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Sistema Multiplexado por PAM (TEL152)

Descrevemos um sistema Multiplex de transmissão de sinais de áudio em 4 canais por P.A.M. (Pulse Amplitude Modulation), tendo por base as 4 chaves analógicas constantes do integrado 4066. Com a aplicação dos sinais a um transmissor óptico, o sistema pode ser usado num link de fibras ópticas de excelente desempenho. O circuito é sugerido a partir de informações contidas no manual CMOS Databook Integrated Circuits da RCA. O artigo é de 1988.

O princípio de funcionamento básico deste sistema é de fácil entendimento: 4 chaves analógicas de um 4066 são ligadas numa sequência controlada por um circuito de clock, deixando passar os sinais de áudio das 4 entradas por amostragem de curta duração.

Estes sinais podem então ser transmitidos diretamente por um cabo a um receptor, ou então por meio de uma fibra óptica, com a devida utilização de um sistema conversor (sinal elétrico/luz e luz/sinal elétrico).

No receptor temos também um conjunto de 4 chaves analógicas que fecham em sincronismo com o sinal transmitido, de modo a haver uma recuperação dos sinais que são levados à saídas distintas.

Uma possível aplicação deste sistema seria num link de áudio de 4 canais, ou num sistema de intercomunicação.

A frequência máxima do sinal de áudio que pode ser transmitido é aproximadamente 1/8 da frequência de clock.

 

O CIRCUITO

A base deste Circuito é o integrado CMOS 4066, que consiste em 4 chaves bilaterais independentes, conforme a estrutura mostrada na figura 1.

 

Figura 1 – As chaves do 4066
Figura 1 – As chaves do 4066

 

Esta chave pode controlar um sinal digital de até 15 V ou então um sinal analógico de 7,5 V de pico (7,5 – 0 - 7,5 V).

Na condição de desligada, a resistência entre os terminais desta chave é muito alta, e na condição de ativada sua resistência cai para aproximadamente125 Ω.

A tensão de controle é aplicada na comporta de um transistor de efeito de campo, o que resulta numa impedância de entrada para esta função de 1012 Ω.

A resposta de frequência de cada chave chega aos 40 MHz. E sua utilização é simples: com o controle no nível baixo, ou tensão igual à do pino 7, a chave estará desligada.

Com tensão de controle em nível alto, ou igual à do pino14,a chaye estará ligada.

Na figura 2 temos o encapsulamento deste integrado.

 

Figura 2 – Pinagem do 4066
Figura 2 – Pinagem do 4066

 

No circuito de multiplexação que propomos por Modulação de Amplitude de Pulso, o funcionamento desta chave é básico.

O 4018 recebe o sinal de clock externo que determinará a velocidade de operação do sistema, ou da comutação das chaves. Este circuito consiste num contador-divisor por N, que pode operar numa velocidade máxima de 10MHz (figura 3).

 

Figura 3 – O 4018
Figura 3 – O 4018

 

No seu interior, encontramos 5 contadores Johnson com saídas bufferizadas para excitação de cargas externas com boa corrente.

Este contador pode ser "programado" para contar até valores entre 2 e 10, o que o habilita a ser utilizado neste projeto.

Assim, as saídas deste integrado, formando um divisor por 4, são usadas para ativar em sequência as 4 chaves bilaterais constantes do 4066. Para obtermos uma decodificação apropriada, pois as saídas são em BCD, temos de contar com o auxílio de dois inversores obtidos de um 4049 e, além disso, das 4 portas NOR de um 4001.

Nos pinos 3, 4, 10 e11 do 4001 temos então o acionamento sequencial para as chaves do 4066. Estas chaves permitem a passagem, em ciclos de 4 pulsos, dos sinais das entradas correspondentes aos canais 1 a 4.

Na figura 4 temos as formas de onda que ilustram o processo.

 

   Figura 4 – Formas de onda do processo
Figura 4 – Formas de onda do processo

 

Observamos ainda a existência de um segundo 4066 que tem apenas uma de suas chaves utilizada para dar passagem á saída de acordo com os pulsos de clock que servirão para sincronizar o receptor.

O receptor opera praticamente com os mesmos componentes. Os pulsos de clock recebidos através da linha de transmissão ativam o contador-divisor por 4, formado também por um 4018.

Estes pulsos são aplicados a duas portas de um 4049 e também um 4001, de onde se obtém o acionamento sequencial do 4066.

Um segundo 4066 é ativado pelo clock para deixar passar o sinal, que então é aplicado simultaneamente às entradas das 4 chaves existentes no outro integrado.

Como essas chaves são ligadas sequencialmente, os sinais são distribuídos entre as 4 saídas. A operação é feita de modo sincronizado e assim temos a distribuição correspondendo exatamente às amostragens dos canais transmitidos.

Os FPB (Filtros Passa-Baixas) têm por finalidade eliminar a componente de alta frequência do clock e da comutação rápida das chaves.

A tensão de alimentação do circuito pode ficar entre 3 e 15 V e a velocidade máxima de operação depende das características do sistema, não superando os 10 MHz, por limitação dos próprios integrados usados.

Na figura 5 temos o diagrama do transmissor e na 6 o do receptor.

 

Figura 5 – Transmissor
Figura 5 – Transmissor

 

 

Figura 6 - Receptor
Figura 6 - Receptor

 

Como são usados basicamente só integrados, uma montagem compacta é facilmente conseguida. Os cabos de entrada e saída dos sinais devem ser blindados e os resistores são de 1/8 W.

A alimentação deve vir de fonte bem regulada, e a amplitude dos sinais de entrada não pode superar 30% da tensão de alimentação que, por sua vez, determina a amplitude do pulso de clock.

 

REFERÊNCIAS

- CMOS lntegrated Circuits RCA - 1983.

- CMOS Cookbook - Don Lancaster – Howard Sams - 1982.

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