Fundamentos de Modulación por Pulsos: PWM, PPM, PAM y PCM

Modulación por Pulsos: Fundamentos y Técnicas

La modulación por pulsos incluye diferentes métodos para convertir información en forma de pulsos y su posterior transmisión. Los cuatro métodos predominantes son:

• Modulación por Ancho de Pulso (PWM)
• Modulación por Posición de Pulsos (PPM)
• Modulación por Amplitud de Pulso (PAM)
• Modulación por Pulsos Codificados (PCM)

Otro método que se suele utilizar de forma intermedia para la conversión es la modulación delta.

Conceptos Fundamentales

Muestreo

El muestreo consiste en tomar valores de referencia de una señal analógica. Estos datos deben ser tomados en intervalos regulares de tiempo. La cantidad de información muestreada marca la diferencia, para lo cual se aplica el teorema de Nyquist.

Cuantificación

La cuantificación es uno de los pasos que se siguen para lograr la digitalización de una señal analógica. Básicamente, la cuantificación implica convertir una sucesión de valores continuos en valores discretos preestablecidos según el código utilizado. Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificación se eligen en función de la propia resolución que utilice el código empleado durante la codificación. Si el nivel obtenido no coincide exactamente con ninguno, se toma el valor más próximo.

Tipos de Modulación por Pulsos

Modulación por Ancho de Pulso (PWM)

También conocida como modulación por duración de pulso, en PWM el ancho de los pulsos (porción activa del ciclo de trabajo) es proporcional a la amplitud de la señal analógica.

• Descripción General (Figura 1)

  De acuerdo con el valor de amplitud, la duración del pulso será más ancha o menos ancha. A mayor valor de amplitud negativa, menor es la duración del pulso. La duración de los pulsos es proporcional a lo que se va muestreando en la señal analógica.

• Variación Simétrica (Figura 2)

  El pulso varía tanto en su inicio como en su final, con respecto a la señal de muestreo.

• Flanco Inicial

  El final de todos los pulsos coincide con la señal de muestreo; lo único que cambia es el inicio con respecto a la señal de muestreo.

• Flanco Final

  El inicio de todos los pulsos coincide con la señal de muestreo; lo único que cambia es el final con respecto a la señal de muestreo. El ancho de pulso será proporcional a la amplitud de la muestra de la señal analógica.

Modulación por Posición de Pulsos (PPM)

En PPM, la posición de un pulso de ancho constante, dentro de un intervalo de tiempo determinado, varía de acuerdo con la amplitud de la señal analógica. La ubicación de la señal PPM depende del valor de amplitud de la muestra, lo que indicará si el pulso está ubicado antes o después de la muestra. Debido a esto, la señal PPM varía su frecuencia a través del tiempo.

Modulación por Amplitud de Pulso (PAM)

En PAM, la amplitud de un pulso de ancho constante y de posición constante varía de acuerdo con la amplitud de la señal analógica. Lo que varía es la amplitud; todos los pulsos son positivos. Este tipo de modulación es el más sencillo de todos.

• Doble Polaridad

  Permite valores positivos y negativos.

• Simple Polaridad

  Es otra variante de PAM, ya que esta solo posee valores positivos.

La amplitud de los pulsos es proporcional a la señal analógica.

Modulación por Pulsos Codificados (PCM)

En PCM, la señal analógica es muestreada y convertida a un código binario, el cual varía de acuerdo con la amplitud de la señal analógica. El error se genera en la señal cuantificada, ya que redondeamos el valor de la señal de muestreo. El máximo error de cuantificación será igual a la mitad del valor del escalón. Para evitar este error, podemos agregar más niveles de cuantificación, lo que requiere más bits y, por lo tanto, implica mayor información y un mayor ancho de banda. Por esta razón, la conversión siempre genera un error.