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Parámetros de Calidad de Señal Ing. Juan Ramon Garcia Bish jrgbish@hotmail.com. Agenda.
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Parámetros de Calidad de SeñalIng. Juan Ramon Garcia Bishjrgbish@hotmail.com
Agenda • Primera Parte : Parámetros de Calidad de Señal. Ruido y Distorsiones Diferentes tecnologías • Segunda Parte : Mediciones sobre señales de CATV Prueba de perfomance Instrumentos de medición
Fuentes de Ruido • Ruido producido por el hombre : Contactos defectuosos, ruido de ignicion, alumbrado fluorescente, artefactos eléctricos. • Perturbaciones naturales que ocurren irregularmente : Relampagos, tormentas electricas, ruido intergalactico, disturbios atmosféricos. • Ruido de fluctuacion que se presenta en el interior de los sistemas físicos : Es el que analizaremos a continuación
Ruido de Fluctuación • Se produce debido a fluctuaciones espontaneas como el movimiento termico de los electrones libres dentro de un resistor y la generación/recombinación de huecos y electrones en un semiconductor. • Dos tipos básicos de ruido de fluctuacion : 1.- Ruido térmico 2.- Ruido de disparo (shot noise)
Ruido Térmico • Se debe al movimiento aleatorio de los electrones en medios conductores como los resistores . • La potencia de ruido máxima (en condiciones de adaptación) resulta directamente proporcional a la temperatura y al ancho de banda considerado : P = K.T.B Siendo : K = Constante de Boltzman = 1.38 x 10-23 Joule/°K T = Temperatura absoluta = 293 K (20 grad centig) B = Ancho de banda = 4.2 MHz (canal video) Con estos valores resulta P(dBmV) = -59 dBmV
Ruido de Disparo • Se produce en dispositivos de tubos al vacio (válvulas) y en semiconductores. • En los tubos al vacio se debe a la emisión aleatoria de electrones del cátodo. • En los semiconductores se debe a la difusión aleatoria de portadores minoritarios y a la recombinación de los pares electrón-hueco
Factor de Ruido • Es la relación entre la potencia total de ruido a la salida y la potencia de ruido a la salida debida exclusivamente a la entrada. • También puede definirse como la relación entre las relaciones potencia de señal a potencia de ruido en la entrada y en la salida del equipo. • El factor de ruido es un numero y resulta siempre superior a 1. F = Factor de ruido = (Si/Ni) / (So/No)
Figura de Ruido • Cuando el número de ruido se lo expresa en decibeles se convierte en la figura de ruido. • La figura de ruido expresa la degradación que se produce en la relación señal a ruido medida en la salida del equipo respecto a la entrada del mismo. • Con un solo amplificador tenemos : NFdB = Figura de ruido = (Si/Ni)dB – (So/No)dB
Amplificadores en Cascada • Para el primer amplificador de una cascada tendremos : (S/N)o = (S/N)i – F = Si + 59 dB – F Asi si por ejemplo el nivel de señal es de 10 dB y la figura de ruido 7 dB resulta : (S/N)o = 10 dB + 59 dB – 7 dB = 62 dB • Si tenemos varios amplificadores de ganancia G en cascada entre los cuales se intercala una atenuacion AT = G la relacion S/N al final sera : (S/N)o-n = (S/N)o-1 – 10 log n
Señal-Ruido vs Portadora-Ruido • Aunque muchas veces se los utiliza indistintamente en realidad no es lo mismo relación portadora a ruido que señal a ruido. • La relación señal a ruido en realidad contempla otros elementos como son el ruido que lleva la misma información, en nuestro caso el video. • La señal a ruido ademas contempla una ponderación del ruido de acuerdo a la respuesta propia del ojo en el caso de video o del oido en el caso del audio.
Variación relación C/N con nivel • Resulta evidente que por cada dB que aumente la señal en la entrada de un amplificador mejorará en igual proporcion la relacion Carrier to Noise en la salida del mismo. • Como contrapartida cuanto mayor sea el nivel operativo de un amplificador tanto mayor el comportamiento alineal del mismo con lo cual se incrementaran las distorsiones de la señal.
Distorsiones • La caracteristica de transferencia del amplificador no es lineal. • En la salida del amplificador aparecen componentes que no estaban presentes en la entrada del mismo.
Amplificador - Distorsiones • Amplificador ideal : v0 = k0 . vi • Distorsión de segundo orden : v0 = k0 . vi + k1 . vi2 aparecen en la salida armónicos : 2.f1 2.f2 y combinaciones tipo : f1-f2 f1+f2 • Distorsión de tercer orden : v0 = k0 . vi + k1 . vi2 + k2 . vi3 aparecen armónicos : 2.f1 2.f2 3.f1 3.f2 combinaciones : 2.f1-f2 2.f2-f1 2.f1+f2 2.f2+f1 modulación cruzada - batido triple compuesto
Degradación de la SeñalDistorsiones • Batido simple de 2 orden ==> SSO • Batido compuesto de 2 orden ==> CSO • Batido compuesto de 3 orden ==> CTB • Modulación de Zumbido ==> Hum • Modulación Cruzada ==> XM
CSO – Reglas Básicas • Cada vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de aproximadamente 4 dB en la relación portadora a batido triple compuesto. • Por cada dB de reducción en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 1 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
CTB - Reglas Básicas • Cada vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de 6 dB en la relación portadora a batido triple compuesto. • Por cada dB de reducción en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en la relación portadora a batido triple compuesto. • Esta relacionada a traves de 10.log con el numero de batidos
Modulacion CruzadaReglas Básicas • Cada vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de 6 dB en la relación portadora a batido triple compuesto. • Por cada dB de reducción en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
Diferentes Tecnologías • Single Ended (Salida simple) • Push-Pull (Salida Simétrica) • Hibridos en Paralelo (PHD o Power Doubling) • Quadra Power • Feed Foward
Tecnología Push PullCaracterísticas • En uso desde hace mas de 20 años cuando los sistemas comenzaron a transmitir mas de 13 canales. • La salida simétrica reduce los productos de distorsión de segundo orden ( si existiera un balance perfecto se podrían anular totalmente). • La integración del circuito amplificador ayuda a conseguir una mejor simetria. • Hay hibridos que tienen su perfomance optimizada para una mejor figura de ruido (entrada) y otros para una menor distorsión (salida)
Tecnología Power DoublingCaracterísticas • Como cada mitad opera a un nivel 3 dB menor se logra reducir la distorsión de tercer orden en 6 dB. • Despues de combinar ambas mitades se suman linealmente señal y distorsión manteniéndose la relación. • La inserción real de las redes de división y combinación es mayor a 3 dB y la mejora en la distorsión resulta de aproximadamente 5 dB. • Se produce una pequeña degradación de la figura de ruido ( empeora unos 0.5 dB).
Tecnología CuadrapowerCaracterísticas • Dos circuitos Power Doubling en paralelo • Mejora de 10 dB en la distorsión de tercer orden respecto a la tecnología Push Pull • Degradación de 1 dB en la figura de ruido respecto a la tecnologia Push Pull. • Incremento del consumo de energia y de la disipación.
Mediciones en Sistemas de CATV • Instrumentos básicos requeridos : 1.- Preamplificador de bajo ruido. 2.- Filtro pasabanda sintonizable. 3.- Atenuador variable. 4.- Medidor de nivel de señal (SLM) 5.- Analizador de espectro 6.- Analizador de constelaciones 7.- Medidores de tasa de error BER y MER.
