UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA …repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/46711/1/Pillasagua... · 2019. 12. 20. · 4.3 Construcción de la placa para circuito impreso

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO EN TELEINFORMÁTICA

ÁREA

TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES

TEMA

IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE PRÁCTICA

PSK/QPSK

AUTOR

PILLASAGUA OVIEDO STEVEN LEONARDO

DIRECTOR DEL TRABAJO

ING. TELEC. ORTÍZ MOSQUERA NEISER STALIN, MG.

GUAYAQUIL, ABRIL 2019

ii

Declaración de autoría

Declaró que la presente tesis titulada “Implementación de un módulo de práctica

PSK/QPSK” es de mi autoría. Autorizo a la Universidad de Guayaquil para que esta tesis

pueda ser utilizada en la Biblioteca como un documento de lectura y consulta.

PILLASAGUA OVIEDO STEVEN LEONARDO

C.C 0920976792

iii

Dedicatoria

A Dios, por permitirme llegar hasta este momento tan importante en mi formación

profesional y obtener uno de mis mayores anhelos.

A mis Padres, por ser los pilares fundamentales durante este proceso y quienes con su

paciencia, confianza, esfuerzo y amor me han ayudado a cumplir este sueño sin

importar las adversidades que se nos han presentaron. Además, por demostrarme que

existen personas que pueden amar incondicionalmente sin importar nuestras diferencias de

opiniones.

A mi hermana por apoyarme como mejor amiga, brindarme la suficiente confianza para

saber que cuento siempre con ella.

A mi esposa Sayda por alentarme a conseguir mis objetivos desde el momento que la

conocí, a mi hija hermosa por ser esa luz que no esperaba que llegue, pero que ahora es

todo para mí y por quien daré todo de mi en mi nueva etapa.

A mi mejor Amigo Ángel, por ser mi hermano de corazón, mi mano derecha y por

brindarme buenos momentos.

iv

Agradecimiento

Agradezco a Dios, por ser mi apoyo, camino y brindarme la fuerza necesaria para

no desmayar en mis acciones en aquellos momentos de debilidad.

A mis padres Winey Pillasagua y Noemí Oviedo, por ser esas personas

incondicionales que me han brindado su apoyo desde mis inicios en esta etapa tan

importante para mí. Además de ser esas personas que sé que estarán conmigo y me

apoyarán en futuras metas que me proponga a cumplir.

A mi hermana Wendy, que a pesar de no estar físicamente junto a mí en este

momento tan importante debido a que se encuentra en el exterior, siempre con su apoyo la

he sentido cerca y sé que estará conmigo siempre. Gracias por darme unos sobrinos bellos.

A mis tíos de parte de madre, por ayudarme de distintas maneras en los momentos

que mis padres no pudieron.

A la Universidad de Guayaquil, por haberme dado la oportunidad de empezar este

sueño en sus instalaciones para obtener los conocimientos necesarios para mi futuro en mi

Carrera y cumplir con otra de mis metas.

Al Ing. Neiser Ortiz, por ser mi guía durante este extenso proceso, tener mucha

paciencia, por haber compartido todos sus conocimientos conmigo y mis compañeros en la

etapa Universitaria.

A mis Amigos Josué Alvarado, Michael Pacheco e Hilda Ramírez, quienes

estuvieron conmigo en el proceso de titulación, ser esa voz de aliento y apoyo extra que

necesitaba para seguir adelante y poder cumplir esta meta.

v

Índice general

Nº Descripción Pág.

Introducción

1

Capítulo I

El Problema


1.1 Planteamiento del Problema 3

1.1.1 Formulación del Problema 3

1.1.2 Sistematización del Problema 4

1.2 Objetivos de la Investigación 4

1.2.1 Objetivo General 4

1.2.2 Objetivos Específicos 4

1.3 Justificación 4

1.4 Delimitación 5

1.5 Tipo de Estudio 6

1.5.1 Bibliográfico 6

1.5.2 Aplicada 6

1.5.3 Experimental 6

1.6 Operacionalización 7

Capítulo II

Marco teórico


2.1 Antecedentes 8

2.2 Marco conceptual 9

2.2.1 Laboratorio de Ingeniería 9

2.2.2 Software 11

2.2.2.1 Software Proteus 12

2.2.2.2 Software Eagle 13

2.2.3 NI ELVIS II 14

2.2.3.1 Visión General 15

2.2.3.2 Ventajas de NI ELVIS II 15

vi

N° Descripción Pág.

2.2.4 Diseño de circuito 16

2.2.5 Sistema de comunicación 17

2.2.5.1 Sistema de transmisión analógica 18

2.2.5.2 Sistema de transmisión digital 19

2.2.6 Circuitos electrónicos para armar el modulador 19

2.2.6.1 Integrado CD4069 19

2.2.6.2 Integrado ICL8038 20

2.2.6.3 Integrado TL084 21




2.2.6.7 Integrado CD14070 25

2.2.6.8 Integrado Lf 365 26

2.2.6.9 Placa de Circuito Impreso 27

2.2.7 Modulación de señales 28

2.2.7.1 Modulación PSK (Phase Shift Keying) 29

2.2.7.2 Modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 30

2.3 Marco Legal 32

Capítulo III

Metodología


3.1 Descripción del proceso metodológico 35

3.2 Diseño de la investigación 35

3.3 Enfoque de la investigación 36

3.3.1 Metodología Bibliográfica 36

3.3.2 Metodología Aplicada 37

3.3.3 Metodología Experimental 37

3.4 Análisis Bibliográfico sobre la necesidad de

Implementar un modulador PSK/QPSK 37

3.4.1 Resultados 38

vii

Capítulo IV

Desarrollo de la propuesta


4.1 Diagrama del circuito de la modulación PSK/QPSK 41

4.2 Diseño del circuito PSK/QPSK en Eagle para la

Impresión en la placa del circuito impreso 43

4.2.1 Diagrama esquemático de Eagle 43

4.2.2 Diagrama de Circuito Impreso 45

4.3 Construcción de la placa para circuito impreso 50

4.4 Ensamblaje de la placa 51

4.5 Implementación del modulador PSK/QPSK 54

4.5.1 Pruebas realizadas al modulador PSK/QPSK 55

4.6 Conclusiones 60

4.7 Recomendaciones

61

Anexos 63

Bibliografía 99

viii

Índice de tablas


1 Operacionalización 7

2 Fases de la modulación QPSK 31

ix

Índice de figuras


1 Ventana inicial del software Proteus 13

2 Ventana inicial del esquemático de Eagle 14

3 Equipo físico NI ELVIS II 16

4 Diseño de circuito electrónico 17

5 Sistema de comunicación 17

6 Integrado electrónico CD4069 19

7 Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4069 20

8 Integrado electrónico ICL8038 20

9 Diagrama de conexión del integrado electrónico ICL8038 21

10 Integrado electrónico TL084 21

11 Diagrama de conexión del integrado electrónico TL084 22








19 Diagrama de conexión de integrado electrónico CD14070 26

20 Diagrama de conexión del integrado electrónico Lf356 26

21 Diagrama de conexión del integrado electrónico Lf356 27

22 Placa de circuito impreso 28

23 Diagrama de bloque del modulador PSK 29

24 Señal binaria de información y Señal modulada PSK 30

25 Diagrama de bloques del modulador QPSK 30

26 Representación gráfica de señal modulada QPSK 31

27 Diagrama de constelación QPSK 32

28 Diagrama del circuito modulador PSK/QPSK 42

29 Ventana del editor de diagrama esquemático del

Circuito en Eagle 44

x


30 Elementos electrónicos ubicados en el editor

esquemático de Eagle 44

31 Elementos electrónicos conectados correctamente en

sus Pines 45

32 Elementos electrónicos ubicados en el editor de

diagrama de circuito impreso 46

33 Elementos electrónicos ubicados de forma

correcta en el editor de diagrama de circuito

impreso 47

34 Elementos electrónicos ubicados y conectados

con sus pistas correspondientes 48

35 Capa inferior del circuito impreso 49

36 Capa superior del circuito impreso 50

37 Herramientas para ensamblar el modulador 52

38 Materiales para ensamblar el modulador 53

39 Ensamblado de placa de circuito impreso 53

40 Placa de circuito impreso ensamblada 54

41 Implementación del modulador PSK/QPSK 55

42 Señal cuadrada generada por el integrado ICL8038 56

43 Señal senoidal generada por el integrado ICL8038 56

44 Señal portadora desfasada 0°, comparada con la señal

original

57


original

57


original

58


original

58

48 Señal moduladora generada por NI ELVIS II 59

49 Estados de salida del modulador 59

50 Modulación PSK/QPSK 60

xi

Índice de anexos


1 Datasheet de circuitos integrados 64

2 Lista de materiales e integrados 79

3 Construcción de la placa de circuito impreso 80

4 Guía de práctica 87

xii

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

CARRERA DE INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA

UNIDAD DE TITULACIÓN

IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE PRÁCTICA PSK/QPSK

Autor: Pillasagua Oviedo Steven Leonardo

Tutor: Ing. Ortiz Mosquera Neiser Stalin, Mg

Resumen

El presente trabajo de titulación consiste en la implementación de un modulador de

práctica PSK/QPSK en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones utilizando

distintos materiales electrónicos, el circuito impreso del modulador PSK/QPSK que fue

diseñado con el software Eagle y su correspondiente ensamblado. Este equipo utiliza la señal

portadora generada por el integrado ICL8038 y la señal moduladora generada por el equipo

NI ELVIS II para modular, con el objetivo de que los estudiantes de 8vo semestre de la

Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil no tengan que

armar el circuito electrónico momentáneamente sobre un protoboard, ahorrando recursos

económicos y tiempo que puede ser aprovechado para aclarar dudas que se generan durante

el desarrollo de las prácticas, además de adjuntar una guía de práctica que ayude a los

estudiantes en la toma de decisiones. Para este trabajo de titulación se utilizaron las

metodologías bibliográfica, aplicada y experimental mediante las cuales se recopila

información necesaria para este proyecto, se aplica los conocimientos teóricos para el

desarrollo y se realiza pruebas del modulador en el laboratorio que permitieron comprobar

el correcto funcionamiento del equipo.

Palabras Claves: módulo, PSK/QPSK, prácticas, Implementación, laboratorio.

xiii

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

CARRERA DE INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA

UNIDAD DE TITULACIÓN

IMPLEMENTATION PSK/QPSK PRACTICE MODULE

Author: Pillasagua Oviedo Steven Leonardo

Tutor: TE. Ortiz Mosquera Neiser Stalin, MS

Abstract

The present degree work consists in the implementation of a PSK/QPSK practice module

in the Networking/Telecommunication laboratory using different electronic materials, the

printed circuit of the PSK/QPSK modulator that was designed with the Eagle software and

its corresponding assembly. This equipment modulates signals generated by the Electronic

Integrated ICL8038, with the objective that the students of the 8th semester of the Career

Engineering in Teleinformatics of the University of Guayaquil do not have to assemble the

electronic circuit momentarily on a protoboard, saving economics resource and time that

can be used to clarify doubts that are generated during the development of the practices, also

attaching a practice guide that helps the students in the decision making. For this degree

work, the bibliographic, applied and experimental methodologies were used, by means of

which the necessary information for this project is gathered, the theoretical knowledge for

the development is applied and the modulator is tested in the laboratory, which allowed to

verify the correct functioning of the equipment.

Keywords: module, PSK/QPSK, practices, Implementation, laboratory.

Introducción

Usar tecnología para apoyar muchas de las actividades diarias del ser humano como en

áreas, sociales, medicinales, económicas, militares, industriales, y en el caso académico

como en las metodologías de enseñanza que se llevan en una institución de educación

superior o Universidades, es conveniente y beneficioso debido a que se puede optimizar

muchos procesos de algunas materias que necesiten realizar prácticas para incrementar el

grado de compresión.

Las prácticas en cualquier materia del área de las telecomunicaciones, son muy

importante en la preparación del estudiante para ser un excelente profesional, en estos

momentos en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería

en Teleinformática solo se cuenta con equipos que generan y permiten observar señales,

pero hace falta equipos que complementen las prácticas como lo son los moduladores y

demoduladores de señales, por ello es necesario usar herramientas tecnológicas que

permitan realizar por completo las prácticas, debido a que estas ayudan a aclarar las dudas

que aparecen en los resultados teóricos y proponen problemas que podría encontrarse en

la vida real un Ingeniero en Teleinformática.

Además, que el uso adecuado de la tecnología permite desarrollar habilidades y

cualidades tanto en el campo estudiantil como en el campo profesional porque pueden

generar simulaciones de actividades de la vida real y comprensión de estas, por ello se

implementará un módulo de práctica PSK/QPSK.

Esta implementación estará ubicada en el laboratorio de práctica de

Networking/Telecomunicaciones sirviendo a la materia de simulación de sistemas, ayudará

al estudiante a realizar sus prácticas evitando perder tiempo que por lo general se utiliza para

desarrollar circuitos electrónicos momentáneos, los estudiantes solo deben tener

conocimientos básicos sobre las modulación PSK/QPSK los cuales se adquieren en el

estudio de la materia, este conocimiento es para el correcto uso del módulo y obtener los

resultados requeridos para el aprendizaje de la materia, además que evitará que los

estudiantes consuman recursos económicos como es gastar dinero en la compra de

materiales para la el ensamblado de sus circuitos electrónicos.

En el tiempo que los estudiantes ya no realicen el circuito electrónico temporal necesario

para sus prácticas, pueden aclarar las dudas que se generan entre los resultados

teóricos/prácticas y obtener más conocimientos.

Introducción 2

Capítulo 1: se detallan las generalidades del proyecto de titulación, como el problema que

está sucediendo y se desea resolver en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones,

delimitación, objetivos a cumplir en el desarrollo de la tesis, la razón por que es hecha, etc,

en si un punto de vista general de lo que se trata la tesis.

Capítulo 2: trata sobre recopilación de antecedentes, conceptos, definiciones y distintas

posturas de otros autores, con respecto al tema de tesis a realizar, además del marco legal

que fundamenta el presente trabajo de titulación.

Capítulo 3: se explican las metodologías utilizadas para el desarrollo de esta tesis,

también se realiza un breve análisis sobre fuentes bibliográficas que fundamenten la

necesidad de implementar el modulador PSK/QPSK.

Capítulo 4: como punto final, en este capitulo se realiza la correspondiente

implementación del modulador PSK/QPSK, pruebas además de realizar las conclusiones y

recomendaciones de dicha actividad.

Capítulo I

El problema

1.1 Planteamiento del problema

En la actualidad, para realizar cualquier práctica de laboratorio en la materia simulación

de sistemas en el laboratorio de prácticas de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera

de Ingeniería en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil, se necesita de equipos

electrónicos que modulen y demodulen señales necesarias para la simulación de actividades

que ayudarán a entender algunos conceptos de telecomunicaciones, aclarar ciertas dudas y

permitir conocer más a fondo lo que sucede en la vida real de un profesional en

teleinformática, pero en estos momentos no se cuenta con dichos equipos por lo que es

debido armar circuitos electrónico momentáneos sobre un protoboard conectando ciertos

materiales electrónicos, el cual permite utilizar cualquiera de las distintas técnicas de

transmisión de datos, ya sean analógicas tales como: AM, FM y PM o digitales como: FSK,

QAM y PSK/QPSK dependiendo de la práctica y circuito a realizar. El implementar estos

circuitos momentáneamente genera que los estudiantes pierdan tiempo y dinero debido a

que dichos circuitos electrónicos son complejos de armar, ciertos materiales son caros y

difíciles de encontrar.,

Los estudiantes para realizar sus prácticas en el laboratorio están de cierta forma

obligados a conseguir ya sea prestando o comprando los materiales electrónicos, esto para

algunos estudiantes es difícil llevar a cabo por los bajos recursos económicos o por la

dificultad que implica conseguir ciertos materiales, Además deben armar los circuitos

temporalmente quitándole tiempo de las horas de estudio el cual se puede aprovechar

obteniendo nuevos conocimientos.

Debido a los inconvenientes que se generan por lo explicado anteriormente, surge la

necesidad de implementar en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, un módulo

generador de señales moduladas analógicos y digitales para realizar las prácticas en el

laboratorio, mejorar el proceso de aprendizaje de los estudiantes en la Carrera de Ingeniería

en Teleinformática, poder observar y resolver dudas acerca de los resultados

teóricos/prácticos, optimizar el tiempo y ahorrar recursos.

1.1.1 Formulación del problema

¿Es necesario implementar un módulo de práctica PSK/QPSK basado en las experiencias

previas de estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática?

El problema 4

1.1.2 Sistematización del problema

• ¿Tendrá buena acogida por los estudiantes la implementación de un módulo para

prácticas PSK/QPSK?

• ¿Existirá alguna dificultad para los estudiantes el uso del módulo de práctica?

• ¿Los estudiantes se adaptarán al uso de este nuevo equipo electrónico?

• ¿La combinación de la metodología teórica con la práctica tendrá un grado aceptable

de veracidad?

1.2 Objetivos de la Investigación

1.2.1 Objetivo General

Implementar un módulo de señales PSK/QPSK de telecomunicaciones usando elementos

electrónicos para el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, en la Carrera de

Ingeniería en Teleinformática perteneciente a la Facultad de Ingeniería Industrial de la

Universidad de Guayaquil.

1.2.2 Objetivos específicos

• Explicar los fundamentos teóricos de la modulación PSK/QPSK.

• Determinar los elementos para el módulo PSK/QPSK.

• Diseñar el circuito electrónico PSK/QPSK utilizando la herramienta Eagle.

• Implementar un módulo PSK/QPSK utilizando elementos electrónicos y una placa

para circuitos.

• Generar una guía de práctica PSK/QPSK.

1.3 Justificación

Realizar las prácticas de simulación de sistemas en el laboratorio de

Networking/Telecomunicaciones con los recursos que se cuenta no es muy factible por lo

que faltan ciertos equipos que ayudan a realizarlas de una manera más eficiente, esto lleva a

que los estudiantes armen sus propios circuitos necesarios para realizar a cabo las prácticas

propuestas por el profesor. Debido a la falta y necesidad de un equipo modulador de señales

PSK/QPSK en la Facultad de Ingeniería Industrial que permita realizar las prácticas de la

materia de simulación de señales, se implementará un módulo que se encargará de modular

la señal de información generada por el equipo NI ELVIS II, que no demande gastos

económicos, ni mucho espacio físico. Con respecto al tiempo en que los estudiantes

El problema 5

realizarán sus prácticas, este será mucho menor por que los circuitos electrónicos ya estarán

implementados y ellos solo se encargarán de poner en prácticas sus conocimientos

adquiridos durante el proceso de aprendizaje para manipular los equipos de la mejor y

correcta manera.

Evitando que los estudiantes armen sus propios circuitos electrónicos omitiendo un

proceso muy tedioso y que en ocasiones afectan de una manera u otra al estudiante por los

fallos técnicos que ocurren al conectarlos. El dinero ya no será un problema para los

estudiantes de la Carrera, porque los equipos ya estarán armados con los elementos

electrónicos necesarios y listos para su uso.

Esto genera un mejor ambiente de estudio y aprendizaje que permitirá un amplio

incremento en la obtención de nuevos conocimientos al mismo momento que estos se vayan

desarrollando. Con la implementación de este proyecto, se pretende que los estudiantes

pongan en prácticas los conocimientos teóricos obtenidos en el transcurso de los estudios,

además de que refuercen los que tienen, permitiendo comprobar los resultados matemáticos

con resultados reales, conozcan más a fondo lo que sucede en la vida real y utilicen el tiempo

que sobra en aclarar ciertas dudas.

Un laboratorio que tenga la infraestructura, equipos, instrumentos óptimos, permite que

los estudiantes puedan indagar en la investigación de nuevos temas, puedan resolver sus

dudas acercas de los resultados teóricos, matemáticos, prácticos y puedan obtener

conocimientos de una mejor manera.

Dependiendo del éxito que tenga el sistema en la Carrera de Ingeniería en

Teleinformática de la Facultad de Ingeniería Industrial, se podría en un futuro implementar

dicho sistema en otras carreras y facultades que lleven un proceso similar al nuestro o

ampliar su diseño tecnológico y adaptarlo a sus necesidades.

1.4 Delimitación

El presente proyecto de titulación abarca hasta el momento el laboratorio de

Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniera en Teleinformática de la

Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil, espacio en el cual se

realizan prácticas experimentales, se llevará a cabo la implementación del módulo de

práctica de señales PSK/QPSK para la materia de simulación de sistemas.

Se espera que, con la implementación de este equipo electrónico, se cree un entorno de

preparación estudiantil mucho más práctico, debido a que los estudiantes ya no tendrán

El problema 6

pretexto para realizar sus prácticas por cuestiones de recursos o tiempo ya que el módulo

está listo para ser usado.

Se entregará lo siguiente:

• Una investigación bibliográfica sobre la implementación de un módulo de señales

PSK/QPSK.

• Dejar implementado en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones un

módulo, para señales PSK/QPSK, utilizando una placa de circuito impreso y

elementos electrónicos.

• Una guía de práctica para el laboratorio de simulación de señales basada en un

módulo de PSK/QPSK.

1.5 Tipo de Estudio

1.5.1 Bibliográfica

Recopilación de trabajos investigativos, artículos científicos, libros, etc que proporcione,

información adecuada y relacionada con el tema.

1.5.2 Aplicada

Permite aplicar los conocimientos adquiridos durante la etapa de estudiante, para poder

crear algún producto e implementar soluciones.

1.5.3 Experimental

Porque se hará uso del laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, para comprobar

el correcto funcionamiento del módulo a implementar.

El problema 7

1.6 Operacionalización

Tabla 1. Operacionalización

Objetivo General: Implementar un módulo de práctica PSK/QPSK utilizando

materiales electrónicos para el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones.

Objetivos Específicos Variables Dimensión Indicador

a. Explicar los fundamentos

teóricos de la modulación

PSK/QPSK.

Información

Internet

Libros

Artículos

científicos

Número de artículos

científicos

Número Citas

bibliográficas

b. Determinar los elementos

necesarios para el módulo

de práctica PSK/QPSK.

Materiales Materiales y

herramientas

para utilizar

Varios softwares

Varios equipos

c. Diseñar el circuito

electrónico modulador y

demodulador PSK/QPSK.

d. Implementar un módulo

de práctica PSK/QPSK.

Módulo de

práctica

Software Eagle

Placa Electrónica

Circuitos

Integrados

Resistores,

Capacitores, etc.

Nivel de dificultad

Tiempo

e. Elaborar una guía de

laboratorio para la

realización de la práctica.

Esta variable se la realizará al final del proyecto de tesis

y se la anexará.

Información tomada de trabajo de titulación, 2019. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.

Capítulo II

Marco teórico

2.1 Antecedente

Las técnicas de modulación PSK(Phase Shift Keying)/QPSK (Quadrature Phase Shift

Keying) son muy importantes en la actualidad para las personas, ya que sirven para la

transferencia de información inalámbricamente convertidas en la mínima unidad de

información (bits), utilizando específicamente la tecnología WI-FI( una de las utilizada para

transmitir información sin medio físico) que alcanza la velocidad hasta de 54 KBPS en el

canal de 20 MHz, esta tecnología no es segura al momento de transmitir información puesto

que esta puede ser interceptada en el aire por herramientas especiales, pero es de las técnicas

de telecomunicaciones más utilizadas por distintos equipos electrónicos (Viloria, Cardona,

& Lozano, 2009).

Según (Álvaro, 2014) afirma “Los cambios experimentados en los últimos años en la

tecnología utilizada en la educación, ha llevado a evolucionar constantemente el uso y

manejo de los instrumentos tecnológicos”, además afirma que “ en el ámbito de la

electrónica, al igual que otras muchas disciplinas, a medida que la asignatura adquiere

carácter tecnológico y de especialidad se ha convertido en una potente herramienta en el

campo de la educación”.

Con el pasar de los años la tecnología ha ido avanzando a pasos agigantados causando

gran impacto, apoyando en el área académica como lo es en las instituciones de educación

superior, esto ha guiado a que dichas instituciones estudiantiles deban adaptarse a estos

avances y así pueden sacar provecho de las herramientas que gracias a esta se desarrollan,

(Garcés, Garcés, & Alcívar, 2016).

Según Delgado (2018) “En la actualidad el nivel académico de las Instituciones de

Educación Superior no solo se basa en clases teóricas, sino también en prácticas”, también

agrega que “por ello es necesario que las instituciones tengan su espacio tales como

laboratorios, donde estén disponibles diferentes recursos didácticos, dispositivos o aparatos

electrónicos que permita que los estudiantes pongan en práctica los conocimientos

adquiridos durante la etapa de estudio”.

Simular utilizando herramientas computacionales es de los métodos más utilizados en el

campo de la investigación de los sistemas de comunicaciones digitales; esto compone una

forma de investigación de mínimo costo y altamente flexible, que permite presagiar los

comportamientos de los elementos de objeto de estudio y su correspondiente análisis (Peña

& Rey, 2014).

Marco teórico 9

En el ámbito académico de las instituciones superiores de estudios o Universidades,

tanto la teoría como la práctica son metodologías de aprendizaje que brindan conocimiento

de distinta manera teniendo una relación entre el decir, pensar y el hacer, además que

claramente se necesitan entre las 2 para corroborar datos, aclarar dudas y comparar

resultados, pero en muchos centros de estudios dichas metodologías no se desarrollan juntan

por distintos motivos ya sean, sociales, político, financiero, etc, generando problemas en el

transcurso de enseñanza-aprendizaje y captación de conocimiento por parte del estudiante

(Álvarez, 2012).

Según López (2011) las prácticas experimentales realizadas en laboratorios que tienen,

equipos necesarios generan más posibilidades de aprendizaje debido a que mientras estas se

realizan, el estudiante comprende y resuelve problemas cercanos a la realidad, en base a eso

poder comparar y analizar los resultados obtenidos a través de la teoría con los obtenidos

gracias a l prácticos.

La implementación de un módulo electrónico de práctica tiene un gran beneficio para

los estudiantes, profesores y Carrera profesional que se está estudiando, debido a que

contribuye a la eficiencia al momento de realizar las prácticas y en la economía de los

estudiantes, además que baja el resultado erróneo que puede darse al momento de realizar

pruebas con equipos no adecuados contribuyendo así con una excelente calidad de

enseñanza-aprendizaje, también recordar que la Carrera en la cual se usa de manera

adecuada el laboratorio, gana prestigio por la eficiente forma de preparar a sus

profesionales. Los módulos son de fácil uso debido a esto los estudiantes no tendrán

inconvenientes al momento de utilizarlos, agilizando el realizar las prácticas (Delgado,

2018).

2.2 Marco conceptual

2.2.1 Laboratorio de Ingeniería

Que sería de un Ingeniero, si solo toma apunte de la materia pero no comprueba los

resultados teóricos con valores prácticos, por eso se deben realizar prácticas que se

proponen en una clase, estas no se pueden hacer en cualquier lugar, sino en un ambiente

optimo con todos los equipos necesarios, por ello es necesario de un laboratorio dirigido a

la Carrera (Mosquera & Sacoto, 2012).

El laboratorio de Networking/Telecomunicaciones que pertenece a la Carrera de

Ingeniería en Teleinformática de la Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de

Guayaquil, es el espacio donde se realizan las prácticas de simulación de sistemas pero en

Marco teórico 10

estos momentos no cuenta con los equipos y materiales necesarios, además de la

infraestructura adecuada, por lo cual los estudiantes no puede realizar de manera eficiente

sus prácticas, eso con lleva a que los estudiantes tengan un problema para prepararse como

profesionales en el entorno de la Ingeniería (Duche, 2018).

Según López & Tamayo (2012), “Lo más importante de las prácticas que se realizan en

laboratorios, radica en que los maestros entiendan que estas facilitan la comprensión de

conceptos y que deben siempre tener una finalidad clara, no solo el de llevarlos a observa y

experimentar”.

Torres (2016) nos explica que “Los laboratorios como ambientes de aprendizaje, se

consideran escenarios pedagógicos en donde se desarrollan actividades que permiten

fortalecer la administración del conocimiento por parte del estudiante”, además añade que

“Estos ambientes de aprendizaje están formados por un conjunto de elementos, materiales y

actores que participan en la etapa de aprendizaje, basado en objetivos y propósitos

claramente definidos desde el punto de visto cognitivo, procedimental y valores”.

Que los estudiantes realicen sus prácticas de laboratorios, no solamente les permite

comprobar resultados teóricos con la práctica y contribuir a enriquecer su conocimiento,

sino que también permite plantear hipótesis y poner en práctica una forma para obtener

resultados con el cual comprobar la hipótesis, además que se pueden generar debates sobre

los resultados obtenidos experimentalmente en la práctica (Durango, 2015).

Múltiples falencias que se detectan al realizar prácticas de laboratorio son conceptuales,

procedimentales u actitudinales, falta de equipos y áreas necesarios para una enseñanza y

aprendizaje considerable en los estudiantes, por ello los laboratorios de prácticas deben

mitigar estas debilidades además de que tanto los estudiantes como los docentes deben tener

tiempo disponible para poder realizar de manera eficiente las prácticas de laboratorio

(Cardona, 2013).

Gracias a los avances tecnológicos que se han dado hasta la actualidad, se puede

incorporar en una misma materia de estudio las metodologías de enseñanza práctica y

teórica, esto se debe a los equipos sofisticados que se pueden implementar en los laboratorios

experimentales que permiten optimizar los recursos y tiempo empleados por los estudiantes

explotando todos los beneficios del uso de los laboratorios en las practicas, además aumentar

la calidad de la educación garantizando la igualdad de oportunidades en el ámbito laboral

(Alarcón, 2017).

Para que un estudiante de Ingeniería esté preparado para la vida profesional que le espera,

es necesario el uso de los laboratorios de prácticas experimentales debido a que mediante el

Marco teórico 11

desarrollo de tareas, lecciones y proyectos que se le asignan de acuerdo al tema a tratar, se

relaciona al estudiante en un ambiente casi real con los problemas que talvez se les presenten

como profesional en su área, y realizando sus prácticas se les brinda experiencia a través de

análisis de resultados reales, comparaciones con valores teóricos y simulaciones de

situaciones cotidianas, dedicando más horas de estudio a la práctica para afianzar sus

conocimientos teóricos sobre el comportamiento de ciertas situaciones, aclarar dudas que

se generan, desarrollar nuevas actitudes y habilidades necesarias para resolver

inconvenientes (Álvaro, 2014).

Hasta el momento la Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la Facultad de

Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil solo cuenta con un laboratorio de

Networking/Telecomunicaciones en el cual se intenta realizar las prácticas experimentales

de la materia de simulación de sistemas, este espacio no cuenta con los equipos electrónicos

necesarios y adecuados para realizar de manera eficiente las prácticas por lo que se genera

un obstáculo en el aprendizaje de los estudiantes de Ingeniería (Vélez J. , 2018) .

Equipos electrónicos que ayuden a realizar prácticas, deben estar disponibles en cualquier

laboratorio universitario que requiera corroborar información y resultados teóricos, con

datos oficiales que se generan a través de la práctica, además de estar orientados al fácil uso

para los estudiantes.

Los futuros Ingenieros en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil, tendrán

muchos problemas en la vida profesional al momento de desenvolverse en su área de

telecomunicaciones, debido a la falta de habilidades y nociones de un conocimiento práctico

importante en las carreras técnicas, que les permita dar soluciones a problemas reales que se

les presenten.

2.2.2 Software

Es un conjunto de instrucciones lógicas preasignadas que se les da al computador y que

entiende, para que esta realice las acciones que se desea y cumpla con su objetivo, estas

instrucciones las da una persona que conoce algún lenguaje especifico de programación por

ejemplo un Ingeniero en Sistema, software o algunas veces por una persona autodidacta

amante a la programación y que sabe sobre la materia.

Según (Pressman, 2010) afirma que “El software es el producto que construyen

programadores profesionales con sus conocimientos y al que después le dan mantenimiento

durante un largo tiempo”.

Marco teórico 12

El software es desarrollado por programadores Profesionales o Ingenieros, este

representa una herramienta muy importante para los seres humanos porque en estos

alrededores del mundo ya se relaciona el software con las actividades cotidianas ya sea en

las áreas Sociales, comerciales, culturales, etc (Pressman, 2010).

En el tiempo actual las empresas y servicios alrededor del mundo operan mediante

sistemas informáticos automatizados y controlados por computadoras para simplificar sus

actividades, lo que ha hecho que estos productos tecnológicos sean muy demandados, por

ellos es casi imposible que una empresa o negocio funcione con normalidad sin un software

que son desarrollados por Ingenieros en sistemas o profesionales a afines, existiendo

software con distintos enfoques que requieren técnicas de Ingeniería especificas

(Sommerville, 2011).

2.2.2.1 Software Proteus

Es un software profesional para el diseño de PCB que cuenta de una interfaz de usuario

sencilla que permite crear diseños esquemáticos para personas profesionales y no

profesionales en el uso del software. En la figura #1, se puede observar la pantalla principal

del software Proteus. Además, consta de un conjunto de funciones básicas y avanzadas que

se adaptan a todo tipo de producto. Fue la primera herramienta en la cual se desarrolla

esquemas de circuito, por lo que se volvió tendencia entre los diseñadores de circuitos,

sirviendo con éxito a las necesidades comerciales y educativas durante 25 años, sin

olvidarnos que su interfaz es muy intuitiva para los estudiantes lo cual les permite un

aprendizaje rápido (LabCenter, 2019). Cabe recalcar que:

• Esta herramienta ofrece simulación de circuito que permite a los estudiantes el

aprendizaje práctico, rápido y divertido.

• Es una solución de software que ayuda a los docentes encargados reutilizar las

prácticas virtuales asignadas.

• Otorga licencia flexible lo cual permite que las clases y tareas se desarrollen en

cualquier lugar.

Ventajas del software Proteus:

• Producto de prueba, para que los estudiantes puedan practicar.

• Permite comprobar el correcto diseño del circuito antes de realizar la placa física.

• La función del enrutamiento automático permite ahorrar tiempo.

• Proteus permite acceder a más de 15 millones de elementos electrónicos.

Marco teórico 13

Se puede sacar provecho del software Proteus en el área Industrial como solución para el

diseño profesional de PCB para optimizar procesos de una empresa, productos que se pueden

realizar gracias a los diseños realizados en Proteus:

• Aviones no tripulados.

• Sistemas de frenado de camiones.

• Tecnología de evacuación.

• Elevadores Industriales.

• Probador de fuerza Universal.

Figura 1. Ventana inicial del software Proteus. Información adaptada de Proteus. Elaborado por el autor.

2.2.2.2 Software Eagle

Es un programa de versión gratuita y versión de pago que cuenta con una gran librería de

componentes, permite realizar diseños de diagramas esquemáticos y circuitos impresos muy

popular, los diseñadores de placa de circuito impreso pueden conectar a la perfección sus

diseños siguiendo las pistas creadas, contando con la ayuda de un panel de control, editor de

diagramas esquemáticos, y editor de circuitos impresos que se los describe a continuación

(Autodesk, 2019):

Panel de control: ventana donde se permite crear, seleccionar y administrar proyectos,

además de manejar directorios de librerías.

Marco teórico 14

Editor de diagrama esquemático: es la ventana donde se representa gráficamente los

componentes electrónicos, en el cual es posible colocar los elementos y conectarlos a través

de cables o etiquetas para representar las conexiones electrónicas que se desea diseñar.

Editor de circuitos impresos con enrutador automático: es la opción que permite a

partir del diseño esquemático, posicionar los componentes electrónicos y dibujar las pistas

que forman los caminos eléctricos en la PCB.

En la figura #2, se puede observar la ventana principal del esquemático en Eagle, permite

agregar todo tipo de componente necesario para diseñar una placa de circuito impresa PCB.

También se puede crear los componentes electrónicos que no se encuentren por cualquier

motivo en Eagle.

Figura 2. Ventana inicial del esquemático de Eagle. Información adaptada de Eagle. Elaborado por el

autor.

2.2.3 NI ELVIS II

Es una estación de laboratorio, que ofrece un ambiente de aprendizaje eficiente, esta

herramienta electrónica fue diseñada por la National Instrument (NI), para brindar apoyo y

conocimiento específicamente para la academia en mediciones analógicas y digitales. Los

profesores, con el enfoque practico que brinda National Instrument (NI) pueden aportar a

los estudiantes con habilidades y conocimientos indispensable para un profesional en

Ingeniería (National Instruments, 2019).

Marco teórico 15

2.2.3.1 Visión General

Es una respuesta a los problemas que surgen por no realizar prácticas experimentales, el

equipo electrónico es basado en la práctica física y obtención de valores lógicos que

permitan comparar resultados, e integrando sin problemas en una extensa gama de estudio

satisfaciendo las expectativas pedagógicas de los profesores.

Áreas de Ingeniería en los que NI ELVIS II resuelve inconveniente (National Instruments,

2019):

• Automotriz.

• Semiconductor.

• Academia e investigación.

• Electrónicos.

• Maquinaria Industrial.

• Maquinaria Pesada.

2.2.3.2 Ventajas de NI Elvis II

• NI Elvis agiliza el éxito de la Ingeniería proporcionándole una plataforma centrada

en software que aprovecha el hardware modular y un amplio ecosistema.

• El ecosistema de NI ELVIS II, ayuda a realizar sistemas innovadores de manera más

eficiente, proporcionando servicio, soporte y complementos de software.

• NI ELVIS II ofrece una combinación de software productivo, controladores de alta

calidad y hardware modular que le ayuda a desarrollar soluciones tecnológicas

definidas por el usuario.

La figura #3, muestra el módulo electrónico NI ELVIS II, el cual cuenta con una base

que donde se alojan la tarjeta lógica removible y la parte física o hardware medio que sirve

para la interacción entre los usuarios y la PC.

Marco teórico 16

Figura 3. Equipo físico NI ELVIS II. Información tomada de National Instruments. Elaborado por el autor

2.2.4 Diseño de circuito

Proceso indispensable, para coordinar, proyectar, distribuir y organizar un grupo de

elementos electrónicos sobre una base utilizando un software especial y técnicas para

cumplir con una mejor presentación visual, con el propósito de obtener plasmado el

pensamiento humano en un producto.

Gracias a herramientas computacionales desarrolladas por el hombre, se puede diseñar

circuitos impresos, desarrollar esquemáticos, simulaciones y placas de circuito impreso

(PCB), recordando que para ello se necesitan de técnicas especiales para no tener

inconvenientes en el proceso. En las universidades se imparte la teoría básica sobre las

distintas materias y ahora es común el diseño y desarrollo de placas de circuito impreso o

Printed Circuit Board (PCB) que apoyan con el aprendizaje y automatización de procesos,

normalmente constan con sensores, acondicionadores de señal, microcontroladores y otros

elementos electrónicos (Salas, Pérez, & Ramírez, 2018).

Para elaborar placas de circuitos electrónicos hay 2 maneras, la que está enfocada en

maquinarias electrónicas que reciben instrucciones y procesos para que realicen el circuito

impreso tal y cual lo deseen, y la manera artesanal que usualmente se utilizan materiales

corrosivos con los cuales se obtienen resultados esperados dependiendo de las habilidades

de la persona que lo esté realizando (Inca & Rengifo, 2015).

En la figura #4, se observa el diseño de un circuito en un software especial, por lo general

Eagle.

Marco teórico 17

Figura 4. Diseño de circuito electrónico. Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo

Steven Leonardo.

2.2.5 Sistema de comunicación

Según EcuRed (2012) es la transmisión de información desde la fuente al destino

mediante el uso de distintas técnicas modulares, a través de canales de transmisión, contando

con una infraestructura adecuada que permita brindar teleservicios.

Para la transmisión de información de un transmisor a un receptor, hay 2 formas:

Por medio guiado (cableado): es el medio encargado de transmitir la información de

una ubicación a otra, suele ser cable o fibra óptica.

Por medio no guiado (inalámbrico): no utiliza medio físico para la transportación de

información, debido a que el aire es el encargado de transmitir información mediante ondas

electromagnéticas.

Los 3 elementos básicos que conforman un sistema de comunicación son: transmisor,

medio de comunicación y receptor como se muestra en la figura #5, estos elementos realizan

sus funciones para transmitir la información ya sea guida o no guiada.

Figura 5. Sistema de comunicación. Información adaptada de CEP, 2016. Elaborado por el autor.

Marco teórico 18

Los elementos del sistema de comunicación según Guanipa-Pérez (2012) son:

Transmisor: es el que envía información o datos en forma de ondas, para poder lograr

una transmisión que sea eficiente y efectiva se deben cumplir con varias operaciones de

procesamiento y manejo de señales, entre la más común de ellas es la modulación que se

define como un conjunto de técnicas usadas para que una onda de información se acople a

una portadora para ser transmitida a distancia.

Medio de transmisión: es el elemento o medio por el cual se transmite información

siendo, el puente que une el emisor y el receptor de la comunicación. Este medio puede ser

guiado como un par de cables, cable coaxial, fibra óptica, o no guiado como el aire, el agua

etc. Desgraciadamente cualquiera que sea el medio presenta obstáculos que no permiten la

comunicación, tales obstáculos pueden ser la interferencia, la distancia o el ruido.

Receptor: es el dispositivo al cual el mensaje es enviado, se encarga de recibir y extraer

la señal deseada del canal de transmisión, entregarla al transductor de salida. Las señales

que llegan al receptor son débiles, esto se debe a la atenuación que sufren al momento de la

transmisión, por lo que el receptor debe tener múltiples etapas de amplificación. El trabajo

clave que hace el receptor es demodular señales, proceso contrario al de la modulación del

transmisor, con lo cual la señal vuelve a su forma original.

Torres, Mendizábal, Villaroel y Zamorano (2013) Afirman que “El objetivo de un

sistema de comunicaciones es transmitir información entre dos o más ubicaciones, llamadas

generalmente estaciones” además agregan que “Esto se logra convirtiendo la información

de la fuente original en energía electromagnética y después transmitiendo la energía a uno o

más destinos, donde se reconvierte a su forma original”.

Un sistema electrónico de comunicación se encarga de transmitir mediante un medio,

receptar y procesar información entre dos puntos lejanos o conocidos también como

estaciones, utilizando circuitos electrónicos, existiendo 2 tipos de comunicaciones o

sistemas de transmisión: Analógica cuando sus características varían continuamente y

digital cuando sus características varían discretamente, recalcando que todas las formas de

información se deben transformar a energía electromagnética antes de ser difundida por el

espacio (Tomasi, 2003).

2.2.5.1 Sistema de transmisión analógica

La transmisión de la señal es analógica y consiste en él envió de información en forma

de ondas a través de un medio físico o no físico, la información que se envía a utilizando

Marco teórico 19

una portadora, que es una onda simple que tiene como objetivo transportar esa información

y modificando una de sus características de amplitud, frecuencia o fase, por este motivo, el

enviar información analógica se denomina generalmente transmisión de modulación de la

portadora (Pillou, 2017).

2.2.5.2 Sistema de transmisión digital

Abre una gran área de técnicas de comunicación incluyendo la transmisión digital y la

radio digital, es él envió de señales digitales sean binarias o cualquier otra forma de pulsos

digitales de valores discretos, entre 2 puntos que se encuentran distantes utilizando un

sistema de telecomunicaciones. La información original puede estar en forma digital, o

podrían ser señales analógicas convertidas en impulsos digitales antes de su transmisión y

al momento de llegar al receptor, reconvertirla en analógicas. La modulación digital brinda

más capacidad de información, mejor protección en los datos y calidad en las

comunicaciones (Tomasi, 2003).

2.2.6 Circuitos electrónicos para armar el modulador

Estructuras de tamaño pequeño, que llevan en su interior una enorme cantidad elementos

como transistores, diodos, entre otros. Estos se dividen según su tipo y propósito. A

continuación, se detalla los integrados a usar en la implementación del módulo PSK/QPSK:

2.2.6.1 Integrado CD4069

El integrado CD4069 se compone internamente de seis circuitos inversores y se fabrica

utilizando MOS complementarios (CMOS), dotándolo de características como un amplio

rango de operación de la fuente de alimentación, bajo consumo de energía, alta inmunidad

al ruido, aumento controlado y simétrico

En la figura #6, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la

figura #7, se observa el esquema de conexiones del integrado CD4069 con sus respectivos

pines de conexión.

Figura 6. Integrado electrónico CD4069. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.

Marco teórico 20

Figura 7. Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4069. Información tomada de Datasheet.

Elaborada por el autor.

2.2.6.2 Integrado ICL8038

El generador de forma de onda ICL8038 es un circuito integrado capaz de producir

señales con alta precisión, estas pueden ser sinusoidal, cuadrada, formas de onda

triangulares, de diente de sierra y de pulso con un mínimo de componentes externos. La

frecuencia (o tasa de repetición) puede ser seleccionado externamente de 0.001Hz a más de

300kHz utilizando resistencias o condensadores, y frecuencia. La modulación y el barrido

se pueden lograr con una tensión externa.


figura #9, se observa el esquema de conexiones del integrado ICL8038 con sus respectivos

pines de conexión.

Figura 8. Integrado electrónico ICL8038. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.

Marco teórico 21

Figura 9. Diagrama de conexión del integrado electrónico ICL8038. Información tomada de Datasheet.


2.2.6.3 Integrado TL084

El TL084 es un integrados de alta velocidad, con entrada de cuadruplicadores de

operación, incorporando transistores bipolares, de alta tensión, bien acoplados en un circuito

integrado monolítico. Los dispositivos presentan altas velocidades, bajos sesgos de entrada

y Corrientes de desplazamiento, y baja temperatura de voltaje de desplazamiento

coeficiente.


figura #11, se observa el esquema de conexiones del integrado TL084 con sus respectivos

pines de conexión.

Figura 10. Integrado electrónico TL084. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.

Marco teórico 22

Figura 11. Diagrama de conexión del integrado electrónico TL084. Información Tomada de Datasheet.



Integrado que permite el desplazamiento en serie de 8 etapas que tiene un registro de

almacenamiento asociado con cada etapa para colocar datos de la entrada en serie a la salida.

Las salidas paralelas se pueden conectar directamente a las líneas comunes. Los datos se

desplazan en transiciones de reloj positivas.


figura #13, se observa el esquema de conexiones del integrado CD4094 con sus

respectivos pines de conexión.


Marco teórico 23

Figura 13. Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4094. Información tomada de Datasheet. .



CD4520 Dual Binary Up-Counter consisten en un contador, sincrónico internamente, de

4 etapas. Las etapas Counter son flip-flops tipo D que tienen líneas CLOCK y ENABLE

intercambiables para incrementar tanto la transición positiva como la negativa. Para la

operación de una sola unidad, la entrada ENABLE se mantiene alta y el contador avanza en

cada transición positiva del RELOJ. los contadores se borran por niveles altos en sus líneas

RESET.



pines de conexión.

Figura 14. Integrado electrónico CD4520. Información tomada directamente del autor. Elaborada por el

autor.

Marco teórico 24




Son interruptores analógicos controlados digitalmente que tienen una impedancia de

encendido baja y una corriente de fuga de apagado muy baja. Estos circuitos multiplexores

se disipan extremadamente.



pines de conexión.


Marco teórico 25




El Harris CD14070B consta de 4 puertas Exclusivas OR independientes y 4 puertas

exclusivas-NOR. El CD4070B, proporcionando al diseñador del sistema utilizar el mismo

integrado con un medio Exclusiva-O y funciones exclusivas-NOR.



pines de conexión.


Marco teórico 26



2.2.6.8 Integrado LF356

Los circuitos LF356 son amplificadores operacionales monolíticos de entrada J-FET que

incorporan J-FET de alto voltaje bien adaptados en el mismo chip con transistores bipolares

estándar. Estos amplificadores presentan una baja polarización de entrada y corrientes de

compensación, baja tensión de compensación de entrada y deriva de tensión de

compensación de entrada, junto con un ajuste de compensación que no degrada la deriva o

el rechazo en modo común.


figura #21, se observa el esquema de conexiones del integrado LF 356 con sus respectivos

pines de conexión.

Figura 20. Diagrama de conexión del integrado electrónico LF 356. Información tomada de Datasheet.


En el anexo 1, se puede observar el datasheet de los integrados mencionados anteriormente.

Marco teórico 27

Figura 21. Diagrama de conexión del integrado electrónico LF356. Información tomada de Datasheet.


2.2.6.9 Placa de Circuito Impreso

Las placas de circuitos electrónicos Según Inca y Rengifo (2015) son: “superficies

constituida por pistas que facilitan la conducción eléctrica, montadas sobre un material que

actúa como aisladora o no conductora”.

Según Salas, Pérez, Ramírez (2018) La placa de circuito “es una plancha de material

rígido aislante, cubierta por unas pistas de cobre en una de sus caras o en ambas, para servir

como conductor o de interconexión eléctrica entre los distintos componentes que se

montarán sobre ella”, además agrega que “La materia prima consiste en una base aislante,

típicamente de “fibra de vidrio” o “Baquelita” recubierta completamente por una lámina fina

de cobre”.

Todos los dispositivos electrónicos, constan internamente de una placa de circuito

impreso (PCB) diseñada previamente como base para que sobre esta vayan ubicados

elementos electrónicos que realizan una función específica, existiendo el método de

fabricación casera y la solución por cloruro férrico, (Arrivillaga, 2015).

Según Salas, Pérez, Ramírez (2018) la clasificación de las técnicas para la elaboración

de PCBs son:

• Elaboración de PCB mediante ataque Químico.

• Elaboración de PCB por máquinas Fresadoras o sin utilizar Químicos.

En la figura #22, se muestra una placa en la cual se ha impreso un circuito electrónico de

manera artesanal, utilizando un marcador para crear las pistas del circuito.

Marco teórico 28

Figura 22. Placa de circuito impreso. Información adaptada directamente del autor. Elaborado por

Pillasagua Oviedo Steven Leonardo

2.2.7 Modulación de señales

Según menciona EcuRed (2012) “Consiste en variar determinado aspecto de una señal

denominada portadora con respecto a una segunda señal denominada señal moduladora,

generando finalmente una "señal u onda modulada"”.

(Briceño, 2005) afirma que los tipos de modulación se clasifican según el sistema de

transmisión:

Analógicas: Cuando la señal portadora y la moduladora son analógicas.

• Modulación de amplitud, AM

• Modulación de frecuencia, FM

• Modulación de fase, PM

Digital: Cuando la señal portadora es analógica y la señal moduladora es digital.

• Desplazamiento de amplitud, ASK

• Desplazamiento de frecuencia, FSK

• Desplazamiento de fase, PSK

https://www.ecured.cu/Amplitud_Modulada

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https://www.ecured.cu/Modulaci%C3%B3n_de_frecuencia

https://www.ecured.cu/Modulaci%C3%B3n_de_frecuencia

https://www.ecured.cu/Modulaci%C3%B3n_de_fase

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https://www.ecured.cu/Modulaci%C3%B3n_ASK

https://www.ecured.cu/Modulaci%C3%B3n_ASK

https://www.ecured.cu/FSK

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https://www.ecured.cu/index.php?title=Modulaci%C3%B3n_PSK&action=edit&redlink=1

https://www.ecured.cu/index.php?title=Modulaci%C3%B3n_PSK&action=edit&redlink=1

Marco teórico 29

El presente proyecto de titulación trata sobre la implementación de un módulo

PSK/QPSK, por ello se tratará sobre los conceptos básicos de las modulaciones digitales en

cuestión.

2.2.7.1 Modulación PSK (Phase Shift Keying)

PSK o modulación por desplazamiento de fase, es una técnica de modulación digital que

consiste en hacer varias la fase de la portadora dependiendo los valores de la entrada digital.

Las distintas modulaciones posibles que se pueden generar en PSK, depende de la porción

de información que se desee transmitir, por ello existen las siguientes denominaciones:

BPSK la cual trabaja a 2 fases, QPSK que trabaja a 4 fase y 8-PSK con 4 fases, cabe recalcar

que a mayor fase más sensibilidad al ruido. Una de las mayores ventajas que existe es que

la potencia que con que se transmite la información es constante, (Villa & Rojas, 2009).

Figura 23. Diagrama de bloques del modulador PSK. Información Tomada de libro Tomasi. Elaborado por

el autor.

En la figura #23, se observa el diagrama de bloques del modulador PSK/QPSK, en el

cual entra una señal binaria que contiene la información 𝑓(𝑡), que puede tener entre 2 valores

+-1, también se considera una señal portadora cos(𝑤𝑐 𝑡).

𝐹𝑝𝑠𝑘(𝑡)=𝐹(𝑡) cos𝑤𝑐𝑡 = {−𝑐𝑜𝑠 𝑤𝑐𝑡, 𝑠𝑖 𝑓(𝑡) = −1𝑉; 0 𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑜

+ cos𝑤𝑐𝑡 , 𝑠𝑖 𝑓(𝑡) = +1; 1 𝑙𝑜𝑔𝑖𝑐𝑜

Por ello la señal de salida de la modulación PSK, se la observa en la figura N# 24.

Marco teórico 30

Figura 24. Señal binaria de información y Señal modulada PSK. Información Tomada de libro Tomasi.

Elaborado por el autor.

2.2.7.2 Modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

Es una de las variaciones de la modulación PSK más utilizada, conocida también como

transmisión por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK), es una modulación de

codificaciones M-ario, donde M=4 (por ello el nombre de “cuaternario”), son posible cuatro

fases de salida para una sola frecuencia de la portadora. La entrada a un modulador QPSK,

es una señal que tiene base 2(binaria) y permite obtener cuatro posibles condiciones,

distinguiendo 2 canales: I y Q, como posee 2 bits se tendrá las siguientes condiciones: 00,

01, 10, 11 que se combinan en grupo de 2 que son llamados dibits (Loja, 2014).

En la figura #25 se observa el circuito modulador, en el cual ingresan dos Bit, I y Q, la

señal I se la multiplica con la portadora senWct, algo similar se hacer con el bit Q que se

multiplica con el desfazador de 90° cosWct como proceso final se suman ambas señales,

obteniendo la señal QPSK.

Figura 25. Sistema modulador QPSK. Información Tomada de Quínde Angee. Elaborado por el autor.

X

Σ

𝑉 (𝑡)

𝑤𝑐(𝑡)

𝑉 (𝑡)

X

-900

𝑤𝑐(𝑡)

𝑜𝑠 𝑤𝑐(𝑡)

I Q

𝑜𝑠 𝑤𝑐(𝑡)

Marco teórico 31

Salida de los multiplicadores:

-Canal I: +cos(𝑤𝑐 𝑡) y −cos(𝑤𝑐 𝑡)

-Canal Q: +sin𝑊𝑐(𝑡) y −sin𝑊𝑐(𝑡)

𝑉 𝑝𝑠𝑘(𝑡) = cos(𝑤𝑐 𝑡) + sin𝑊𝑐(𝑡)

En la tabla #2, se muestra las posibles fases de salida de un modulador PSKQPSK.

Tabla 2. Fases de la modulación QPSK.

Fases de salida VQPSK(t)

Entrada binaria Fase de salida

I Q

0 0 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 − 135°)

0 1 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 + 135°)

1 0 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 − 45°)

1 1 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 + 45°)

Tabla 2. Información tomada del libro de Sistemas de comunicaciones. Elaborado por el autor.

La forma de la onda QPSK, que se genera dependerá de las distintas instancias binarias,

como se muestra en la figura #26.

Figura 26. Representación grafica de señal modulada QPSK. Información Tomada de libro Tomasi.

Elaborado por el autor.

Ejemplo:

I=1, Q=1

Se realiza el siguiente calculo.

Vqpsk= +cosWct + senWct

SEÑAL MODULADORA

SEÑAL PORTADORA

SEÑAL MODULADA

Marco teórico 32

Vqpsk=(√(1)2 + (1)2).=√2

∅=tg−1 (1

1)=45°

∅ = 90° − 45° = 45°

En la figura #27 se muestra la representación gráfica de símbolos digitales I=1 y Q=1,

recibidos en un periodo de tiempo conocido también como diagrama de constelación.

Figura 27. Diagrama de constelación QPSK. Información Tomada de libro Tomasi. Elaborado por el autor.

2.3 Marco Legal

Las leyes o normas donde se fundamenta el presente trabajo de titulación llamado

“IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE PRÁCTICA PSK/QPSK” son los

siguientes:

La Constitución del Ecuador (2008), en el Título VII “Régimen del Buen Vivir”, en el

Capítulo primero en la Sección Primera “Educación” establece lo siguiente:

“Art.347 Será responsabilidad del estado:

Fortalecer la educación pública y la coeducación; asegurar el mejoramiento permanente

de la calidad, la ampliación de la cobertura, la infraestructura física y el equipamiento

necesario de las instituciones educativas públicas.

Incorporar las tecnologías de la información y comunicación en el proceso educativo y

propiciar el enlace de la enseñanza con las actividades productivas o sociales.

Art. 350: “El sistema de educación superior tiene como finalidad la formación académica

y profesional con visión científica y humanista; la investigación científica y tecnológica; la

innovación, promoción, desarrollo y difusión de los saberes y las culturas.”

Marco teórico 33

Según la (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018)

indica en el Art.8 Fines de educación superior: la educación superior mediante este articulo

expone los siguientes fines:

Aportar al desarrollo del pensamiento universal, al despliegue de la producción

científica, de las artes y de la cultura y a la promoción de las transferencias e innovaciones

tecnológicas.

Fomentar y ejecutar programas de investigación de carácter científico, tecnológico y

pedagógico que coadyuven al mejoramiento y protección del ambiente y promuevan el

desarrollo sustentable nacional en armonía con los derechos de la naturaleza

constitucionalmente reconocidos, priorizando el bienestar animal.

Impulsar la generación de programas, proyectos y mecanismos para fortalecer la

innovación, producción y transferencia científica y tecnológica en todos los ámbitos del

conocimiento.

En el Art.13 Funciones del Sistema de Educación Superior como indica la (Ley Orgánica

Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018) establece que son funciones

del Sistema de Educación Superior:

Promover la creación, desarrollo, transmisión y difusión de la ciencia, la técnica, la

tecnología y la cultura.

Formar académicos, científicos y profesionales responsables, éticos y solidarios,

comprometidos con la sociedad, debidamente preparados en todos los campos del

conocimiento, para que sean capaces de generar y aplicar sus conocimientos y métodos

científicos, así como la creación y promoción cultural y artística.

Según la (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018)

en el Art.35 expone lo siguiente:

“Obtención de recursos para investigación, ciencia, tecnología e innovación sean

oportunos, efectivos y permitan el desarrollo de un interés permanente de los investigadores

y docentes.”

Según el Art.96 de la (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación

Superior, 2018) indica:

“El aseguramiento interno de la calidad, es un conjunto de actividades que llevan a las

carreras, programas académicos; en coordinación con otros actores del Sistema de

Educación Superior”.

Según (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018)

mediante su Art. 109 manifiesta que para la creación de universidades o escuelas

Marco teórico 34

politécnicas públicas se deberá contar con la certificación del Ministerio de Economía y

Finanzas para la creación de la partida presupuestaria correspondiente, que garantice su

financiamiento, que contenga los siguientes requisitos:

Infraestructura tecnológica propia y laboratorios especializados.

Contar con bibliotecas, hemerotecas, videotecas y más recursos técnicos pedagógicos

que garanticen un eficiente aprendizaje y los demás requisitos que consten en el reglamento

que para el efecto expida el Consejo de Educación Superior.

Capitulo III

Metodología

3.1 Descripción de proceso metodológico

La finalidad de este proyecto de titulación fue de optimizar y agilizar los procesos que

son necesarios para desarrollar las prácticas experimentales propuestas por el docente

encargado de impartir la clase y brindar sus conocimientos en la materia de simulación de

sistemas, mediante la implementación y el correspondiente uso de un nuevo equipo

electrónico de alta tecnología, que fue adaptado a la necesidad con la que cuenta el

laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera Universitaria de Ingeniería

en Teleinformática, complementando así la metodología teórica.

El módulo implementado, ayudó a los estudiantes de Ingeniería en Teleinformática en lo

financiero, debido a que ya no tenían que armar el circuito modulador PSK/QPSK de señales

para la materia de simulación de sistemas, ya que el módulo estaría listo para ser usado en

el laboratorio evitando que compren los componentes electrónicos, además que se

disminuyó el tiempo necesario para realizar sus prácticas. Para realizar este trabajo, se

usaron las siguientes metodologías bibliográfica, aplicada y experimental.

Una parte que fue muy importante y significativa en la elaboración y ejecución de esta

tesis fue poner en práctica los conocimientos repasados y adquiridos en la etapa de estudiante

en la Carrera Universitaria de Ingeniería en Teleinformática, sobre las modulaciones de

señales digitales PSK/QPSK, que permitió tener una idea clara sobre los objetivos a cumplir

al realizar las prácticas utilizando el equipo electrónico implementado.

3.2 Diseño de la investigación

Se usaron 3 metodologías esenciales para desarrollar con éxito este proyecto de

titulación, las cuales envolvieron toda el área requerida, dentro de estas 3 metodologías se

encuentran la bibliográfica, aplicada y experimental.

La metodología bibliográfica se basó en la recolección de datos, a partir de trabajos

investigativos, estudios, artículos científicos, libros, etc, realizados con anterioridad, que

proporcionaron información necesaria y adecuada, relacionada con el tema, la cual fue útil

para la obtención de conocimientos que ayudó a comprender el estado del problema a tratar

y las posibles soluciones.

la metodología aplicada se basó en utilizar los conocimientos adquiridos en la etapa

estudiantil para el desarrollo e implementación de nuevas tecnologías, que ayuden al bien

Metodología 36

común de todos los habitantes, en este en caso beneficio de los estudiantes y docentes de la

Carrera de Ingeniería en Teleinformática.

Con la metodología experimental se realizó la implementación ubicada en el laboratorio

de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática, para que

se compruebe el preciso funcionamiento del módulo que se implementó. Dentro del proyecto

de titulación, se desarrolló una guía de uso del módulo, la que establece un modelo a seguir

teórico-práctico.

3.3 Enfoque de la investigación

El proyecto de titulación se desarrolló a través de las metodologías: bibliográfica,

aplicada y experimental, en la cual se mezclaron en el mismo laboratorio de clases la teoría

impartida por el docente y la práctica, mediante el uso de la implementación del módulo

PSK/QPSK integrado en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones que ayudó a la

comparación y obtención de resultados fiables, además que se demostró la optimización del

tiempo y ahorro de recursos económicos que solían utilizar los estudiantes en la ejecución

de las prácticas experimentales.

3.3.1 Metodología Bibliográfica

En esta metodología, se efectúo una exploración de información bibliográfica en la cual

se usaron distintas técnicas y estrategias que ayudaron a la obtención de información, la

investigación se llevó a cabo en distintos medios, ya sean tesis, libros, páginas web, artículos

y revistas desarrolladas por diferentes autores alrededor del mundo, se recopilo

información necesaria, en este caso la que trato sobre la importancia de la implementación

de un módulo electrónico, la eficiencia del uso de los laboratorios de prácticas

experimentales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de los estudiantes para la

comprensión adecuada de los conocimientos que se imparte y los beneficios que brindan.

Además, se realizó una investigación sobre las modulaciones PSK/QPSK y el uso que se

les da a estas técnicas en la vida cotidiana de los seres humanos, beneficiándolos en su

desarrollo social, económico, etc.

El uso de esta metodología fue muy conveniente al momento de obtener información

adecuada para desarrollar sin problemas el presente proyecto de titulación, ya surgió la

necesidad de investigar mucho sobre el contenido y tener conocimientos sobre los materiales

y herramientas que se usaron para la creación de dicho proyecto.

Metodología 37

3.3.2 Metodología aplicada

Fue una metodología útil para el progreso de este proyecto, permitió poner en práctica

el conocimiento teórico y práctico que se adquirio durante las clases recibidas en la Carrera

estudiada, en productos, diseños, simulaciones e implementaciones de soluciones

potenciales a distintos problemas que se pueden suscitar en cualquier área, como fue en este

caso en el ámbito estudiantil, específicamente en el laboratorio de

Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática que le

faltaba un equipo electrónico que ayude al estudiante a desarrollar sus prácticas

disminuyendo el uso de recursos, aumente el nivel de aprendizaje y además sea económico

de desarrollar e implementar.

3.3.3 Metodología Experimental

La metodología experimental, se basó en la implementación del módulo PSK/QPSK en

la que se usaron distintos materiales y herramientas que se describieron en el capítulo

anterior y con el diseño del correspondiente circuito electrónico en una placa de circuito

impreso.

Con dicha implementación, se pudo realizar la ejecución de este proyecto investigativo,

se comparó la manera tradicional mediante la cual se realizan las prácticas experimentales

sobre modulaciones PSK/QPSK hasta el momento en el laboratorio de

Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la

Universidad de Guayaquil, con la manera en que se realizará a partir de ahora gracias a la

implementación del módulo PSK/QPSK.

El estudio de la metodología experimental se desarrolló de la mano con la realización de

las prácticas sobre los sistemas de modulación PSK/QPSK utilizando la nueva herramienta

a implementar como lo es el módulo electrónico.

Se pretendió evidenciar la importancia de realizar las prácticas experimentales dentro del

laboratorio, usando nuevas herramientas y avances tecnológicos que genere a los estudiantes

una mejor comprensión de la materia fortaleciendo los conocimientos y aclarando dudas

sobre la modulación.

3.4 Análisis Bibliográfico sobre la necesidad de implementar un Modulador

PSK/QPSK

Se revisaron fuentes bibliográficas, las cuales pusieron en evidencia la necesidad que

tiene el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en

Metodología 38

Teleinformática de la Universidad de Guayaquil de contar con herramientas tecnológicas

que ayuden al desarrollo de las prácticas por parte de los estudiantes, para afianzar sus

conocimientos teóricos. Los documentos bibliográficos corresponden a estudiantes ya

Graduados de Ingenieros en teleinformática, que realizaron sus tesis utilizando el laboratorio

de Networking/Telecomunicaciones o su entorno. A continuación, se realiza el análisis de

la información bibliográfica acerca de la necesidad de equipos tecnológicos.

(Vélez J. , 2018) en su trabajo de titulación llamado “ANÁLISIS CUANTITATIVO

DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN DIGITAL ASK, FSK Y BPSK “ destaca

las falencias y problemas que se producen al no tener equipos o herramientas tales como

MatLab, generadores, medidores etc en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones,

además del beneficio que podría tener al contar con un laboratorio bien equipado con

tecnología que ayude a mejorar la metodología de enseñanza y formación de futuros

profesionales en la Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil.

Según (Duche, 2018) en su trabajo de tesis llamado “IMPLEMENTACIÓN EN

SOFTWARE DE LOS SISTEMAS DE MODULACIONES ANALÓGICAS” enfatiza en la

necesidad de contar con distintos equipos tecnológicos que son indispensable para el

desarrollo de las prácticas en el Laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, también

afirma que estos pueden generar y mostrar señales que son requeridas al momento de realizar

prácticas que tengan relación con el área de las Telecomunicaciones, aclarando las

consecuencias de no contar con estos equipos y beneficios que brindaría el adquirir o

implementar estas herramientas. en un futuro.

Según (Pelchor, 2018) en su trabajo de titulación llamado “ANÁLISIS

CUANTITATIVO DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN ANALÓGICOS

AM Y FM “, afirma que las prácticas experimentales contribuyen al mejoramiento de la

calidad de estudio, debido a que permite adquirir destrezas que necesita un profesional para

salir adelante como Ingeniero, todo esto contando con los equipos adecuados en los

laboratorios.

3.4.1 Resultado

Al realizar el análisis a las investigaciones bibliográfica de otras tesis, se determinó que

en todas se identifica la necesidad de tener equipos electrónicos que mejoren los procesos

de enseñanza y aprendizaje en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la

Carrera de Ingeniería en Teleinformática, por ello es preciso la adquisición e

implementación de nuevas herramientas tecnológicas que permitan un mejor progreso

Metodología 39

educativo de los estudiantes de Ingeniería en Teleinformática. La falta de un modulador

PSK/QPSK, está entre las necesidades de equipos que faltan en el laboratorio, por ello se

implementará un equipo modulador PSK/QPSK para que beneficie a los estudiantes que

realicen prácticas experimentales de la materia de simulación de sistemas.

Capitulo IV

Desarrollo de la propuesta

En este capítulo del proyecto de titulación se explicará el desarrollo de la propuesta dada

por el estudiante, además de las herramientas y materiales con los que se diseñará,

comprobará e implementará el modulador PSK/QPSK el cual estará ubicado en el

laboratorio de prácticas de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en

Teleinformática de la Universidad de Guayaquil, servirá específicamente para realizar las

prácticas experimentales de la materia de simulación de sistemas que los estudiantes de 8vo

semestre deben cursar para el correcto manejo de señales que les servirá en su vida

profesional.

Debido a la falta de equipos electrónicos especiales que contribuyan en el aprendizaje del

estudiante, captar correctamente esta materia hasta el momento presenta inconvenientes ya

que las prácticas que ayudan a consolidar los conocimientos teóricos no se las puede llevar

a cabo con eficiencia.

Teniendo en cuenta la manera actual en que se realizan las prácticas experimentales en el

laboratorio de la Carrera de Ingeniería en teleinformática, se pretende demostrar que la

implementación del módulo electrónico PSK/QPSK aportará beneficios tanto a los

estudiantes como a los docentes.

Es indispensable:

1) Contar con el diagrama del circuito electrónico que se desea implementar como

módulo para prácticas.

2) Diseñar el circuito modulador en una herramienta que permita digitalizarlo para

después imprimirlo sobre una placa de circuito impreso (PCB), para ello se utiliza el

software Eagle.

3) Tener los materiales los cuales son: circuitos integrados, resistencias,

potenciómetros, capacitores, diodos, la placa para la impresión del circuito

electrónico y el ya mencionado diseño de circuito y simulación.

Con la implementación del módulo, se pretende afianzar los conocimientos teóricos

obtenidos en el periodo lectivo, reducir el uso de recursos (tiempo y dinero) que beneficien

a los estudiantes y docentes, además de ayudar a demostrar que los laboratorios son

indispensables en la formación del estudiante como profesional en la Carrera de Ingeniería

en teleinformática.

Desarrollo de la Propuesta 41

4.1 Diagrama del circuito de la modulación PSK/QPSK

Primero se debe tener el diagrama del circuito electrónico que se desea implementar en

un módulo para prácticas, este se lo observa en la figura #28 mientras que en el anexo 4 se

agregan los Datasheet de los circuitos integrados utilizados en esta implementación, dicho

circuito debe estar bien diseñado en el software Eagle para su impresión en la placa

respectivamente.

A partir de este diseño, se creará el diagrama esquemático y diagrama de circuito impreso

en el software Eagle que permite desarrollar PCB, hay que considerar que, aunque el software

no es complicado de manejar, se debe tener conocimientos básicos sobre el manejo de este

para evitar errores o confusiones que por pequeñas que sean afectarían el diseño que se

implementará.


Figura 28. Diagrama del circuito modulador PSK/QPSK Información tomada de investigación de trabajo.

Elaborado por Sánchez Veloz Gonzalo Ramiro.

.

Se enlista los materiales, cantidad y sus correspondientes valores que son utilizados para

la implementación del módulo PSK/QPSK, véase en el anexo 2.


4.2 Diseño del circuito PSK/QPSK en Eagle para la impresión en la placa de circuito

impreso.

Es necesario traspasar el esquema electrónico del circuito a un programa que permita

diseñar el circuito en digital para su posterior impresión en una placa de circuitos impreso

(PCB). El programa escogido será Eagle que cuenta internamente con herramientas y

opciones que permiten realizar un diseño adecuado sin mayores problemas, dicho diseño será

representado en el diagrama esquemático y diagrama de circuito impreso que tienen sus

funciones particulares como se verá más adelante en este capítulo.

El software Eagle tiene una interfaz amigable y fácil de usar para el usuario, destinado al

diseño de circuitos para que sean impresos en placas PCB, por ello el uso de esta herramienta

que no requiere mucho conocimiento para el desarrollo de este proyecto.

Consideraciones que se deben tener en cuenta al realizar el diseño del circuito impreso de

este proyecto de titulación:

1) Se deben utilizar los editores de diagrama esquemático y de diseño de circuito

impreso incluidos en Eagle, cada uno tiene una función importante que les permite

complementarse.

2) Algunas veces suelen no estar todos los elementos electrónicos en las librerías que

están incluidas por defecto en el software esto depende de la versión Eagle, para ello

se las agrega siguiendo un conjunto de pasos. En este caso todos los elementos para

el diseño del circuito se han encontrado dentro de las librerías por lo tanto no se

agregaron nuevas.

4.2.1 Diagrama esquemático en Eagle

Primero se debe crear un diagrama esquemático en Eagle, interfaz que permite

representar todos los elementos electrónicos que formarán parte del diseño y observar las

conexiones internas, por ello se selecciona la opción “Schematic” que se muestra al crear un

nuevo proyecto. En la figura N# 29 se observa la ventana del diagrama esquemático sobre

la cual se monta los dispositivos.


Figura 29. Ventana del editor de diagrama esquemático del circuito en Eagle. Información adaptada de

Eagle. Elaborado por el autor

En la Figura #30 se muestra todos los elementos electrónicos que irán en la placa de

circuito impreso, es necesarario que esten ubicados y ordenados de manera correcta, ya que

de esto depende el diagrama de circuito impreso.

Figura 30. Elementos electrónicos ubicados en el editor esquemático de Eagle. Información adaptada

Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo


En la Figura #31 se muestra correctamente conectados todos los elementos en sus pines.

Verificar detalladamente al momento de realizar las conexiones debido a los errores que

pueden generarse mas adelante en la implementacion.

Figura 31. Elementos electrónicos conectados correctamente en sus Pines. Información adaptada de Eagle.

Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.

|

4.2.2 Diagrama de circuito impreso

Lo siguiente será cambiar el editor de diagrama esquemático a diagrama de circuito

impreso, en dicha ventana se muestra todos los integrados que se agregaron anteriormente

de manera desordenada y sobre el cual se trazan las pistas que conducirán en el circuito

impreso, como se muestra en la figura #32.


Figura 32. Elementos electrónicos ubicados en el editor de diagrama de circuito impreso. Información

adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.

Se procede a ocultar las líneas de Ruteo que son las de color azul (capa 1) y rojo (capa

2), con el propósito de distinguir de mejor manera los materiales para su debida ubicación

sobre el diagrama. En la figura #33 se muestra como quedaría la placa con sus elementos

sin las pistas.


Figura 33. Elementos electrónicos ubicados de forma correcta en el editor de diagrama de circuito impreso.

Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.

En la figura #34 se muestra que los elementos electrónicos en el diagrama de circuito

impreso han sido ordenados, dándole una idea de funcionamiento y mejor estética para

imprimirlo, además de conectados con sus pistas.


Figura 34. Elementos electrónicos ubicados y conectados con sus pistas correspondientes. Información

adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.

En esta Figura #35 se muestra la capa inferior (Bottom) del circuito electrónico que se va

a imprimir con sus correspondientes pistas, es la capa principal del diseño de este proyecto,

el color azul de relleno representa la capa de cobre q cubrirá a la placa de circuito.


Figura 35. Capa inferior del circuito impreso. Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua

Oviedo Steven Leonardo.

La capa superior (Top) se observa en la figura #36 se la reconoce por el color rojo, esta

capa se la crea por la complejidad del circuito electrónico y la necesidad de trazar pistas una

encima de otra, las conexiones que se muestran están ubicadas en la parte de superior

sobresaliendo con los integrados, pero no los afecta.


Figura 36. Capa superior del circuito impreso. Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua


4.3 Construcción de la placa para circuito impreso

Para realizar la impresión del circuito sobre la placa de cobre, a continuación, se detallan

los pasos y en el anexo 3, se agregan imágenes de dichos procesos:

Selección de la plancha de cobre: Se conseguí una plancha de cobre que es la materia

prima principal, esta debe tener las medidas que necesita el circuito para ser impreso, en el

caso del modulador de señales PSK/QPSK es una plancha de 37cm x 28cm.

Perforación: Los taladros automáticos, están programadas para realizar el proceso de

perforación de acuerdo con el diseño del circuito que desea imprimir, estas perforaciones

deben quedar exactas para que no haya inconvenientes.


Deposición de cobre recubrimiento: Se procede a recubrir la plancha con una capa de

cobre para tapar los desperfectos que puede dejar el taladro de la máquina para que la placa

siga teniendo en toda su base la propiedad de conducir.

Imagen de las capas externas: En la parte superior e inferior de la placa de circuito

impreso se ubica una película seca que se pegara firmemente con luz ultravioleta, esto es

para proteger el cobre que se desea mantener de acuerdo con el diseño, mientras que el cobre

restante será removido al igual que la capa de color azul con solución alcalina.

Inspección óptica automática: Ahora hay que asegurarse internamente en la placa

(AOI) todo este bien, este proceso es realizado por un robot que proyecta una luz intensa por

toda la placa, esto permite escanear el diseño de la placa física y compararlo con el diseño

que se desea obtener.

Máscara de soldadura: Rociadores especiales se encargan de aplicar una fina Máscara

de soldadura sobre la placa, esto con el fin de protegerla de algún elemento externo que la

pueda afectar, esta liquido se endurece al entrar en contacto con luz ultravioleta.

Serigrafía: El proceso de serigrafiado de una placa de circuito impreso es muy similar

al de una camisa de vestir, en un cuadro grande se estira un lienzo de seda con el diseño que

se desea imprimir, que por lo general suelen tener los nombres o símbolos de los elementos

electrónicos, esto sirve como guía para la ubicación de cada material al ensamblarlo.

Nivelación de soldadura de aire caliente: Se lo cubre de un líquido conductor para

asegurar que después del serigrafiado, la placa siga manteniendo sus propiedades de

conducción que permitirá conectar los materiales entre sí. al salir del líquido, se monta sobre

una máquina que brinda calor para su secado instantáneo.

Prueba eléctrica: Como último, se prueba si la PCB tiene algún corto circuito o fallo al

conducir por sus líneas, la máquina conocida como “pique deavispa”, se encarga de tocar

con sus pinzas finas los puntos conductores de la placa donde irán ubicados los elementos

electrónicos, comprobando que haya continuidad, funcionando correctamente.

Inspección final: Se observa el producto final por encima a vista de ojo humano, la placa

debe contener todas sus líneas conductoras de cada lado en el caso que sean de doble capa.

4.4 Ensamblaje de la placa

Ensamblar es la unión de unir piezas con el propósito de que encajen perfectamente entre

sí y cumplan con su objetivo. En el caso de este proyecto será la unión de elementos

electrónicos para crear un modulador PSK/QPSK.


En la figura #37 se observa las herramientas que ayudarán al desarrollo de este trabajo

serán las siguientes:

• Cautín

• estaño

• Pasta para soldar estaño

• Pinza

Figura 37. Herramientas para ensamblar el modulador. Información tomada directamente del autor.


En la figura #38, se observa los materiales o elementos electrónicos necesarios para la

implementación:

• Placa de circuito impreso

• Integrados electrónico

• Resistencias

• Capacitores

• Diodos

• Potenciómetros

• Puentes eléctricos

• Adaptadores para circuitos integrados


Figura 38. Materiales para ensamblar el modulador. Información tomada directamente del autor.


Utilizando la herramienta Cautin, estaño y la pasta para estaño, se procede a ensamblar

cada elemento electrónico en su sitio como se observa en la figura #39, cabe recalcar que la

placa en su parte superior tiene serigrafiado en su correspondiente ubicación el diseño de

todos los materiales que se utilizaran, por lo cual habrá menos posibilidad de errores si se

sigue el diagrama del circuito visto anteriormente.

Figura 39. Ensamblado de placa de circuito impreso. Información tomada directamente del autor.

Elaborado Pillasagua Oviedo Steven Leonardo

En la figura #40, se observa la placa de circuito impreso ya está ensamblada y lista para

ser implementada como modulador de señales PSK/QPSK en el laboratorio de

Networking/telecomunicaciones.


Figura 40. Placa de circuito impreso ensamblada. Información tomada directamente del autor. Elaborado

por el Pillasagua Oviedo Steven Leonardo

4.5 Implementación del modulador PSK/QPSK

Para implementar el modulador, se necesita:

• contar con un espacio adecuado, en específico el laboratorio de

Networking/Telecomunicaciones.

• Modulador PSK/QPSK ensamblado y listo para ser usado.

• Equipo NI ELVIS II, como generador de la señal moduladora y como un

osciloscopio.

• Computadora.

• Puentes o conectores.

El modulador PSK/QPSK y NI ELVIS II, deben ser conectados entre sí por medio de los

puentes, para que realicen la comunicación necesaria para generar, probar y medir señales,

además de una computadora conectada al equipo NI ELVIS II que permita mostrar la señal

saliente modulada.


Figura 41. Implementación del modulador PSK/QPSK. Información tomada directamente del autor.

Elaborado por el Pillasagua Oviedo Steven Leonardo

4.5.1 Pruebas realizadas al modulador PSK/QPSK

En este punto se realiza el procedimiento de comprobación para obtener información que

ayude a comprobar si los resultados de la modulación PSK/QPSK están dentro de los limite

normales.

El integrado ICL8038 se encarga de generar las señales necesarias para empezar este

proceso, la señal cuadrada que se observa en la figura #42 es la encargada de determinar si

el modulador opera en modo PSK o QPSK, mientras que se observa en la figura #43 la señal

portadora(senoidal) de frecuencia 9,540KHz.


Figura 42. Señal cuadrada generada por el integrado ICL8038. Información adaptada de NI ELVIS II


Figura 43. Señal senoidal generada por el integrado ICL8038. Información adaptada de NI ELVIS II


A continuación, se muestra los desfases que genera el modulador PSK/QPSK comparado

con la señal portadora, en la figura #44 se muestra el desfase a 0°, en la figura #45 se observa

el desfase a 90°, en la figura #46 se observa el desfase a 180° y en la figura #47 se observa

el desfase 270°.


Figura 44. Señal portadora desfasada 0°. comparada con la señal portadora original. Información

adaptada de NI ELVIS II. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.

Figura 45. Señal portadora desfasada 90°, comparada con la señal portadora original. Información



Figura 46. Señal portadora desfasada180°, comparada con la señal portadora original. Información


Figura 47. Señal portadora desfasada 270°, comparada con la señal portadora original. Información



En la figura #48, se observa la señal de información necesaria para el proceso de la

modulación, se ha ingresado esta señal desde el equipo NI ELVIS II.

Figura 48. Señal moduladora generado por el NI ELVIS II. Información adaptada de NI ELVIS II


En la figura #49, se observa 2 entradas cuadradas que determinan el estado de salida del

modulador.

Figura 49. Estados de salida del modulador. Información adaptada de NI ELVIS II Elaborado por

Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.


Se muestra en la figura #50, el resultado del proceso de la modulación PSK/QPSK, se

observa los desfases que se han generado.

Figura 50. Modulación PSK/QPSK. Información adaptada de NI ELVIS II. Elaborado por Pillasagua


4.6 Conclusiones

Una vez realizada la implementación del módulo PSK/QPSK, se llegó a las siguientes

conclusiones:

Los análisis que se hicieron a ciertos trabajos de tesis realizados con anterioridad en la

Carrera de Ingeniería en Teleinformática respaldan la implementación del módulo de

práctica PSK/QPSK, ya que todos denotan la necesidad de equipos tecnológicos en el

laboratorio de Networking/Telecomunicaciones.

Para realizar las prácticas de la materia de simulación de sistemas, se implementó el

módulo capaz de realizar modulaciones PSK/QPSK. El objetivo de la implementación es

que los estudiantes de Ingeniería en Teleinformática de 8vo semestre comprendan mediante

la práctica los conceptos básicos y procesos de la modulación PSK/QPSK.

En el mercado tecnológico hay variedades de softwares que permiten crear diseños de

circuitos para que estos puedan ser impresos en una placa conductora, pero por su facilidad


para trabajar y poco conocimiento requerido se ha escogido la herramienta Eagle, esta ha

ayudado en este proceso con sus múltiples opciones incluidas en el software las cuales

permiten crear 2 tipos de diagramas (esquemática y de circuito) que son indispensables para

una impresión de circuito.

Al implementarse el módulo, se tuvo fallas debido a la mal alimentación que se le estaba

dando a la placa de circuito impreso dichas fallas después se solucionaron, por ello es

importante leer la guía de práctica para no tener estos inconvenientes.

El circuito modulador PSK/QPSK es muy extenso y complejo para ser simulado en

Proteus u otro software simulador, por este motivo las pruebas de funcionamiento del

modulador se las realizaron después del ensamblado, es importante diseñar correctamente

el modulador en Eagle para que las pistas no se crucen y la selección de los materiales debido

a que, si estas acciones se las realizan bien, las pruebas arrojaran los resultados deseados.

La implementación y uso del módulo, permitió optimizar el tiempo que utilizan los

estudiantes al realizar sus prácticas, puede ser reutilizado para desarrollar otras prácticas

sobre modulación PSK/QPSK.

El módulo implementado, ha sido la solución perfecta a la perdida de recursos generadas

por la falta de equipos especiales que ayuden a los estudiantes en la compresión de la materia

de simulación de sistema, tener en cuenta que se puede implementar múltiples equipos para

distintas materias, pero con un mismo objetivo, aumentar la calidad de enseñanza en la

universidad.

La guía de práctica contiene información necesaria para usar correctamente el módulo

PSK/QPSK, y brindan a los estudiantes una orientación técnica.

4.7 Recomendaciones

una vez realizada la implementación del módulo PSK/QPSK, se llegó a las siguientes

recomendaciones:

Continuar realizando prácticas experimentales, para comprobar los conocimientos

teóricos adquiridos con valores y situaciones reales que se pueden presentar, mejorando así

el aprendizaje del estudiante.

Si se desea implementar más moduladores, se debe contar con una base teórica básica-

media sobre la modulación en cuestión, además de diseño de circuitos, electrónica y

ensamblado de circuitos electrónicos, para evitar consumir demasiado tiempo y construir

equipos eficientes.


Debido a la variedad de técnicas de transmisión de información existentes, se recomienda

seguir implementando moduladores por cada una de las modulaciones, estas le aportaran al

estudiante conocimientos sobre el tratamiento de la señal, sus ventajas, desventajas y

diferencias, brindándole la capacidad de saber cuándo y por qué se utiliza una o la otra en

las telecomunicaciones.

Realizar capacitaciones a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática

sobre las placas de circuito impreso, uso, diseño, impresiones, etc para obtener suficientes

conocimientos sobre este tema, debido a que es un área tecnológica muy aprovechable por

la falta de personas capacitadas que realicen este trabajo.

Se recomienda aprovechar al máximo el uso del equipo modulador implementado en el

laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, para una mejor compresión de la materia y

aumento del nivel de calidad de estudio.

La Carrera de Ingeniería en Teleinformática cuenta con múltiples áreas de desempeño,

debido a esto se recomienda implementar equipos tecnológicos, que no solo beneficien el

área de las telecomunicaciones sino también en programación, redes de computadoras,

electrónica, etc.

La guía de práctica debe ser usada por los estudiantes al manipular el modulador PSK/QPSK

con la finalidad de que conozcan el funcionamiento de este.

ANEXOS

Anexo 64

Anexo 1

Datasheet de circuitos integrados

Integrado CD4069

Datasheet de circuito integrado CD4069. Información tomada de Texas instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 65

Datasheet de circuito integrado CD4069. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 66

Integrado ICL8038

Datasheet de circuito integrado ICL8038. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 67

Integrado TL084

Datasheet de circuito integrado TL084. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 68

Datasheet de circuito integrado TL084. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 69

Integrado CD4094


Anexo 70


Anexo 71

Integrado CD4520


Anexo 72


Anexo 73

Integrado CD4052


Anexo 74


Anexo 75

Integrado MC14070

Datasheet de circuito integrado MC14070. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 76

Datasheet de circuito integrado MC14070. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 77

Integrado Lf356

Datasheet de circuito integrado LF356. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.

Anexo 78

Capas externas de la placa de circuito impreso Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Anexo 79

Anexo 2

Elementos electrónicos

Elementos Valores Cantidad

Resistencia 10k 5

Resistencia 36k 2

Resistencia 82k 1

Resistencia 65k 1

Resistencia 1k 7

Resistencia 22k 2

Resistencia 4.7k 3

Resistencia 15k 1

Resistencia 27k 3

Resistencia 3.3k 1

capacitor 220pf 1

Capacitor 0.01uf 2

Capacitor 470pf 1

Capacitor 0.1uf 1

Capacitor 102pf 1

Capacitor 0.001uf 2

Capacitor 1u/25v 1

Potenciómetro 100k 4

Potenciómetro 10k 1

Integrado ICL8038 1

Integrado TL084 1

Integrado CD4069 1

Integrado CD4520 1

Integrado CD4094 1

Integrado CD14070 1

Integrado CD4052 1

Filtro Pasa Bajo LF356 1

Diodo 1N4148 2

Información adaptada. Investigación del trabajo. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.

Anexo 80

Anexo 3

Pasos para la impresión de una placa de circuito impreso

Selección de la plancha de cobre. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Robots perforadores. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Anexo 81

Perforaciones realizadas sobre la placa de circuito impreso. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por

el autor.

Recubrimiento de cobre sobre la placa de circuito impreso Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el

autor.

Anexo 82

Capas externas de la placa de circuito impreso Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Eliminación del cobre sobrante Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Anexo 83

Inspección óptica de las perforaciones realizadas. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Recubrimiento de máscara de soldadura. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Anexo 84

Planchado de la máscara de soldadura. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Serigrafiado sobre la placa de circuito impreso. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Anexo 85

Placa serigrafiada y recubierta de máscara de soldadura. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el

autor.

Nivelación de soldadura con aire caliente. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Anexo 86

Prueba eléctrica sobre la placa de circuito impreso. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Inspección final. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.

Anexo 87

Anexo 3

Guía de práctica

PRÁCTICA DE LABORATORIO

Fundamento Teórico

Modulador PSK/QPSK

El proceso de modulación phase-shift keying o modulación de desplazamiento de fase

(PSK) puede considerarse como un caso especial de la modulación de fase (PM). La

modulación PSK se muestra en la Figura 19-1.

DATOS GENERALES:

CARRERA: INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA

ASIGNATURA:

No. de práctica

Calificación

TÍTULO DE LA PRÁCTICA: SISTEMA PSK & QPSK

NOMBRES:

CURSO:

PARALELO:

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

• Estudiar el principio de la modulación PSK/QPSK.

• Implementar el modulador PSK/QPSK.

Anexo 88

Figura 19-1 modulación PSK

En la Figura 19-1, la señal de portadora es una onda sinusoidal con amplitud y frecuencia

fija, la señal moduladora es la información binaria. Si la información de entrada es un bajo

(0), la señal portadora mantiene su fase. Si la información de entrada es un alto (1), la

portadora invierte su fase por 180 grados. Señales senoidales en donde existe un corrimiento

relativo de fase de 180 grados entre ellas se les conocen como señales antipolares. Este tipo

de desplazamiento de fase se conoce como PSK (BPSK) o inversión de fase (PRK).

Así como el BPSK, este esquema de modulación se caracteriza por el hecho de que la

información está contenida en la fase de la onda transmitida. En particular, en PSK

cuaternaria (QPSK), la fase de la portadora toma solamente uno de los cuatro valores

espaciadas equitativamente, tales como, 0º, 90º, 180º, y 270º. Cada valor posible de la fase

corresponde a un par único de bits llamado un dibit. Por ejemplo, se puede escoger el juego

de valores de fase para representar los códigos de Gray de di bits: 00, 01, 11, y 10. Las formas

de onda típica de la modulación QPSK están mostradas en la Figura 19-2.

Figura 19-2 modulación QPSK

Nótese que el juego de fase de PSK y QPSK mencionado anteriormente es una posible

opción. Los otros posibles corrimientos de fase de las señales PSK y QPSK se muestran en

la Figura 19-3.

Anexo 89

Figura 19-3 Posibles corrimientos de fase PSK y QPSK

La Figura 19-4 muestra un sistema de comunicación PSK/QPSK. El modulador modula

la señal portadora con la información de entrada y produce una señal modulada PSK o

QPSK. La señal modulada es transmitida a través de un medio de transmisión, tal como aire,

y fibra óptica, a la entrada del demodulador. El demodulador recibe la señal PSK o QPSK

transmitida y luego reconstruye el dato de información original.

Figura 19-4 Diagrama de bloques del sistema PSK/QPSK

La Figura 19-5 muestra los bloques funcionales de un modulador PSK/QPSK. El

generador de señal portadora provee una portadora (onda sinusoidal) a la red de conmutación

de fase y una onda cuadrada a un circuito de temporización. La red de conmutación de fase

provee cuatro salidas (0º, 90º, 180º, 270º) a las entradas del selector de datos. La salida X

del selector de datos está determinada por las entradas de selección A y B. Existen cuatro

casos:

1. Si BA=00 (Q1 =Q0=low), X=X0, la señal con corrimiento de fase es 0º.

2. Si BA=11 (Q1=Q0=high), X=X3, la señal con corrimiento de fase es 180º.

3. Si BA=01 (Q1=1ow, Q0=high), X=X1, la señal con corrimiento de fase es 90º.

4. Si BA=10 (Q1 =high, Q0=low), X=X2, la señal con corrimiento de fase es 270º.

Anexo 90

Figura 19-5 Diagrama de bloques del modulador PSK/QPSK

El circuito de temporización recibe la onda cuadrada (fc) de la salida del generador de

señal de portadora y produce dos salidas: fe a la entrada de control de carga y la señal 2fc

(doble de la frecuencia portadora) a la entrada de reloj del registro de control, así como el

generador de ciclo de sincronización.

Estas dos señales de fc y 2fc y la velocidad de transmisión (medido en bits por segundo,

bps) de la información digital de entrada son usadas para determinar si el modulador opera

en modo PSK binario o QPSK binario. Existen tres casos posibles:

a. Velocidad de transmisión = fc y no se genera ciclo de sincronización

En este caso, la velocidad de transmisión es igual a la frecuencia portadora fc y la

frecuencia del reloj es el doble de la frecuencia portadora 2fc. Un bit del juego dato digital es

cargado en el registro de control dos veces. Las salidas 00-01 del registro de control son por

consiguiente iguales, 00 o 11. La salida X del selector de datos es la señal XO o X3. Este

sistema opera en modo PSK.

b. Velocidad de transmisión = 2fc y no se genera ciclo de sincronización

En este caso, la velocidad de transmisión y la frecuencia del reloj son iguales al doble de

la frecuencia portadora, 2fc. Dos bits del juego de datos son cargados en el registro de control

cada ciclo de portadora. Las salidas del registro de control 00-01 pueden estar en 00, 01, 11,

o1 O. Este sistema por consiguiente opera en modo OPSK.

c. Velocidad de transmisión= fc o 2fc, y se genera ciclo de sincronización

Si se requiere un ciclo de sincronización, e1 circuito de control de ciclo de sincronización

producirá una señal de control para controlar el dato de salida del registro de corrimiento de

control, y luego se presenta una señal de ciclo de sincronización a la salida del modulador.

Anexo 91

En este experimento se usa el formato del ciclo de sincronización mostrado en la Figura 19-

5. Esta señal de ciclo de sincronización es diferente de las señales moduladas PSK/OPSK

mostradas en las Figuras 19-1 y 19-2.

La señal de ciclo de sincronización puede identificarse por el detector de ciclo de

sincronización en el demodulador PSK/OPSK y puede observarse como una palabra de

identificación.

Figura 19-6 Ciclo de sincronización

Descripción del circuito práctico

Modulador PSK/QPSK

La Figura 19-7 muestra el diagrama esquemático del modulador PSK/QPSK. El

generador de forma de onda de precisión chip ICL8038 sirve como el generador de portadora

que produce ondas sinusoidales por cuadradas. La frecuencia del generador de portadora está

determinada por las resistencias de temporización externas R2-R3 y el condensador C2 y es

aproximadamente 7.1 KHz. Los pines 7 y 8 están interconectados para que el generador opere

en modo VCO. La señal sinusoidal generada está conectada a las entradas de la red de

conmutación de fase que consta de dos amplificadores no inversores (U2a y U2d) y dos

amplificadores inversores (U2b y U2c). Esta red de corrimiento de fase provee cuatro

corrimientos de fase 0°, 90º, 270º, y180º a las entradas de datos XO, X1, X2, y X3 del selector

de datos (U3), respectivamente. La salida del selector de datos está determinada por el estado

de las entradas de selección A y B. Una vez que se selecciona la salida, la señal modulada

PSK/QPSK es amplificada por el amplificador no inversor U8. El potenciómetro VR5 se usa

para controlar la amplitud de salida de la señal modulada PSK/QPSK.

La onda cuadrada presente en el pin 9 de U1 está conectada a la entrada del circuito de

temporización para generar una señal con una frecuencia 2fc doble de la frecuencia portadora

por la red de duplicación de frecuencia constituido por U4b, U4c, y U5a y componentes

Anexo 92

asociados R21, R22, C6, C7. La señal 2fc está conectada a las entradas del reloj del registro

de corrimiento U7 y el contador binario de 4-bit U6a. La señal de salida del contador en 00

está conectada a los inversores U4f y U4d y al pin 1 de U7 (entrada de carga). La frecuencia

de esta señal es fe. La señal moduladora (información digital) está conectada a la entrada

DATA (pin 2) del registro de corrimiento de control U7. Las salidas 00-01 del registro de

corrimiento y la señal en TP6 pasan a través de una compuerta XOR, y luego conectado a

las entradas de selección A y B del selector de datos.

Los contadores binarios U6a y U6b se usan para determinar la generación de un ciclo de

sincronización. La frecuencia de reloj del contador binario U6a es 2fc. La salida 01 de U6a

está conectada a la entrada de reloj de U6b, tal que la frecuencia de reloj es fc/2 y la

frecuencia de 03 en U6b es fc/32. El ciclo de sincronización se genera solamente por la mitad

de la duración de 1<; 1 señal de salida de 03 o sea fc/16.

Anexo 93

Figura 19-7 Diagrama de circuito modulador PSK/QPSK

Anexo 94

Listado de materiales o herramientas

• Módulo PSK/QPSK

• Osciloscopio o NI ELVIS II

• 2 puntas de prueba de osciloscopio

• Cable de Energía entre Módulos

• Jumpers

Instrucciones para realizar la práctica

Medición y Ajuste del KL-94006

D1. Aplique las tensiones de suministro de alimentación +12V, -12V, y +5V requeridas

al Modulador PSK/QPSK en el Módulo KL-94006 mostrado en la Figura 19-7.

D2. Usando el osciloscopio, mida y registre las formas de onda y frecuencias en los

puntos de prueba TP1, TP2, y TP3 en la Tabla 19-2.

D3. Conecte CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP4. Mida y registre las formas

de onda y frecuencias en la tabla de resultado. Fije la amplitud de la señal en TP4

a 1Vpp ajustando VR1 y observe la diferencia de fase entre estas dos formas de

onda.

D4. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP6.Mida y registre las

formas de onda y frecuencias en la Tabla de resultados. Fije la amplitud de la señal

en TP6 a 2Vpp ajustando VR2y observe la diferencia de fase entre estas dos formas

de onda.


formas de onda y frecuencias en la Tabla. Fije la amplitud de la señal en TP5 a

3Vpp ajustando VR3y observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.


formas de onda y frecuencias en la Tabla. Fije la amplitud de la señal en TP7 a

3Vpp ajustando VR4y observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.

D7. Conecte una onda cuadrada de 500Hz, nivel TTL a la terminal Digital DATAIN.

D8. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a PSK/QPSK OUT. Mida la forma de onda y

fije la amplitud de salida a 10 Vpp ajustando VR5 y registre el resultado en la Tabla.

D9. Apague la fuente de alimentación.

Anexo 95

RESULTADOS OBTENIDOS

Medición y ajuste Módulo KL-94006

Punto de

Prueba Frecuencia Forma de Onda

TP3

TP1

TP2

Anexo 96

Punto de

Prueba

Forma de Onda y frecuencia

TP3

TP4

TP5

TP3 Y TP4

TP3 Y TP5

Anexo 97

PSK/

QPSK

OUT

TP3 Y TP6

TP3 Y TP7

TP6

TP7

Anexo 98

Conclusiones:

• En la modulación PSK/QPSK, el modulador modula la señal portadora con la

información de entrada y produce una señal modulada PSK o QPSK

• Utilizar los materiales exactos al armar el circuito, si no refleja resultados distintos a

lo esperado.

Recomendaciones:

• Se recomienda revisar la teoría, ya que brinda las bases teóricas necesarias para poder

puntualizar algunas de las posibles formas de implementar un modulador y

demodulador PSK.

• Se recomienda de forma opcional, previo al desarrollo de la práctica realizar un estudio para

saber con qué nos vamos a encontrar, haciendo uso de la herramienta Simulink del paquete

de simulación MatLab.

Anexos

¿Por qué la señal modulada PSK/QPSK posee cuatro corrimientos distintos de fase?

Debido a que la señal portadora toma 4 valores posibles, se producen 4 desplazamientos de

fase que proveerán 4 fases distintas, correspondiendo cada uno de ellos a un dibit diferente.

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