje pomou aktuatora. U veini aplikacija ovog tipa, kao to je i primer vasionske telemetrije, veoma je vano da se projektuju telemetrijski sistemi koji bi potronju energije sveli na minimum. Neka mobilna vozila, kao to su vozovi, takoe koriste telemetrijske sisteme, ili beine ili uz korienje postojeih energetskih vodova za prenos podataka do centralne stanice i za prijem komandi. U medicini telemetrija poveava pacijentima kvalitet ivota i njihovu mobilnost, poto pacijenti ne moraju da budu prikaeni za merni sistem radi monitoringa. Neke medicinske aplikacije su bazirane na implantaciji senzora u pacijentu i prenoenju podataka, koji e se dalje analizirati i obraivati, ili pomou radio kanala ili pomou adaptiranih telefonskih linija. Optiki senzori i komunikacije sa optikim vlaknom se koriste u industriji za merenje u okolinama gde nije poeljno imati elektrine signale, kao to su eksplozivne sredine. Projektant telemetrijskog sistema mora imati na umu uslove u kojima e sistem raditi. Obino je poeljno da telemetrijski sistemi rade u irokom temperaturnom opsegu bez estog podeavanja i kalibracije. Sa razvojem razliitih telemetrijskih sistema potrebno je odrati kompatibilnost prenosa, prijema i opreme za obradu signala u svim opsezima. Zbog toga je Ekipa sektora za odbranu i razvoj (Department of Defense Research and Development Squad) formirala Komitet za voene projektile (Guided Missiles Committee), koji je obrazovao Radnu grupu za telemetriju. Ona je kasnije postala IRIG grupa (Inter-Range Instrumentation Group) koja je razvila standarde za telemetriju. Danas, IRIG standard 106-96 je primarni standard telemetrije koji se koristi u celom svetu i od strane vlada i u industriji.

Zavisno od tipa kanala prenosa koji koriste, elektrine telemetrijske metode se dele na dve velike grupe i to one bazirane na ianom prenosu signala i one druge bazirane na beinom prenosu signala. iana telemetrija je tehniki najjednostavnije reenje. Ogranienja iane telemetrije su mala irina opsega i relativno mala brzina prenosa koju moe da podri. Sa druge strane ona esto moe da koristi ve postojeu infrastrukturu npr. primena energetskih vodova. Beina telemetrija je kompleksnija od iane telemetrije, ali uprkos tome ona je u irokoj upotrebi poto moe da prenosi informacije na vee udaljenosti; stoga, koristi se u onim aplikacijama u kojima merna zona nije normalno dostupna. Ima vee brzine prenosa i ima dovoljno kapaciteta za prenos vie kanala.

7

Na slici 1.3 data je uoptena blok ema telemetrijskog sistema [2]. On se sastoji iz: pretvaraa koji konvertuje fiziku promenljivu koja se meri u elektrini signal koji se lako

moe dalje obraivati; kola za kondicioniranje, koja slue da pojaaju signal niskog nivoa iz pretvaraa, ogranie

njegovu irinu opsega i adaptiraju nivoe impedanse; kolo za obradu signala koje ponekad moe biti integrisano u prethodnim kolima; oscilator za generisanje nosioca iji e signal biti modulisan izlaznim signalom razliitih

pretvaraa koji je prethodno obraen i adaptiran; kolo za kodiranje, koje moe biti digitalni enkoder, analogni modulator ili digitalni

modulator, koje prilagoava signal karakteristikama kanala prenosa, koji je ica ili antena; radio predajnik, kod beine telemetrije, modulisan kompozitnim signalom; impedansni linijski adapter, u sluaju ianog prenosa, da prilagodi karakteristinu

impedansu linije sa izlaznom impedansom kola povezanih na adapter; i kod beine komunikacije, emisiona antena.

Prijemnik sadri sline module. Kod beine telemetrije, ovi moduli su: prijemna antena dizajnirana za maksimalnu efikasnost u korienom RF opsegu, radio prijemnik sa demodulatorom kompatibilnim sa modulatorom i demodulaciona kola za svaki od emitovanih kanala. Za ianu telemetriju antena i radio prijemnik su zamenjeni modulom koji pojaava signal i prilagoava linijsku impedansu ulaznoj impedansi kola koje sledi.

Slika 1.3 Uoptena blok ema telemetrijskog sistema

Slika 1.4 Telemetrijski sistem

U literaturi se moe sresti malo drugaije predstavljanje telemetrijskog sistema, kao na slici 1.4. Kondicioniranje signala u obliku pojaanja i filtriranja normalizuje izlaze razliitih pretvaraa i ograniava njihove irine opsega na one raspoloive komunikacionim kanalom. Sistemi za prenos podataka mogu da koriste napon, struju, poziciju, impuls ili frekvenciju za prenoenje analognih ili digitalnih podataka. Direktni prenos analognih signala u formi napona, struje ili pozicije zahteva

8

fiziku konekciju izmeu dve take u vidu dveju ili vie ica. Multipleksiranje bilo na vremenskoj ili frekventnoj osnovi omoguava prenos vie od jednog signala preko istog kanala. U impulsnom radu podaci su kodirani po amplitudi, trajanju ili poziciji impulsa ili u digitalnom obliku. Prenos moe biti u vidu signala osnovnog opsega ili kao amplitudna, frekventna ili fazna modulacija nosioca.

Pri prenosu digitalnih signala informacioni kapacitet kanala je ogranien raspoloivom irinom opsega, nivoom snage i prisustvom uma u kanalu. enon-Hartlijeva teorema tvrdi da je informacioni kapacitet, C, u bitovima po sekundi (bps) za kanal koji ima irinu opsega B Hz i aditivni Gausovski beli um ogranienog opsega dat sa

)1(log* 2 NSBC

gde je S usrednjena snaga signala na izlazu kanala, a N je snaga uma na izlazu kanala. Ovaj kapacitet predstavlja gornju granicu na kojoj podaci mogu biti pouzdano preneti preko

pojedinanog kanala. Uopteno, poto kanal nema idealno pojaanje i faznu karakteristiku zahtevanu teoremom i takoe zato to nee biti praktian za konstruisanje pogodnog kodiranja i dekodiranja neophodnog da bi se pribliio idealnom, kapacitet kanala je znaajno ispod teorijskog ogranienja.

Ogranienje irine opsega kanala takoe utie na porast ogranienja bitske brzine pri digitalnom prenosu podataka zbog intersimbolske interferencije (ISI), pri emu odziv kanala na jedan digitalni signal smeta odzivu na sledei. Impulsni odziv kanala koji ima ogranienu irinu opsega od B Hz je prikazan na slici 1.5(a). Odziv ima nule odvojene za 1/2B s. Stoga kada je drugi impuls preneen preko kanala u trenutku 1/2B s kasnije nee biti ISI od prvog impulsa. Ovo je prikazano na slici 1.5(b). Maksimalna brzina prenosa podataka za kanal kod koga se ISI ne javlja je stoga 2B bps. Ovo je poznato kao Nikvistova brzina. Slika 1.5(c) pokazuje efekat prenosa podataka na brzinama veim od Nikvistove brzine.

Slika 1.5 (a) Impulsni odziv kanala ogranienog opsega; (b) impulsni odzivi zakanjeni za 1/2B s; (c)

impulsni odzivi zakanjeni za manje od 1/2B s. Primer telemetrijskog sistema za testiranje leta rakete je prikazan na slici 1.6 [3]. Ako je

sistem impulsno modulisani TDM, analogni podaci senzora se odmeravaju i konvertuju u binarne

9

digitalne rei, koje moduliu nosioc a zatim se emituju. Posle putovanja u prostoru, RF signal se prihvata u zemaljskom prijemniku, a binarne rei se izdvajaju iz nosioca i alju sinhronizatoru bita i frejma. Izdvojene rei iz individualnih senzora se onda raspodeljuju dekomutatorom i spremne su za obradu. Tipino, rei podataka su oznaene pomou identifikacione rei i stavljaju se na magistralu. Kompozitna re zatim ide ka odreenom perifernom ureaju preko magistrale.

Ako je FDM sistem, analogni podaci iz svakog senzora moduliu podnosioc, a podnosioci moduliu nosioc koji se emituje. Modulisani nosioc se prihvata antenom i alje prijemniku, koji vadi podnosioce iz nosioca i alje ih demultiplekseru, koji odvaja podnosioce i izdvaja analogni signal iz svakog podnosioca. Analogni signali koji predstavljaju podatke senzora su sada spremni za snimanje i obradu.

Slika 1.6 Primer telemetrijskog sistema za testiranje rakete

1.2 Komunikacioni kanali 1.2.1 Prenosni vodovi

Prenosni vodovi [1] se koriste za voenje elektromagnetnih talasa i u instrumentaciji oni obino uzimaju formu upredene parice, koaksijalnog kabla ili telefonske linije. Primarne konstante takvih vodova izraene preko njihove otpornosti, curee provodnosti, induktivnosti i kapacitivnosti su distribuirane kao na slici 1.7. Na niskim frekvencijama, uopteno ispod 100kHz, vod srednje duine moe biti predstavljen kolom prikazanim na slici 1.8, gde je RL otpornost ice i CL je kapacitivnost voda. Vod se stoga ponaa kao nisko-propusni filter. Frekventni odziv se moe proiriti optereenjem voda sa pravilno postavljenim induktivnostima.

10

Slika 1.7 Distribuirane primarne konstante prenosnog voda

Slika 1.8 Nisko frekventna aproksimacija za prenosni vod

Prenosni vodovi su okarakterisani sa tri sekundarne konstante. One su karakteristina impedansa, Z0; slabljenje, , po jedinici duine voda koje je obino izraeno u dB/jedinici duine; i fazni pomeraj, , koji se meri u radijanima/jedinica duine. Vrednosti Z0, , su povezane sa primarnim konstantama voda pomou izraza:

CjGLjRZ

0

2/122/12222225.068.8 LCRGCGLR dB/jedinica duine 2/122/122225.0 LCRGCGLR radijani/jedinica duine gde je R otpornost po jedinici duine, G je curea provodnost po jedinici duine, C je kapacitivnost po jedinici duine i L je induktivnost po jedinici duine.

Neophodno je da zavrimo prenosne vodove sa njihovom karakteristinom impedansom kako bi se izbegla refleksija ili eho signala. Amplituda refleksije za vod karakteristie impedanse Z0 zavren impedansom ZT se meri na osnovu koeficijenta refleksije, , datog sa:

0

0

ZZZZ

T

T

Upredene parice su, kao to samo ime kae, dva upredena meusobno izolovana provodnika. Provodnici su obino bakarni ili aluminijumski, a plastika se esto koristi kao izolacioni materijal. Upredanje smanjuje efekat induktivno spregnute interferencije. Tipine vrednosti primarnih konstanti za bakarnu upredenu paricu prenika 22 su R = 100/km, L = 1 mH/km, G = 10-5 S/km i C = 0.05 F/km. Na visokim frekvencijama karakteristina impedansa linije je priblino 140 . Tipine vrednosti slabljenja upredene parice su 3.4 dB/km na 100 kHz, 14 dB/km na 1 MHz i 39 dB/km na 10 MHz. Ogranienje korienja upredenih parica na visokim frekvencijama pri priblino 1 MHz se javlja ne toliko kao posledica slabljenja ve zbog presluavanja prouzrokovanog kapacitivnim spezanjem izmeu susednih upredenih parica u kablu.

Koaksijalni kablovi koji se koriste za prenos podataka na viim frekvencijama se sastoje od centralnog provodnika okruenog dielektrinim materijalom koji moe biti bilo polietilen bilo vazduh. Konstrukcija ovakvog kabla je prikazana na slici 1.9. Spoljanji provodnik je vrsti ili opleteni plat oko dielektrika. U sluaju da je vazduh dielektrik centralni provodnik je poduprt sa polietilenskim podmetaima smetenim uniformno du linije. Spoljanji provodnik je obino pokriven izolacionom kouljicom. Gubitak na visokim frekvencijama u koaksijalnom kablu je usled skin efekta, koji uzrokuje da struja u centralnom provodniku tee blizu njegove povrine i stoga poveava otpornost provodnika. Ovakvi kablovi imaju karakteristinu impedansu izmeu 50 i 75 .

11

Tipino slabljenje u koaksijalnom kablu prenika 0.61 cm je 8 dB/100 m na 100 MHz i 25 dB/100m na 1 GHz.

Slika 1.9 Koaksijalni kabl

Meumesni telefonski kablovi koji spajaju korisnike sadre sveanj upredenih provodnih parica. Provodnici su izolovani papirom ili polietilenom, upredanje se koristi da bi se smanjilo presluavanje izmeu susednih provodnikih parova. Sveanj upredenih kablova je oklopljen plastikom, a celom kablu je data mehanika snaga povezivanjem sa elinom icom ili trakom koja je i sama oklopljena plastikom. Na audio frekvencijama impedansa kabla je okarakterisana njenom kapacitivnou i otpornou. Ovo dovodi do slabljenja koje je frekvencijski zavisno i takoe izaziva distorziju kanjenja faze, poto se signali razliitih frekvencija ne prenose kablom istom brzinom. Prema tome impuls preneen kablom daje signal koji nije samo oslabljen (vano u glasovnoj i analognoj komunikaciji), ve koji je takoe i fazno oteen (vano pri prenosu digitalnog signala). Stepen distorzije faznog kanjenja se meri grupnim kanjenjem d/d. irina opsega telefonskog kabla je ograniena na niskim frekvencijama korienjem a.c. pojaavaa u repetitorskim stanicama koji se koriste za pojaavanje signala du linije. Optereenje se koristi za poboljanje amplitudskog odziva linije na visokim frekvencijama. Ono je u obliku koncentrisane induktivnosti koja popravlja karakteristiku slabljenja linije. Vod i dalje unosi znaajnu distorziju faznog kanjenja i znaajno slabljenje na visokim frekvencijama. Frekventni opseg telefonske linije koji se moe iskoristiti je izmeu 300 Hz i 3 kHz. Slika 1.10 pokazuje tipine distorzije amplitude i faze ili grupnog kanjenja koje se odnose na 800 Hz za tipino zakupljene linije i linije na kojoj je primenjena ekvalizacija ili kondicioniranje.

Slika 1.10 Pojaanje i distorzija kanjenja na telefonskim linijama

Da bi pouzdano preneli digitalnu informaciju, prenosna oprema mora da se suoi sa gubicima prenosa koji mogu biti oko 30 dB; ogranienom irinom opsega uzrokovanom gubicima pri prenosu koji variraju sa frekvencijom; varijacijama grupnog kanjenja sa frekvencijom; eho uzrokovan neslaganjem impedanse i hibridnim presluavanjem i umom koji moe biti ili Gausov ili impulsni um uzrokovan impulsima biranja, komutacionom opremom ili udarom groma. Stoga, moe se videti da priroda telefonskih linija uzrokuje posebne probleme pri prenosu digitalnih podataka. Ureaji poznati kao modemi (MOdulatori/DEModulatori) se koriste za prenos digitalnih podataka preko telefonskih linija. 1.2.2 Radio frekventni prenos

Radio frekventni (rf) prenos se dosta koristi i u civilnoj i u vojnoj telemetriji i moe se vriti na frekvencijama od 3Hz (to se odnosi na veoma niske frekvencije (VLF)) do 300GHz (to se odnosi na ekstremno visoke frekvencije (EHF)). Prenos signala se vri prostiranjem talasa du linije

12

vidljivosti, difrakcijom talasa od zemlje ili povrina, jonosferskom refleksijom ili progresivnim rasturanjem (rasejanjem). Prenos telemetrijskih ili signala podataka se obino vri kao amplitudna, fazna ili frekventna modulacija nekog rf nosioca. Elementi rf telemetrijskog sistema su prikazani na slici 1.11.

Slika 1.11 RF telemetrijski sistem

Dodela frekventnih opsega se vri shodno meunarodnom dogovoru Meunarodne telekomunikacione unije za radio regulativu u enevi. Ove regulative su dogovorene 1959 i revidirane 1979 (HMSO 1980). U Velikoj Britaniji Odeljenje za radio regulativu Ministarstva trgovine odobrava opremu i izdaje licence za korisnike radio telemetrijskih linkova. U SAD-u, Federalna komisija za komunikacije (FCC) slui istoj svrsi. U drugim zemljama, postoje analogne kancelarije. Za telemetriju i telekontrolu opte namene i male snage postoje etiri opsega koja se mogu koristiti. Oni su 0-185 kHz i 240-315 kHz, 173.2-173.35 MHz i 458.5-458.8 MHz. Za privatne sisteme velike snage dodeljene frekvencije su u UHF opsegu 450-470 MHz.

Za medicinsku i bioloku telemetriju postoje tri klase opreme. Klasa I su ureaji male snage koji rade izmeu 300 kHz i 30 MHz potpuno smeteni unutar tela ljudi i ivotinja. Klasa II je irokopojasna oprema koja radi u opsegu 104.6-105 MHz. Klasa III opreme je uskopojasna oprema koja radi u istom frekvencijskom opsegu kao i oprema klase II. 1.2.3 Komunikacija optikim vlaknom

Sa stalnom tendencijom porasta, u sistemima za prenos podataka sve se vie koriste optika vlakna pri prenosu podataka. Kao prenosni medijum, kablovi sa optikim vlaknima pruaju sledee prednosti:

1. Oni su imuni na elektromagnetne smetnje. 2. Podaci se mogu prenositi na mnogo viim frekvencijama i sa manjim gubicima nego kod

upredenih parica ili kod koaksijalnih kablova. Optika vlakna se mogu koristiti za multipleksiranje velikog broja signala du jednog kabla sa velikim razdaljinama izmeu repetitorskih stanica.

3. Oni mogu obezbediti poveanu sigurnost kada rade u opasnim sredinama. 4. Problem petlje uzemljenja moe biti smanjen. 5. Poto je signal ogranien u vlaknu totalnom internom refleksijom na spoju izmeu vlakna i

kouljice, linkovi realizovani optikim vlaknom obezbeuju visok stepen bezbednosti podataka i malo presluavanje izmeu vlakana.

6. Materijal za vlakna je manje hemijski osetljiv nego slini sistemi na bazi bakra, i vlakna mogu imati mehanike osobine koje e omoguiti smanjene zahteve za odravanjem nego kod ekvivalentne upredene parice ili koaksijalnog kabla.

7. Kabl sa optikim vlaknom moe ponuditi i prednosti u teini i veliini u odnosu na bakarne sisteme.

1.2.3.1 Optika vlakna

Elementi samog optikog vlakna, kao to je prikazano na slici 1.12 su jezgro, kouljica i

spoljani omota. Materijal jezgra je ili plastika ili staklo. Kouljica je od materijala iji je indeks refleksije manji od indeksa refleksije jezgra. Totalna unutranja refleksija na spoju jezgro/kouljica usmerava svetlo da putuje unutar jezgra. Vlakna sa plastinim jezgrom takoe imaju plastinu kouljicu. Ovakva vlakna pokazuju velike gubitke, ali se iroko koriste za prenos na kratke razdaljine. Viekomponentna stakla koja sadre nekoliko oksida se koriste za sve sem za vlakna sa

13

najmanjim gubicima, koja su obino napravljena od istog silicijuma. U vlaknima sa malim ili srednjim gubicima stakleno jezgro je okrueno sa staklenom ili plastinom kouljicom. Spoljanji omota je elastian, otporan na nagrizanje obino plastini materijal koji uveava mehaniku snagu vlakna i obezbeuje mehaniku izolaciju od geometrijskih neregularnosti, distorzija ili hrapavosti susednih povrina koje mogu inae uzrokovati gubitke usled rasejanja kada je vlakno ugraeno u kablove ili podrano drugim strukturama.

Slika 1.12 Elementi optikog vlakna

Numeriki otvor (NA) vlakna je mera maksimalnog ugla jezgra kako bi se svetlosni zraci reflektovali ka vlaknu totalnom unutranjom refleksijom.

Po Snelovom zakonu 2221sin NA gde je 1 indeks refleksije materijala jezgra i 2 indeks refleksije materijala kouljice.

Vlakno ima NA u opsegu od 0.15-0.4, to odgovara ukupnim prijemnim uglovima izmeu 16 i 46 stepeni. Vlakno sa veim NA vrednostima uopteno daje vee gubitke i manje irine opsega.

Propagacija svetlosti u vlaknu je opisana Maksvelovim jednainama, njihovo reenje daje skup ogranienih elektromagnetnih talasa zvanih modovi vlakna. Samo diskretni broj modova se moe prostirati vlaknom, odreen partikularnim reenjima Maksvelovih jednaina dobijenih kada su primenjeni granini uslovi koji odgovaraju pojedinanom vlaknu. Slika 1.13 pokazuje propagaciju kroz tri tipa vlakana. Viemodna vlakna veeg prenika jezgra su ili vlakna sa step indeksom ili vlakna sa gradiranim indeksom. U vlaknu sa step indeksom postoji korak promene u indeksu prelamanja na spoju jezgro/kouljica. Indeks prelamanja kod vlakna sa gradiranim indeksom varira kroz jezgro vlakna. Monomodna vlakna imaju mali prenik jezgra, koji doputa da svetlost putuje du samo jedne putanje u vlaknu.

Slika 1.13 Prostiranje du vlakana

Vei prenik jezgra viemodnog vlakna olakava dovoenje optike energije unutar vlakna i olakava povezivanje slinih vlakana. Energija moe biti ubaena unutar ovakvog vlakna korienjem LED dioda (dioda koje emituju svetlost), dok monomodna vlakna moraju biti pobuena laserskom diodom.

Intermodalna disperzija se javlja u viemodnim vlaknima zato to svaki od modova u vlaknu putuje neznatno razliitom brzinom. Optiki impuls ubaen unutar vlakna ima svoju energiju distribuiranu izmeu svih svojih moguih modova i stoga kako on putuje dalje vlaknom disperzija ima efekat u vidu irenja impulsa ka van. Disperzija stoga stvara ogranienja irine opsega vlakna.

14

To je specificirano u MHz*km. U vlaknima sa gradiranim indeksom efekat intermodalne disperzije je smanjen od onoga kod vlakana sa step indeksom zato to gradiranje savija razliite mogue svetlosne zrake du putanja nominalno jednakog kanjenja. Nema intermodalne disperzije u monomodnom vlaknu i stoga se koriste za sisteme najveeg kapaciteta. Ogranienje irine opsega vlakna sa step indeksom i sa plastinom zatitnom prevlakom je tipino 6-25 MHz*km. Upotrebom vlakna sa gradiranim indeksom i sa plastinom zatitnom prevlakom moe se uveati do opsega od 200-400 MHz*km. Za monomodna vlakna ogranienje irine opsega je tipino 500-1500Mhz*km.

Slabljenje unutar vlakna, koje je mereno u dB/km, dolazi kao posledica absorpcije, rasturanja i gubitaka izraene optike energije. Absorpcija je uzrokovana absorpcijom od atoma neistoa u jezgru i absorpcijom od osnovnih konstitutivnih elemenata materijala jezgra. Jedna neistoa koja je posebno vana je OH (voda) jon i za materijale sa malo gubitaka to je kontrolisano koncentracijom manjom od 1 ppb. Gubici rasturanja dolaze kao posledica mikroskopskih varijacija u gustini materijala ili sastavu i za strukturne nepravilnosti ili defekte uvedene tokom proizvodnje. Gubici zraenja dolaze svaki put kad se optiko vlakno prekomerno savije.

Slabljenje je funkcija optike duine talasa. Slika 1.14 pokazuje tipina slabljenja u odnosu na karakteristike talasne duine plastinog i monomodnog staklenog vlakna. Na 0.8 m slabljenje plastinog vlakna je 350 dB/km, a kod staklenog vlakna priblino 1 dB/km. Minimalno slabljenje staklenog vlakna je 0.2 dB/km na 1.55 m. Slika 1.15 pokazuje konstrukciju optikog kabla male i srednje irine impulsa signala.

Slika 1.14 Karakteristike slabljenja optikih vlakana

Slika 1.15 Optiki kablovi sa malom i srednjom irinom impulsa signala

1.2.3.2 Izvori i detektori

Izvori korieni za prenos optikim vlaknom su LED diode i poluprovodnike laserske diode. LED diode su sposobne da poalju snagu izmeu 0.1 i 10 mW unutar vlakna. Takvi ureaji imaju maksimum emitovane frekvencije u blizini infracrvenog podruja, tipino izmeu 0.8 i 1.0 m. Slika 1.16 pokazuje tipian spektralni izlaz LED diode. Ogranienja u brzinama prenosa pri korienju LED dioda se javljaju kao posledica vremena porasta, tipino izmeu 2 i 10 ns, i hromatske disperzije. Ovo se javlja poto indeks refleksije materijala jezgra varira sa optikom talasnom duinom i stoga razliite spektralne komponente datog moda putuju razliitim brzinama.

Poluprovodnike laserske diode mogu obezbediti znaajno veu snagu, posebno sa impulsima male irine, sa izlazima tipino u opsegu od 1 do 100 mW. Zato to se spreu sa vlaknom efikasnije, one nude veu efikasnost prelaska elektrine u optiku energiju nego LED diode. Laserske diode imaju znatno ui spektar u poreenju sa LED diodama, tipino 2 nm ili

15

manji, kao na slici 1.17. Hromatska disperzija je stoga manja za laserske diode, koje takoe imaju krae vreme porasta, tipino 1 ns.

Slika 1.16 Spektralni izlaz LED diode Slika 1.17 Spektralni izlaz laserske diode

Za digitalni prenos ispod 50 Mbps LED dioda zahteva manje sloena drajverska kola nego laserska dioda i ne zahteva termiku stabilizaciju ili stabilizaciju optike energije.

I p-i-n diode i lavinske fotodiode se koriste pri detekciji optikog signala u prijemniku. U oblasti 0.8-0.9 m silicijum je glavni materijal koji se koristi u proizvodnji ovih ureaja. p-i-n dioda ima tipinu osetljivost od 0.65 A/W na 0.8 m. Lavinske fotodiode upotreljavaju lavinski efekat da obezbede strujno pojaanje i stoga veu osetljivost detektora. Lavinsko pojaanje moe biti 100, mada pojaanje stvara dodatni um. Osetljivost fotodetektora i prijemnog sistema je odreena umom fotodetektora koji se javlja kao posledica statistike prirode proizvodnje fotoelektrona, kao i zapreminske i povrinske struje, zajedno sa termikim umom u otporniku detektora i pojaavaa. Za p-i-n diode termiki um otpornika i pojaavaa dominira, dok kod lavinske fotodiode um detektora dominira.

Slika 1.18 prikazuje LED diodu i p-i-n diodni detektor za upotrebu u sistemima sa optikim vlaknima.

Slika 1.18 LED dioda i p-i-n diodni detektor za upotrebu u sistemima sa optikim vlaknima

1.2.3.3 Komunikacioni sistemi sa optikim vlaknima

Slika 1.19 Komunikacioni sistem sa optikim vlaknom

Slika 1.19 pokazuje kompletan komunikacioni sistem sa optikim vlaknom. U dizajnu ovakvog sistema neophodno je izraunati dodatne gubitke sistema usled raznih ometanja da bi sistem radio korienjem minimalnog izlaznog fluksa predajnika i minimalne ulazne osetljivosti prijemnika. Kao dodatak gubitaka u samom kablu, izvori gubitaka javljaju se na spojevima izmeu predajnika i kabla, i kabla i prijemnika; na spojevima izmeu kablova; i u takama gde je kabl spojen. Gubici na tim spojevima javljaju se kao posledica refleksija, razlika u preniku vlakna, NA, i centriranja vlakna. Usmereni kapleri i zvezdaste spojnice takoe uveavaju gubitke.

16

1.3 Telemetrija osnovnog opsega Telemetrija osnovnog opsega koristi ianu liniju za prenos signala od pretvaraa do prijemnika posle njegovog procesiranja i kondicioniranja. Kratko e biti obraeni telemetrijski sistemi bazirani na amplitudi i na frekvenciji. 1.3.1 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na amplitudi 1.3.1.1 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na naponu

Slika 1.20(a) pokazuje jednostavni telemetrijski sistem baziran na naponu. Signal iz pretvaraa se pojaava, normalno na naponski nivo izmeu 1 i 15V, a zatim alje preko linije koja sadri dve ice prijemniku. Podeavanjem donjeg kraja skale na 1V, ovaj sistem moe detektovati kratke spojeve. Glavni problem ove konfiguracije je ogranienje razdaljine prenosa, koja zavisi od otpornosti linije i ulazne otpornosti prijemnika. Takoe, ice formiraju petlju koja je veoma osetljiva na intereferenciju od strane parazitnih signala. 1.3.1.2 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na struji Ogranienje razdaljine prenosa sistema baziranog na naponu zbog impedanse linije je reeno korienjem strujnog signala umesto naponskog, kao to je pokazano na slici 1.20(b). Ovo zahteva dodatni modul za konverziju od napona na struju posle kola za obradu signala. Na prijemnoj strani, signal se detektuje merenjem napona na otporniku. Najee korieni sistem u industriji je petlja 4-20mA. Ovo znai da se 0V prenosi kao 4mA, dok se najvea vrednost napona prenosi kao struja od 20mA. Prednost prenosa 4mA za 0V je laka detekcija otvorenog kola u petlji (0mA). Druge standardne vrednosti struje su 0-5, 0-20, 10-50, 1-5 i 2-10mA. Takoe, padovi napona zbog otpora ica ne utiu na prenoeni signal, to omoguuje korienje tanjih ica. Poto je ovo strujni mod, parazitni naponi indukovani na liniji ne utiu na signal. Telemetrija bazirana na struji omoguuje upotrebu uzemljenih ili plivajuih predajnika sa malim modifikacijama.

Slika 1.20 Razliite konfiguracije za telemetriju osnovnog opsega. Kod telemetrije osnovnog opsega bazirane na naponu (a) informacija se prenosi kao varijacija naponskog signala. Telemetrija osnovnog opsega bazirana na struji (b) se bazira na slanju strujnog signala umesto naponskog signala da bi se neutralizovala degradacija signala usled razdelnika napona koga ine ulazna impedansa prijemnika (Zin) i impedansa linije (ZL). Kod telemetrije osnovnog opsega bazirane na frekvenciji (c), informacija se prenosi kao varijacija frekvencije to ini ovaj sistem imunim na um i interferenciju koji utiu na amplitudu prenoenog signala.

17

1.3.1.3 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na poziciji

Telemetrija bazirana na prenosu pozicije prenosi analognu promenljivu reprodukcijom u prijemniku pozicione informacije dostupne u predajniku. Takvi ureaji upotrebljavaju tehnike nulovanja sa otpornim ili induktivnim elementima za ostvarivanje pozicione telemetrije. Slika 1.21 pokazuje induktivnu "sinhronizaciju".

Slika 1.21 Poziciona telemetrija koja koristi induktivnu "sinhronizaciju"

Naizmenino napajanje primenjeno u predajniku indukuje u tri statorska namotaja elektromotorne sile, ije amplitude su zavisne od pozicije rotora predajnika. Ako je rotor prijemnika usmeren u istom smeru kao i rotor predajnika onda e elektromotorna sila indukovana u statorskim namotajima prijemnika biti ista onoj u statorskim namotajima predajnika. Tu stoga nee biti rezultantnih krunih struja. Ako rotor prijemnika nije usmeren u istom smeru kao rotor predajnika krune struje u statorskim namotajima bie takve da e generisati obrtni moment koji e pomeriti rotor prijemnika u takvom smeru kako bi se pozicionirao kao rotor predajnika. 1.3.2 Telemetrija osnovnog opsega bazirana na frekvenciji

Poznato je da prenos na bazi frekvencije ima vei imunitet na um od prenosa na bazi amplitude. Telemetrija na bazi frekvencije, prikazana na slici 1.20(c), koristi se u prisustvu induktivnih ili kapacitivnih smetnji zbog njenog imuniteta na um. Takoe nudi mogunost izolovanja prijemnika od predajnika. Signal na izlazu kondicionerskih kola modifikuje frekvenciju telemetrijskog signala, normalno korienjem konvertora napona u frekvenciju. U prijemniku, konvertor frekvencije u napon vri suprotnu funkciju. Specijalan sluaj telemetrije na bazi frekvencije je impulsna telemetrija, kod koje modulacioni signal menja neke karakteristike niza impulsa. Zbog njegove vanosti i iroke upotrebe, impulsna telemetrija e biti detaljnije obraena.

SENZOR 1

SENZOR 2

SENZOR 3

KOLO ZAKONDICIONIRANJE

1

KOLO ZAKONDICIONIRANJE

3

KOLO ZAKONDICIONIRANJE

2MULTIPLEKSER

&MODULATOR

KANALDEMULTIPLEKSER

&DEMODULATOR

...... ...

Slika 1.22 Kod telemetrije sa vie mernih kanala zajedniki kanal prenosa se koristi za prenos signala sa

razliitih mernih kanala korienjem razliitih ema deljenja kanala 1.4 Viekanalna telemetrija

Veina industrijskih procesa u kojima se koristi telemetrija zahteva merenje razliitih fizikih promenjivih za kontrolisanje procesa, merenje samo jedne fizike promenljive na razliitim lokacijama i normalno kombinacija obeju. U ovim viekanalnim merenjima, telemetrija osnovnog opsega nije opcija, poto bi zahtevala izgradnju razliitog sistema za svaki kanal. Viekanalna telemetrija se ostvaruje deljenjem zajednikog kanala za prenos kao to je prikazano na slici 1.22. Deljenje kanala za prenos od strane svih mernih kanala je nazvano multipleksiranje. Postoje dve

18

osnovne tehnike multipleksiranja; FDM (Multipleksiranje sa frekvencijskom raspodelom kanala) i TDM (Multipleksiranje sa vremenskom raspodelom kanala). Kod FDM tehnike, razliiti kanali su dodeljeni razliitim spektralnim opsezima i kompozitni signal se prenosi preko komunikacionog kanala. U TDM tehnici, informacije sa razliitih kanala se prenose sekvencijalno kroz komunikacioni kanal. 1.4.1 Multipleksiranje sa frekvencijskom raspodelom kanala U FDM-u, prikazanom na slici 1.23(a) svaki merni kanal modulie sinusoidni signal razliite frekvencije. Ovi sinusni signali se nazivaju pomonim nosiocima. Svaki od modulisanih signala se filtrira kroz nisko propusni filtar da bi se osiguralo da su granice irine opsega odraene. Posle faze filtriranja, svi modulisani signali se dovode u blok za sumiranje, proizvodei ono to je poznato kao signal osnovnog opsega. Signal osnovnog opsega ovde pokazuje da finalni nosilac nije jo modulisan. Spektar signala osnovnog opsega je prikazan na slici 1.23(b) gde je mogue videti kako je spektar signala svakog mernog kanala dodeljen sopstvenoj frekvenciji.

Slika 1.23 Razliiti kanali u jednom FDM sistemu (a) su raspodeljeni na razliitim frekvencijama nosioca stvarajui kompozitni signal prikazan na slici (b) koji kasnije modulie RF frekvenciju shodno korienom kanalu prenosa. Zatitni opsezi slue radi izbegavanja intermodulacije i presluavanja

Ovaj kompozitni signal najzad modulie nosioc ija frekvencija zavisi od medija prenosa koji se koristi. Signal se najzad dovodi u icu za prenos (slino TV - kablovskim sistemima) ili, jo ee, u antenu u sluaju beinih telemetrijskih sistema. Kod beine telemetrije, frekvencija nosioca se ne moe birati svojevoljno, ve se bira u skladu sa meunarodnim dogovorima o korienju elektromagnetnog spektra. U SAD - u, Federalna komisija za komunikacije (FCC) je telo koje regulie dodelu frekvenciju za njihovo namensko korienje. Tabela 1.1 je samo radi informisanja i nije sveobuhvatni vodi za telemetrijske frekvencije. Da bi se nale dozvoljene telemetrijske frekvencije za specifine aplikacije, maksimalno dozvoljena snaga i druga ogranienja, italac treba da se konsultuje sa odgovarajuim FCC dokumentima. Dodeljivanje opsega je proces koji je podloan promenama. Na primer, u oktobru 1997. FCC je dodelio neke od opsega TV kanala za telemetriju pacijenata u bolnicama, sa ogranienom snagom. FCC objavljuje sve promene koje utiu na frekventne opsege ili na druge tehnike karakteristike za telemetriju.

Na prijemnoj strani, demodulator nosioca detektuje i obnavlja kompozitni signal osnovnog opsega. Sledei korak je da odvoji svaki pomoni nosioc, dovoenjem signala u banku paralelno povezanih filtara propusnika opsega. Svaki kanal se dalje demodulie, obnavljanjem informacije iz pretvaraa. Glavni praktini problem FDM sistema je presluavanje izmeu kanala. Presluavanje se javlja zbog nelinearnosti elektronskih ureaja, koje se javlja kada signal jednog kanala delimino modulie drugi pomoni nosioc pored onog koji je dodeljen tom kanalu. Presluavanje takoe

19

nastaje kada se preklapa spektar dva susedna kanala. Da bi se izbegao ovaj efekat, pomoni nosioci se trebaju izabrati tako da postoji razmak (zatitni opseg) izmeu spektara dvaju signala koji se granie. Poveanjem zatitnog opsega mogunost presluavanja se smanjuje, ali se i efektivna irina opsega takoe poveava. Efektivna irina opsega je jednaka zbiru irine opsega svih kanala plus zbir svih zatitnih opsega. Tabela 1.1 Frekventni opsezi dodeljeni za telemetriju

Frekventni opseg, MHz Koristi Zapaanja

72-76 Biotelemetrija Ureaji male snage: ogranieno takom 15 FCC pravila 88-108 Edukacioni etiri frekvencije u ovom opsegu: taka 90 FCC pravila

154 Industrijski Opseg TV kanala 7-13 174-216 Biotelemetrija Operacije male snage, ogranieno za bolnice 216-222 Vie njih BW

20

Ovo se odraava kroz neefikasno korienje spektra. Drugo, analiza snage za svaku od komponenata na slici 1.24 pokazuje da se najmanje pedeset procenata emitovane snage koristi pri prenoenju pomonog nosioca, koji je nezavisan od mernog signala, poto ne sadri nijednu informaciju. Preostala snaga se deli izmeu dva bona opsega, to se odraava na maksimalnu efikasnost koja je teoretski mogua da se postigne ispod 25 %. Trei glavni problem AM - a je mogunost prekomerne modulacije koja se javlja kada je m>l. Kada se signal jednom prekomerno modulie, nije mogue oporaviti modulisani signal pomou jednostavnih kola koja se iroko koriste za AM telemetrijski prenos.

Ogranienja modulacije AM pomonog nosioca mogu se prevazii korienjem efikasnih tehnika modulacije kao to su dvostruki boni opseg (DSB), jedan boni opseg (SSB) i kompatibilni jedan boni opseg (CSSB), to su takoe razmatrane AM tehnike. Meutim, sloenost ovih modulacionih sistema i cena povezana sa sistemima koje su u stanju da obnove signale pomonih nosioca modulisane na ovaj nain ine da se oni ne koriste u veini komercijalnih telemetrijskih sistema. Veina sistema koji su na raspolaganju i koji koriste AM tehnike pomonog nosioca, koriste tradicionalni AM koji je opisan ovde, jer njegova jednostavnost prevazilazi mogue probleme njegovog korienja.

Slika 1.24 Dobijeni spektar posle amplitudske modulacije signala pod (a). Rezultujui spektar duplira

potrebnu irinu opsega, dok je samo 0.25 od ukupne snage iskorieno za prenoenje eljene informacije 1.4.1.2 Frekventna modulacija pomonog nosioca

FM (ili PM) je daleko najee koriena modulacija pomonog nosioca u FDM telemetrijskim sistemima. Ove ugaone modulacije su nelinearne, nasuprot AM-u. Ugaona modulacija se moe izraziti kao:

ttAtV c cos gde je (t) moduliui signal, tj. signal iz pretvaraa posle kondicioniranja. Tada je mogue da se izrauna vrednost trenutne frekvencije kao: tdtdttdtdF cc /2//2/1

Ova jednaina pokazuje kako se modulie signal V(t) po frekvenciji. Mogu se analizirati dva parametra koji se izvode iz prethodne jednaine: frekventna devijacija i indeks modulacije. Frekventna devijacija (fm) je maksimalno odstupanje trenutne frekvencije od frekvencije nosioca. Indeks modulacije () je maksimalno fazno pomeranje. Sledee jednaine pokazuju kako su ovi parametri u vezi. Vrednost trenutne frekvencije (f) je: tfftF mmcmmc coscos2/2/ Maksimalna frekventna devijacija f je data sa: mff Zato, moe se napisati jednaina za frekventno modulisani signal kao: tfftAtV mmc sin/cos

21

Prethodna jednaina pokazuje da trenutna frekvencija lei u opsegu fc f. Meutim, ne znai da sve komponente spektra lee u ovom opsegu. Spektar jednog ugaono modulisanog signala ne moe se napisati kao jednostavna jednaina. U najjednostavnijim sluajevima, kada je modulacioni signal sinusni signal, praktino pravilo kae da irina opsega FM signala je dva puta vea od zbira maksimalne frekventne devijacije i moduliue frekvencije. Poto modulacione signale obino formiraju merni sistemi, irina opsega zavisi od indeksa modulacije; tj. poto je irina opsega dodeljena za svaki kanal ograniena, indeks modulacije e takoe bili ogranien. 1.4.1.3 Delta modulacija

Delta modulacija (slika 1.25), koja moe da se klasifikuje kao kombinacija digitalnih i analognih tehnika, je metoda prenosa promena analognog signala. Ona je varijacija servo metode A/D konverzije u kojoj drugi obostrani broja na prijemniku prati broja predajnika. Preneeni signal se sastoji od pozitivnih impulsa za brojanje navie i negativnih impulsa za brojanje nanie. Poto je maksimalna brzina promene ograniena na jedan najmanje vaan bit po periodi takta, vreme odziva (brzina odziva) je ogranieno. To najvie odgovara analognim signalima koji zahtevaju visoku tanost prenosa, ali se ne menjaju brzo u vremenu.

Slika 1.25 Blok dijagram metode delta modulacije

U praksi se moe javiti neko pomeranje (odstupanje) centralne frekvencije predajnika ili prijemnika, tako da se nula DC izlaza pomera slino. Visoko frekventni telemetrijski sistemi su najosetljiviji na drift poto je devijacija frekvencije relativno uzana i zato to dostupna kola FM detektora visoke frekvencije (preko 1 MHz) imaju sistematsku greku DC izlaza koja nije konstantna. Ovi problemi su mnogo manje ozbiljniji kod niih frekencija (ispod 10 do 100kHz) i zato u ovom opsegu telemetrijski sistemi malog drifta sa DC odzivom mogu biti realizovani bez potekoa. Za primene gde DC signal mora da bude preneen preko visoko frekventne veze (a digitalna tehnika je neodgovarajua) esto se koristi dualna modulacija (FM-FM) (slika 1.26). U ovom sluaju FM signal sa niskom centralnom frekvencijom, na primer, f0 = 2.0 kHz sa odstupanjem od 0.4 kHz, modulie signal visoke frekvencije, na primer, f = 100 MHz sa odstupanjem od 0.2 MHz. Izlaz visokofrekventnog FM detektora (centralne frekvencije f0) je jedan AC signal audio frekvencije (1.6 do 2.4 kHz u ovom primeru); DC nivo je nevaan. Onda se ovaj signal alje u niskofrekventni detektor (centralne frekvencije f0 = 2.0 kHz) za zahtevani DC izlaz. Iako se ovo ini sloenim, ovu tehniku je zapravo mnogo lake implementirati sa takvim standardnim ureajima kao to je PLL nego jedan FM detektor koji ima drift koji se teko kontrolie. Opis FM telemetrijskih sistema moe stoga biti podeljen na dva dela, visokofrekventni FM predajnik i prijemnik za AC signale i niskofrekventni FM modulator i demodulator za DC (i niskofrekventne AC) signale.

Slika 1.26 Blok dijagram FM/FM telemetrijskog sistema

Jednostavan visokofrekventni telemetrijski sistem za kratka rastojanja (10 do 100 m) je lako sastavljen od iroko dostupnih komponenata (slika 1.27). Koristi kolpicov oscilator sa modulatorom

22

na bazi naponski kontrolisanog kondenzatora koji se podeava na standardni FM radio. Standardni FM radio prijemnik demodulie visoko frekvencijski signal u audio signal. Ako se zahteva konverzija u analogni signal, druga demodulacija (FM ili impulsno irinska) se moe koristiti.

Slika 1.27 Jednostavni 100-MHz sistem: kolpicov predajnik i FM prijemnik

Sa razvojem digitalne tehnologije uoeni su neki nedostaci analogne tehnologije u telemetriji i ire. Glavni nedostatak kod primene analogne tehnike je povean uticaj smetnji na korisne signale i njihovo teko otklanjanje, dok je kod digitalnih uticaj smetnji znatno manje izraen i lake se otklanja.

1.4.1.4 Telemetrijski standardi za frekventno multipleksiranje

IRIG Standard 106-96 se najee koristi za vojnu i komercijalnu telemetriju, akviziciju podataka, sisteme za snimanje. Tu se prepoznaju dve vrste formata za FM u FDM sistemima: modulacija proporcijalne irine opsega (PBW) i modulacija konstantne irine opsega (CBW). On takoe omoguava kombinaciju PBW i CBW kanala. Kod PBW, irina opsega za kanal je proporcionalna frekvenciji pomonog nosioca. Ovaj standard prepoznaje tri klase odstupanja pomonog nosioca: 7.5, 15 i 30%. Postoje 25 PBW kanala sa frekventnim odstupanjem od 7.5% oznaenih od 1 - 25. Najnii kanal ima centralnu frekvenciju od 400 Hz, to znai da je nie-frekventno odstupanje 370 Hz, a vie-frekventno odstupanje 430 Hz. Najvii kanal (kanal 25) ima centralnu frekvenciju od 560 MHz (odstupanje od 518 MHz do 602 MHz). Centralne frekvencije su odabrane tako da je odnos izmeu gornje granice odstupanja za dati kanal i donje granice odstupanja za sledei kanal oko 1.2. Postoje 12 PBW kanala sa frekventnom devijacijom od 15%, oznaenih kao A,B,...L. Centralna frekvencija za najnii kanal je 22 MHz (odstupanje od 18.7 MHz do 25.3 MHz), dok je centralna frekvencija za najvii kanal 560 MHz (odstupanje od 476 MHz do 644 MHz), dok je odnos centralnih frekvencija susednih kanala oko 1.3. Postoje takoe 12 PBW kanala za frekventnu devijaciju od 30%, oznaenih sa AA, BB, ... do LL. Centralna frekvencija za ove kanale je ista kao i za devijaciju 15%. Tabela 1.2 Karakteristike kanala konstantne irine opsega (CBW) za FDM

Oznaka kanala

Devijacija frekvencije,

kHz

Centralna frekvencija

najnieg kanala, kHz

Centralna frekvencija

navieg kanala, kHz

Broj kanala

Odvajanje izmeu

kanala, kHz

A 2 8 176 22 8 B 4 16 352 22 16 C 8 32 704 22 32 D 16 64 1408 22 64 E 32 128 2816 22 128 F 64 256 3840 15 256 G 128 512 3584 7 512 H 256 1024 3072 4 1024 CBW kanali dre irinu opsega konstantnom i nezavisnom od nosioca frekvencije. Postoje

osam moguih maksimalnih frekventnih odstupanja pomonog nosioca obeleenim sa A (za

23

odstupanje od 2 KHz) do H (za odstupanje od 256 KHz). Frekvencija odstupanja se udvostruuje od jedne grupe do sledee. Postoje dvadeset i dva kanala ija je centralna frekvencija u opsegu od 8 - 176 KHz. Odvajanje izmeu susednih kanala je konstantno od 8 KHz. Tabela 1.2 pokazuje zbirne karakteristike CBW kanala.

IRIG Standard 106-96 daje u svom dodatku kriterijume za korienje FDM standarda. On se fokusira na ogranienja, veinom zavisnih od korienog hardvera i na trgovini performansi kao to je tanost podataka za irinu opsega podataka koja se moe zahtevati pri izgradnji sistema. Stepen devijacije pomonog nosioca odreuje SNR za jedan kanal. SNR varira tri - polovine snage odnosa devijacije pomonog nosioca. S druge strane, broj kanala pomonog nosioca koji se moe iskoristiti istovremeno na modulisanom RF nosiocu je ogranien irinom opsega kanala RF nosioca kao i posmatranjem SNR - a. Kada je data ograniena irina opsega RF poto je dodato vie kanala u FDM sistemu neophodno je smanjiti stepen devijacije za svaki kanal to smanjuje SNR za svaki kanal. Tada je veoma vano da se izrauna prihvatljiv kompromis izmeu broja kanala pomonih nosioca i prihvatljivih vrednosti SNR. Opta jednaina koja moe da se koristi za procenu performansi termikog uma FM / FM kanala je sledea:

(S/N)d = (S/N)c(3/4)l/2(Bc/Fud)(fdc/fS)(fds/Fud) gde (S/N)d predstavlja SNR na izlazu diskriminatora, (S/N)c predstavlja SNR prijemnika, Bc je irina opsega meufrekvencije prijemnika, Fud je izlazni filter diskriminatora pomonog nosioca (za -3 dB), fg je centralna frekvencija pomonog nosioca, fdc je vrna devijacija za posmatrani pomoni nosioc i fds je vrna devijacija pomonog nosioca.

Shodno Standardu, FM/FM kompozitni FDM signal koji je upotrebljen za modulaciju RF nosioca moe biti CBW, PBW ili kombinacija oba formata, sa jedinim ogranienjem da zatitni opsezi izmeu kanala upotrebljeni u miksovanom formatu su jednaki ili vei od zatitnih opsega za iste kanale u nemiksovanom formatu.

1.4.2 Multipleksiranje sa vremenskom raspodelom kanala (TDM)

TDM je tehnika prenosa koja deli vreme na razliite slotove i dodeljuje po jedan slot svakom mernom kanalu. U TDM - u cela irina opsega prenosa je u potpunosti dodeljena svakom mernom kanalu u toku odreenog vremenskog intervala. Poto se signali iz mernih kanala filtriraju niskofrekventnim filtrom, oni se sekvencijalno odabiraju pomou digitalnog prekidaa koji odabira sve merne kanale u toku periode T koje odgovara Nikvistovom kriterijumu. Slika 1.28(a) prikazuje osnovnu blok emu jednog TDM sistema. Izlaz odabiraa je povorka AM impulsa koja sadri pojedinane uzorke za kanale periodino frejmovane, kao to je prikazano na slici 1.28(b). Konano, kompozitni signal modulie RF nosilac. Set uzoraka sa svakog od ulaznih kanala se zove frejm. Za M mernih kanala, perioda izmeu dva uzastopna impulsa je Ts/M=l/Mfs, gde je Ts perioda odabiranja. Vremenski period izmeu dva uzorka iz istog kanala je Ts. Na prijemnom kraju, razdvajanjem digitalnih signala na razliite kanale pomou sinhronizovanog demultipleksera i niskofrekventnim filtriranjem, mogue je povratiti prvobitni signal za svaki merni kanal.

TDM sistemi imaju prednosti u odnosu na FDM sisteme. Prvo FDM zahteva modulatore i demodulatore pomonog nosioca za svaki kanal, a kod TDM-a se zahteva samo jedan multiplekser i demultiplekser. Drugo, TDM signali su otporni na izvore greaka koji proizvode meanje signala kod FDM - a: neidealno filtriranje i unakrsna modulacija usled nelinearnosti. Kod TDM - a razdvajanje izmeu kanala zavisi od sistema za odabiranje. Meutim, poto je u praksi nemogue proizvesti idealno pravougaone impulse, njihova vremena porasta i opadanja su razliita od nule. Zbog toga je neophodno obezbediti zatitno vreme izmeu impulsa, slino zatitnom opsegu kod FDM sistema. Presluavanje (meanje signala) kod TDM - a se moe lako proraunati ako se pretpostavi da slabljenje impulsa eksponencijalno zavisi od vremenske konstante :

=1/2 gde je = 3dB, irina opsega kanala. Presluavanje izmeu kanala (k) moe se aproksimirati pomou:

k=-54.5Tg (dB)

24

gde je Tg minimalna vremenska odvojenost izmeu kanala koja se zove zatitno vreme. esta pojava kod mernih sistema se javlja kada M signala koje treba meriti imaju veoma

razliite brzine. Brzina odabiranja kanala je odreena najbrim signalom, pa je prema tome potreban multiplekser sa M ulaza sposoban da radi sa signalima koji su na toj frekvenciji odabiranja. Zgodno reenje je dovoenje nekoliko sporih signala u jedan multiplekser, a onda kombinovanje njegovog izlaza sa brzim signalom u drugom multiplekseru.

Slika 1.28 TDM sistemi (a) su bazirani na sekvencijalnom odmeravanju M razliitih kanala pri frekvenciji odmeravanja fS i slanju informacija za svaki kanal sekvencijalno (b). Kod TDM, sinhronizacija izmeu predajnika i prijemnika je kritina za rekonstrukciju odmeravanog signala. LPF je niskopropusni filter.

Slika 1.29 Razliite analogne modulacione eme koriene kod TDM. Varijacije amplitude signala x(t) se prenose kao varijacije amplitude impulsa (PAM), promene vremena trajanja impulsa (PDM) ili promene relativne pozicije impulsa (PPM). U svim sluajevima, nivo 0 se prenosi impulsom ija amplituda (A0), trajanje (0) ili relativna pozicija (0) je razliita od 0.

1.4.2.1 Analogne modulacije pomonog nosioca kod TDM-a

Kod analogne modulacije pomonih nosilaca signal koji se javlja posle multipleksiranja i

procesa odabiranja modulie povorku impulsa. Najee koriene metode za analognu modulaciju pomonih nosilaca su impulsna amplitudna modulacija (PAM), impulsno - irinska modulacija (PDM) i impulsno poloajna modulacija (PPM). Slika 1.29 pokazuje ove tri eme modulacije, gde

25

su impulsi prikazani pravougaono zbog jednostavnosti. Kod analogne modulacije, parametar koji se modulie (amplituda, trajanje) se menja proporcionalno amplitudi odabranog signala. Meutim, kod PAM i PDM vrednosti imaju odreeni ofset tako da i kada je vrednost uzorka nula, amplituda impulsa ili irina impulsa su razliite od nule. Razlog za postojanje ovog ofseta je da se brzina povorke impulsa odri stalnom, to je veoma vano za svrhe sinhronizacije. Najee karakteristike razliitih ema analogne modulacije impulsa kod TDM su: 1) spektar modulisanog signala sa velikim sadrajem niskih frekvencija, naroito bliskih frekvenciji odabiranja; 2) potreba da se izbegne preklapanje izmeu uzastopnih impulsa da bi se sauvali parametri modulacije; i 3) mogunost rekonstrukcije originalnih uzoraka iz modulisanih signala pomou niskofrekventnog filtriranja nakon demultipleksiranja. Smanjenje uma zavisi od irine opsega modulisanog signala i predstavlja osnovni kriterijum pri projektovanju.

Impulsna amplitudna modulacija (PAM)

PAM talasni oblici se sastoje od unipolarnih, nepravougaonih impulsa ije su amplitude proporcionalne vrednostima uzoraka. Indeks modulacije se moe odrediti korienjem slinog kriterijuma kao kod analogne AM. Slino, kod PAM indeks modulacije je ogranien na vrednosti manjoj od 1.

Impulsno - irinska modulacija (PDM)

PDM se sastoji od unipolarnih, pravougaonih impulsa ija trajanja ili irine zavise od vrednosti uzoraka. Period izmeu centara dva uzastopna impulsa je konstantan. Analiza rezultujueg spektra pokazuje da je mogue rekonstruisati uzorke pomou niskofrekventnog filtriranja.

Impulsno - poloajna modulacija (PPM)

PPM je usko povezana sa PDM modulacijom s obzirom da se PPM moe generisati iz PDM - a. Kod PPM informacija je sadrana na vremenskim lokacijama impulsa pre nego u samim impulsima. Zato je mogue prenositi veoma uske impulse da bi se smanjila potrebna energija; ovo smanjenje potrebne energije za prenos je najvanija prednost PPM-a.

Slika 1.30 Blok dijagram osnovnog PCM linka u telemetriji

Impulsno kodna modulacija (PCM) za TDM

Sve prethodno analizirane eme modulacije pomonih nosilaca u telemetrijskim sistemima

se baziraju na analognom signalu koji modulie ili analogni nosilac ili povorku impulsa. PCM je drugaija: to je digitalna modulacija kod koje je merni signal predstavljen pomou grupe kodiranih digitalnih impulsa. Dve varijacije PCM - a koje se takoe esto koriste su delta modulacija (DM) i diferencijalna impulsno - kodna modulacija (DPCM). Kod ema analogne modulacije, modulacioni signal iz mernog pretvaraa moe uzeti bilo koju vrednost unutar granica. Ako um izmeni moduliui signal nemogue je odrediti njegovu pravu vrednost. Umesto toga, ukoliko nisu dozvoljene sve vrednosti u moduliuem signalu i ako je razmak izmeu dozvoljenih nivoa vei od oekivanih vrednosti uma, onda je mogue odluiti koje su vrednosti bile poslate preko predajnika. Ova otpornost na um ini PCM sisteme jednom od prioritetnih alternativa u telemetriji. Slika 1.30 prikazuje osnovne elemente PCM telemetrijskog sistema. PCM enkoder (ili PCM komutator) konvertuje ulazne podatke u serijski format podataka pogodan za prenos linijama pomou beinih

26

tehnika. Na prijemnom kraju, PCM dekoder (ili PCM dekomutator) konvertuje serijske podatke ponovo u pojedinane izlazne signale podataka. PCM sistemi prenose podatke kao serijski niz digitalnih rei. PCM enkoder odabira ulazne podatke i ubacuje rei podataka u PCM frejm. Reima se dodeljuju specifine lokacije u PCM frejmu tako da dekoder moe da regenerie uzorke podataka koji odgovaraju svakom ulaznom signalu. Najjednostavniji PCM frejm se sastoji od frejma sinhronizacione rei praenog nizom rei podataka. Frejm se kontinualno ponavlja da bi se obezbedili novi uzorci podataka kako se ulazni podaci menjaju. Sinhronizacioni frejm omoguava PCM dekoderu da lako locira poetak svakog frejma.

1.4.2.2 Telemetrijski standardi impulsno kodne modulacije

IRIG standard 106-96 takoe definie karakteristike PCM (Impulsno-kodna modulacija) prenosa za svrhe telemetrije, a naroito, strukturu povorke impulsa i karakteristike projektovanja (dizajna) sistema. PCM formati se dele u dve klase za potrebe Standarda: klasu I i klasu II. Jednostavniji tipovi su klase I, dok su mnogo kompleksniji tipovi klase II. Neke od karakteristika sistema klase II su, izmeu ostalog, brzine prenosa 5 Mbit/s, duine rei 16 bita i vie, fragmentirane rei, neravnomerno rasporeena podkomutacija, promene formata, formati oznaenih podataka, asinhroni prenos podataka i stapanje (spajanje) razliitih tipova formata, izmeu ostalog. Tabela 1.3 daje kratki pregled relevantnih PCM specifikacija. Tabela 1.3 Pregled najrelevantnijih PCM specifikacija u skladu sa IRIG 106-96 standardom

Specifikacija Klasa I Klasa II

Podrani format klase Klasa I (jednostavni formati) podrana u svim opsezima Klasa II (kompleksni formati) zahteva konkurentnost ukljuenih opsega

Primarno predstavljanje bitova (PCM kodovi)

NRZ-L, NRZ-M, NRZ-S, RNRZ-L, Bi-L, Bi-M, Bi-S

Isto kao klasa I

Bitska brzina 10 bps do 5 Mbps 10 bps do >5 Mbps Tanost i stabilnost bitske brzine 0.1% Ista kao klasa I

Diter bita 0.1 bit Isti kao klasa I Numerisanje bitova MSB = broj bita 1 Isto kao klasa I Duina rei 4 do 16 bita 4 do 64 bita

Fragmentisane rei Nije dozvoljeno Do 8 segmenata svaka; svi segmenti u istom niem frejmu

Duina nieg frejma

27

najmanje 10 bita/s. Ako je brzina prenosa iznad 5 Mbit/s, PCM sistem se klasifikuje kao klasa II. to se tie formata rei, Standard definie fiksni format koji se ne menja u toku prenosa to se odnosi na strukturu frejma, poloaj ili duinu rei, komutacionu sekvencu, interval odabiranja ili listu merenja. Pojedinane rei mogu da imaju duine koje variraju od 4 bita do ne vie od 16 bitova u klasi I i ne vie od 64 bita u klasi II. Fragmentisane rei, definisane kao podeljene u ne vie od osam segmenata i postavljene na razliitim lokacijama unutar sporednog frejma, nisu dozvoljene u klasi I. Svi segmenti rei korieni za formiranje rei podataka su vezani za granice jednog nieg frejma. Struktura frejma dozvoljena standardima za PCM telemetriju specificira da su podaci formatirani unutar fiksnih duina frejma i da sadre fiksni broj bit intervala jednakog trajanja. Nii frejm je definisan kao struktura podataka u vremenskoj sekvenci od poetka sinhronizacionog polja nieg frejma do poetka sledeeg sinhronizacionog polja. Duina nieg frejma je broj bit intervala od poetka sinhronizacionog polja frejma do poetka sledeeg sinhronizacionog polja. Maksimalna duina nieg frejma nee prei 8192 bita niti 1024 rei u klasi I i nee prei 16384 bita u klasi II. Nii frejmovi se sastoje od sinhronizacionog polja, rei podataka i od sinhronizacionih rei podfrejma ako se one koriste. Standard dozvoljava upotrebu rei razliitih duina ako su one multipleksirane u jedan nii frejm. Slika 1.32 prikazuje grafiko predstavljanje PCM frejm strukture. Glavni frejmovi sadre odreeni broj niih frejmova, od kojih se zahteva da sadre jedan uzorak od svakog parametra u formatu. Njihova duina se definie kao duina nieg frejma pomnoena brojem niih frejmova koje sadri glavni frejm. Maksimalni broj niih frejmova po glavnom frejmu je ogranien na 256.

Slika 1.31 Razliiti PCM kodovi. Svi nii nivoi kod NRZ koriste vrednost razliitu od nule. Kod bifaznih kodova informacija je smetena u prelazima, a ne u nivoima. Kod NRZ-L, 1 je predstavljena najviim nivoom, dok je 0 predstavljena niim nivoom. Kod NRZ-M, 1 je predstavljena promenom nivoa, dok je 0 predstavljena nepromenom nivoa. Kod NRZ-S, 1 je predstavljena nepromenom nivoa, dok je 0 predstavljena promenom nivoa. Kod Bi-L, 1 je predstavljena prelazom na nii nivo, dok je 0 predstavljena prelazom na vii nivo. Kod Bi-M, 1 je predstavljena nepromenom nivoa na poetku bitskog perioda, dok je 0 predstavljena promenom nivoa na poetku bitskog perioda. Kod Bi-S, 1 je predstavljena promenom nivoa na poetku bitskog perioda, dok je 0 predstavljena nepromenom nivoa na poetku bitskog perioda.

Dodatak C u IRIG Standardu 106-96 daje preporuke za maksimalnu efikasnost prenosa kod PCM telemetrije. irina opsega meurekvencije (IF) za prijemnike PCM telemetrijskih podataka treba biti tako izabrana da je 90 do 99% snage preneenog spektra unutar 3-dB irine opsega prijemnika. Meufrekvencija (IF) takoe utie na verovatnou bitske greke (BEP) prema sledeoj jednaini za NRZ - L PCM/FM:

)(5.0 SNRkeBEP gde je: SNR - odnos signal/um,

k - 0.7 za IF irinu opsega jednaku bitskoj brzini

28

k - 0.65 za IF irinu opsega jednaku 1.2 puta bitska brzina k - 0.55 za IF irinu opsega jednaku 1.5 puta bitska brzina Druge tehnike kodiranja podataka i modulacije imaju razliite zavisnosti BEP od SNR

performansi, ali u svakom sluaju i one e imati sline tenje.

Slika 1.32 Struktura PCM frejma. Maksimalna duina nieg frejma je 8192 bita ili 512 za klasu I i 16384 bita za klasu II. Glavni frejm sadri N Z rei, gde je Z broj rei u maksimalnom podfrejmu, a N je broj rei u niem frejmu. Bez obzira na svoju duinu, sinhronizacija nieg frejma se posmatra kao jedna re. W je pozicija rei u niem frejmu, dok je S pozicija rei u podfrejmu.

Standard takoe specificira preporueni ablon sinhronizacionog polja frejma za optu primenu kod PCM telemetrije. Postoje razliite duine za sinhronizacione ablone, ali je u svima njima 111 prva sekvenca bita koja se prenosi. abloni za duine 16 do 30 su izabrani da bi se minimizirala verovatnoa pogrene sinhronizacije du itavog dela preklapanja ablona prilikom sinhronizacije frejma zemaljske stanice. Spektralna gustina (S) za NRZ i Bi kodove je:

NRZ kodovi fTfTS /][sin 2 Bifazni kodovi 44 2//2/sin fTfTS Proraun spektralnih gustina dozvoljava odreivanje BEP za prethodne tipove kodova tako

to se pretpostavi idealna bit sinhronizacija. Ovi prorauni pokazuju da se za isti SNR, najnii BEP postie za NRZ - L i Bi kodove, a zatim slede NRZ - M, NRZ - S i BIF - M, BIF - S i konano za sluajne NRZ - L kodove (RNRZ - L).

Telemetrijski podaci se najee snimaju na magnetnu traku zbog daljih analiza. Kada se snimaju podaci vano je osigurati da magnetofon obezbeuje dovoljan frekventni odziv (osetljivost na frekvenciju) da bi sauvao i reprodukovao PCM signal. Korisna pravila za proraun maksimalnih brzina prenosa za razliite PCM kodove specificiraju da je za NRZ i RNRZ kodove maksimalna bitska brzina 1.4 puta frekventni odziv magnetofona dok je za sve bifazne kodove maksimalna brzina 0.7 puta odziv magnetofona. Da bi se ograniila irina opsega prenosa koji stvara PCM, jer je to digitalni signal sa otrim prelazima, signal se obino proputa kroz predmodulacioni filter pre nego to se dovede na ulaz predajnika. Granina uestanost filtra moe se izraunati kao 0.7 puta PCM bitska brzina za NRZ i RNRZ kodove i 1.4 puta PCM bitska brzina za sve bifazne kodove.

1.4.2.3 Poreenje PCM i FM-a

Kad god se podaci prenose iz jedne take u drugu, pitanje je koji od dva koristiti: analogni (FM) ili digitalni (PCM) prenosni sistem. Starija instalaciona oprema moe postati meta za modernizaciju, u tom sluaju konverzija iz FM u PCM moe dati znaajna unapreenja performansi i smanjenje trokova. Ne postoji formula za poreenje ove dve tehnike zato to postoji mnogo aspekata za poreenje. Ipak ih je mogue razlikovati po njihovim glavnim osobinama.

Jedna od glavnih razlika je zahtevana tanost sistema. Ako podatak mora biti taan vie od 1%, obino se bira PCM.

29

Ako je ukljuen veliki broj kanala PCM takoe ima prednost, uglavnom u broju kanala. Jedan FM sistem od nekoliko stotina kanala moe biti dosta veliki. Ipak jedan od promenljivih faktora moe biti frekvencija podataka koja e biti odreena. Visoka frekvencija kanala podataka zahteva vilji period uzorkovanja. U ekstremnim sluajevima, nekoliko takvih kanala mogu apsorbovati ceo kapacitet PCM sistema koji u drugom ureenju moe uzorkovati mnogo vie niih brzina ili srednje- brzinskih kanala. Rukovanje sa vie kanala sa promenljivim podacima, npr. konstantna granina irina FM sistema je mogu odgovor.

PCM ima prednost nad FM-om kada je nia snaga signala, a imamo um u prenosnom linku. Ovo je zbog toga to prijemna oprema moe detektovati postojanje ili nepostojanje visine ili oblika impulsa. Kada je snaga signala dovoljno niska, nivo odluke je ist od uma, dodatna snaga signala poveava "marginu sigurnosti" sa malo uticaja na kvalitet signala.

Zato to PCM metod predstavlja analogni signal u digitalnom obliku, to je dobro prilagoenje za direktan rad sa digitalnom procesnom opremom.

ak i tada signal moe biti dobijen vremenskim multipleksom, a prenoen je frekventnom modulacijom. Npr. razmatrajmo "PAM/FM sistem. Ovo znai da je PAM izlaz komutatora iskorien da frekventno modulie direktno predajnik. Jedan primer je "PAM/FM/FM" sistem. Ovo znai da PAM signal modulie jedan FM nii nosioc. Obino se signal koristi da frekventno modulie predajnik. Rezultujui sistem je "hibridni" koji kombinuje vremensko i frekventno multipleksiranje. 1.4.3 Multiplekseri 1.4.3.1 Analogni multiplekseri

Analogni multiplekser omoguava izbor kanala i prenos analognih signala od mernih sistema do kola za digitalnu konverziju, pri emu se dobija na utedi u broju primenjenih kablova i kolima za obradu mernog signala.

Uproena blok ema multipleksera prikazana je na slici 1.33. Kao to je prikazano na slici 1.33 kontrolna logika predstavlja jedan dekoder adresa pri emu to moe biti elektronski blok ili blok za automatsko upravljanje prekidaima. Na ovaj nain timing (vremenski) ulaz omoguava rad sa kontrolnim vremenskim signalima ime se vri automatsko upravljanje prekidaima. Prekidai se u ovom nainu rada mogu ukljuivati redom od 1 do n, a mogue je i zadavanje posebne sekvence prema kojoj e se vriti ukljuivanje prekidaa. Na osnovu ovog razlikuju se sledei naini rada multipleksera: sekvencijalno, sa sluajnim pristupom i runo. Kod sekvencijalnog naina rada multipleksera na ulazu u kontrolnu logiku imamo sekvencu koja nam kae kada koji prekida moe biti ukljuen. Sekvenca predstavlja neki vremenski signal koji se ponavlja u vremenu, a moe biti i obian broja koji broji od 1 do n. Multiplekser mora imati logiku koja obezbeuje ukljuivanje prekidaa. Nain rada sa sluajnim pristupom podrazumeva da svaki kanal ima svoju adresu i ako je nain rada sa sluajnim pristupom imamo adresno upravljanje prekidaima, to govori da postoji odreeni program za to. Poslednji reim rada multipleksera podrazumeva da se ukljuivanje prekidaa vri runo, pri emu se kontrolor nalazi u dispeerskom centru (kontrolna soba) i ukljuivanje odreenih mernih kanala se vri preko dostupnih prekidaa. Na slici 1.33 kolo za pobudu ine drajveri.

ANALOGNIPREKIDA^I

POBUDNAKOLA

KONTROLNALOGIKA

1IZLAZ

TIMING

ULAZ SA SLU^AJNIMPRISTUPOM

1

1

nn

n

.... . .

Slika 1.33 Uproena blok ema multipleksera

30

Prema nivou prenoenih multipleksiranih signala, razlikuju se multiplekseri niskog (do 1V) i visokog nivoa (preko 1V). Multiplekseri niskog nivoa prenose signale vrednosti napona u opsegu od 0 do 1V i neto su manje tanosti, dok muliplekseri visokog nivoa rade sa signalima reda preko 10V i odlikuju se znatno veom tanou reda 0,1%. Nedostatak ovog tipa multipleksera je neophodnost primene pojaavaa neposredno ispred multipleksera, za svaki kanal ponaosob.

Unutar multipleksera mogu da se koriste nekoliko razliitih vrsti prekidaa. Prva reenja analognog multipleksera bila su zasnovana na korienju mehanikih prekidaa, najee rid relea (reed relay), pri emu je ovaj tip prekidaa zadrao svoju primenu i u savremenim sistemima kod kojih se ne zahteva velika brzina odabiranja (do 100 Hz) i kod kojih se trae velike izolacione otpornosti. Konkretno za rid-relejne prekidae tipine vrednosti otpornosti prekidaa u otvorenom stanju su reda 1012, dok su u zatvorenom stanju ove otpornosti reda 10150m.

Brzine prenosa multipleksera koji koriste ovu vrstu prekidaa kreu se u opsegu od 200-500 kanala/sec. Frekvencije kojima se upravlja radom ovih prekidaa su reda do 500Hz. Loa strana ovih prekidaa je postojanje uma koji traje 50S nakon zatvaranja prekidaa. Moe se zakljuiti da multiplekseri sa relejima unose manju greku nego multiplekseri sa poluprovodnikim prekidaima, posebno za sluaj analognih signala vrlo malih nivoa. Meutim, ako se uzmu u obzir zahtevane brzine prenosa i drugi funkcionalni zahtevi, kod savremenih akvizicionih sistema releji su u velikoj meri ustupili mesto poluprovodnikim prekidaima. Najee korieni prekidaki elementi u realizaciji savremenih analognih multiplekserskih kola su tranzistori sa efektom polja koji se prave u tehnologiji CMOS ili JFET. Bipolarni tranzistori se sve manje primenjuju u realizaciji prekidaa kod multipleksera zbog problema vezanih za ofset. Ono ime se odlikuju prekidai sa JFET tranzistorima jeste velika robusnost, dok su brzine prekidanja priblino iste brzini rada CMOS prekidaa. Zahvaljujui odlinim prekidakim karakteristikama i irokom opsegu napona koji se prekida, a moe ii do vrednosti napona napajanja kola, u realizaciji analognih multipleksera najvie se koriste CMOS prekidai. Paralelnim povezivanjem tranzistora p i n kanala ostvarena je stabilna vrednost otpornosti ukljuenog prekidaa reda 100. Povezivanjem CMOS analognog prekidaa na stepen za razdvajanje koji ima visoku ulaznu impedansu, eliminie se greka u prenosu signala.

Danas najvie korieni analogni multiplekseri su CMOS prekidaka kola, ija je struktura prikazana na slici 1.34. CMOS drajver kontrolie gejtove paralelno povezanih P-kanalnog i N-kanalnog MOSFET-a. Oba prekidaa se zajedno ukljuuju u paralelnoj vezi dajui relativno istu otpornost ukljuivanja za zahtevani analogni ulazni naponski opseg. Brzina ukljuivanja prekidaa je stotinak kHz. Otpornosti ovog tipa prekidaa u otvorenom stanju su manje nego kod relejnih prekidaa i reda se oko 109, dok se otpornost zatvorenog prekidaa kree u opsegu od 50 do 100, i menja se pod uticajem promene spoljanje temperature, to je vrlo loa osobina ovih prekidaa. Nedostatak ovih prekidaa, posebno pri viim temperaturama, je i pojava parazitnih struja curenja reda nA.

ULAZ

N P

IZLAZ

IODEKODER

Slika 1.34 Analogno CMOS prekidako kolo

Na slici 1.35 je prikazan CMOS transmisioni (prenosni) gejt. Napon signala (ulazni i izlazni) mora biti izmeu VDD i VSS sa primenjenim 4016 gejtom. Ako je VSS uzemljen, signali uvek moraju biti pozitivni. To je uobiajeni sluaj kod digitalnih signala. Ako analogni signali oba polariteta treba da se prekinu, neophodan je dvostruki izvor za napajanje, na primer VDD=+5V i

31

VSS=-5V. Kontrolni signali takoe moraju biti izmeu VDD i VSS za 4016 gejt, a nezgodno je to su obino digitalni signali pozitivni (od 0 do VDD). U tom sluaju se zahtevaju posebni interfejs drajveri (slika 1.36). Meutim, kod mnogih drugih analognih prekidaa (AH0014) ne zahteva se primena ovog tipa drajvera.

100 - 600

a) b)

Ulazi

Izlaz

Kontrolna linija

v1v

v

v

1

4

3

vc(1)

v2V0 v0

+VDD

-VSS

vc(2)

v3vc(3)

v4vc(4)

Ron

Slika 1.35 Prenosni gejtovi: (a) etvorokanalni CMOS gejtovi (b) ekvivalentna kola

22k

10k

39k

Analogni ulaz Analogni izlaz

(Kontrolni ulaz,TTL level)

v0viVDD

VSS

( )-VSVS

-

VS+

-5V-

( V )+ S+5V

+1V0

+vc vc'

4016 or 406614

330214

Slika 1.36 Dvostruko napajajui CMOS 4016 prekida sa drajverom na logikom nivou

U tabeli 1.4 date su osnovne karakteristike tri tipa prekidaa koji se najee koriste za realizaciju multipleksera. Tabela 1.4 Karakteristike prekidaa kod multipleksera

Karakteristike prekidaa kod multipleksera Tip prekidaa Otpornost zatvorenog

prekidaa Slabljenje otvorenog

prekidaa Brzina

CMOS 100 70dB 1MHz JFET 50 70dB 1MHz

Rid rele 0,1 90dB 250Hz Analogni multiplekseri su kola koja vre podelu vremena A/D konvertora zavisno od broja

razliitih analognih kanala. Kako je A/D konvertor u mnogim sluajevima najskuplja komponenta u akvizicionom sistemu podataka, multipleksiranje analognih ulaza do ulaza A/D konvertora je jedan ekonomian pristup. Kao to je prikazano na slici 1.37, jedan analogni multiplekser se sastoji od

32

grupe paralelno vezanih elektronskih prekidaa vezanih za zajedniku izlaznu liniju. U odreenom trenutku ukljuen je samo jedan prekida. Popularne konfiguracije prekidaa ukljuuju 4, 8 i 16 kanala koji su povezani u jednostruku (single-ended) ili dvostruku (diferencijalnu) konfiguraciju.

Multiplekser takoe sadri kolo drajver-dekoder koje dekodira ulaznu binarnu re i prosleuje je na odgovarajui prekida. Ovo kolo je povezano pomou standardnih TTL ulaza i upravlja prekidaima multipleksera pogodnom kontrolom napona. Za osmokanalni analogni multiplekser koji je prikazan na slici 1.37 upotrebljeno je one-of-eight dekodersko kolo.

+

-

A1 A2 A3

Rs

RIN

POJAAVA

ENABLE

DRAJVERDEKODER

ULA

ZNI K

AN

ALI

ADRESE KANALA

Vs

1

2

3

4

5

6

7

8A1 A2 A3ULAZ KANALx00001111

x00110011

x01010101

011111111

NONE12345678

Slika 1.37 Kolo analognog multipleksera

Kao to je ve reeno, osnovna prednost u primeni multipleksera je uteda u broju kablova pri prenosu signala na vee daljine. Analogni multiplekser sastoji se od vie analognih prekidaa koji se sekvencijalno ukljuuju pomou binarnog dvolinijskog ili etvorolinijskog brojaa i dekodera, kao to je prikazano na slici 1.38. Kompozitni (zajedniki) signal se prenosi du linija, pri emu se mogu koristiti signal pojaavai i linijski drajveri. Za sluaj najee primenjivanih bidirekcionih prekidaa, kolo demultipleksera na prijemnoj strani identino je sa predajnim kolom multipleksera. Kondenzatori zadravaju napon za vreme izmeu semplovanja (uzorkovanja). Ovaj metod je identian kao onaj primenjeni u track-and-hold kolu. Izlaz prati pojedine ulazne signale u stepwise formi (slika 1.39).

v

v

v

v

1

2

3

4

v'

v'

v'

v'

1

2

3

4

vL

Binarnibroja

Linija podataka

Clock ( )f1CK

CK1234

A B

C

Linija podataka

42 u 4 linijski

dekoder2 u 4 linijski

dekoder

3 2 1 4321

+-

++

--

+-

+-

+-

Slika 1.38 etvorokanalni multiplekser i demultiplekser

Brzina semplovanja (uzorkovanja) signala mora biti uporediva sa brzinom promene signala. Saglasno Nyquist-ovoj teoremi o semplovanju (uzorkovanju), frekvencija semplovanja (uzorkovanja) fS mora biti najmanje dvostruko vea od frekvencije signala. Potrebno je samo neznatno da bude vea od frekvencije signala ako su na izlazu primenjeni sharp-cut-off Butterworth filtri vieg reda. Meutim, sa primenjenim jednostavnim kapacitivnim filtrom, fS mora biti za jedan ili dva reda veliine vee od osnovne frekvencije semplovanog signala.

33

Sinhronizacija prenosa, odnosno rada multipleksera na predaji i demultipleksera na prijemu moe najjednostavnije biti izvedena povezivanjem pojedinanih dekodera (selektora podataka) na isti binarni broja, kao to je prikazano na slici 1.38. Dodatne linije mogu biti izbegnute korienjem posebnih clock-ova sa skoro identinim frekvencijama fS i fS na predajnoj i prijemnoj strani. U ovom primeru postoji mali stepen u multipleksiranju zbog toga to je broj linija koje teku od strane multipleksera (od predajnika) do strane demultipleksera (do prijemnika) samo umanjen od 4 na 3. Sa veim brojem kanala zahteva se znaajnija uteda u linijama, ali da bi to bilo izvodljivo poeljno je izvriti redukciju linija za odabiranje podataka.

Multiplekseri primenjeni u akvizicionim sistemima imaju i dodatnu ulogu utede u broju elektronskih kola, obzirom da omoguavaju primenu samo jednog A/D konvertora za vie mernih kanala, a u sluaju mikroprocesorskih sistema i zajedniku obradu signala sa vie mernih kanala.

1 2 3 4

v1 2v v3 v4

vs1 vs2 vs3 vs4

v'1 v'2 v'3 v'4

vL

Slika 1.39 Oblika signala kod etvorokanalnog multipleksera i demultipleksera

Kod analognog multipleksera moe biti primenjen prekida sa tzv. leteim kondenzatorom. Ovo kolo predstavljeno kao jednostruki kanal na slici 1.40, ima diferencijalne ulaze i obino se koristi sa visokim common-mode naponima. Kondenzator se najpre vezuje za diferencijalni analogni ulaz, puni do vrednosti ulaznog napona i onda prebacuje do diferencijalnog izlaza koji ide do visoke ulazne impedanse instrumentacionog pojaavaa. Diferencijalni signal se zahvaljujui tome prenosi do ulaza pojaavaa bez prisustva common-mode napona i onda se nadalje procesira do A/D konverzije.

34

Cvs

vcommon modeRG

IZLAZ

INSTRUMENTACIONIPOJAAVA

Slika 1.40 Prekida multipleksera sa leteim kondenzatorom

1.4.3.2 Digitalni multiplekseri

esto je neophodno uzorkovati logika stanja razliitih promenljivih jedno nakon drugog i proslediti ih do odgovarajueg izlaza. U takvim sluajevima koristi se multiplekser prikazan na slici 1.41. Zavisno od stanja n-bitnih adresnih ulaza za selekciju podataka, izlaz se spaja sa jednim od ulaza.

012

N-1

NULAZA

S

S

En-bitna adresa

Slika 1.41 Digitalni multiplekser

Kolo prikazano na slici 1.42. konstruisano je tako da kada je enable ulaz na logikoj jedinici, izlaz se vezuje sa ulazom iji indeks predstavlja binarni broj definisan preko dve promenljive za odabir podataka E i F.

X0E

F

X1E

F

X2E F

X3E

E

F

S

IZLAZ

Slika 1.42 Multiplekser sa etiri ulaza

Sa slike 1.42 moe se uoiti da vai sledee: Enable = 1 )( 3210 EFXFEXFEXEFXS Enable =0 S = 0.

35

Odavde se zakljuuje da je logiki proizvod promenljivih za odabir podataka logika jedinica samo u sluaju ulazne promenjive iji indeks odgovara odabranoj vrednosti.

Ako je, recimo F=1 i E=0, sledi da )10110001( 3210 XXXXS . Jedna od primena digitalnih multipleksera je paralelno-serijska konverzija, iji su

funkcionalni blokovi prikazani na slici 1.43. U ovom primeru nakon to se 32-bitna re dovede u paraleli na ulaze dva digitalna multipleksera, svaki od ovih ulaza se odabira u zavisnosti od stanja binarnih brojakih izlaza: A B, C, D, E, E . Generator takta se koristi za inkrementiranje brojaa. Na primer, 17-ti bit e se pojaviti na izlazu ako izlazi binarnog brojaa zadovoljavaju uslov: A=1, B=C=D=0 i E=1.

B C DA

B C DA

Enable

E

S

S

1

2

E-IZLAZ

01

15

16

31

17

B C

CL

DA

BROJA

E- E

Slika 1.43 Primer paralelno-serijske konverzije

1.4.3.3 Multipleksiranje kao izvor greaka Izlazna impedansa analognog multipleksera koja je vrlo velike vrednosti mora biti dosta dobro porediva sa otpornou ukljuivanja prekidaa i svakom otpornou serijskog izvora u cilju odravanja velike tanosti prenosa. Greka prenosa se predstavlja kao procenat ulaznog napona. Greke prenosa od 0.1% do 0.01% ili manje se zahtevaju u veini akvizicionih sistema podataka. To se lako postie upotrebom operacionog pojaavaa sa tipinom ulaznom impedansom u opsegu od 108 do 1012 . Mnoga sample-hold S/H kola takoe imaju veoma veliku ulaznu impedansu. Sledea bitna karakteristika analognog multipleksera je tkz. break-before-make prekidanje. Postoji malo vreme kanjenja izmeu iskljuivanja prethodnog kanala i ukljuivanja sledeeg kanala, koje dovodi do toga da dva susedna ulazna kanala nikada nee istovremeno biti ukljuena. Settling time je sledea bitna specifikacija analognih multipleksera. Vai ista definicija koja se daje za pojaavae izuzev to se ovo vreme meri za vreme kada je kanal ukljuen. Throughput rate je najvea brzina kojom multiplekser moe prekidati od kanala do kanala sa izlaznim settling-om prema njegovoj specificiranoj tanosti. Cross talk je odnos izlaznog i ulaznog napona, za sluaj da su svi kanali vezani paralelno i iskljueni. Ovaj odnos se generalno izraava kao slabljenje signala od ulaza do izlaza izraeno u decibelima. Ekvivalentna ema kola prekidaa analognog miltiplekserana prikazana je na slici 1.44. Moe se uoiti da su problemi realnih prekidaa analognog multipleksera pojava struja curenja kao posledica postojanja odreene otpornosti prekidaa u zatvorenom stanju ROFF i parazitnih kapacitivnosti, koje mogu biti ulazne CI, izlazne CO i ulazno-izlazne CIO. Ti parametri se specificiraju za zadate podatke i moraju biti razmatrani u toku analize predstavljenog kola. Struje curenja koje se generalno izraavaju u pikoamperima (pA) na sobnoj temperaturi postaju

36

problematine jedino na visokim temperaturama. Postojanje parazitnih ulazno-izlaznih kapacitivnosti CIO izaziva pojavu presluavanja izmeu signala susednih kanala multipleksera.

CoCI

CIO

RS RON

VS RL CLROFF

Ulaz Izlaz Slika 1.44 Ekvivalentno kolo prekidaa analognog multipleksera

1.4.3.4 Vienivovsko multipleksiranje

Analogni multiplekseri se koriste kod operacija na niskom nivou i kod operacija na visokom nivoa. U multipleksiranju na visokom nivou koje je i najpopularniji tip, analogni signal se pojaava od 1 do 10V u pojaavakom stepenu ispred multipleksera. Ovaj pristup ima prednost kada je u pitanju redukovanje efekta uma na signalu za vreme trajanja analognog procesiranja. U multipleksiranju na niskom ni