naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Рысин О. В., Рысин А. В. Структурная схема 1-го варианта передачи и восстановления цифрового кода


Рысин О.В, Рысин А.В. Формирователь импульсов длительностью 3/4 периода К содержанию Рысин О. В., Рысин А. В. Устройство и каскадный метод аналого-цифрового преобразования
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Авторы: Рысин О. В. и Рысин А. В.

Вследствие того, что помехоустойчивая передача и восстановление цифрового кода приобретает всё большее значение, то для более детального изучения вопроса, представляется целесообразным рассмотреть варианты оптимальной схемы преобразования цифрового кода с диаграммами сигналов. В данный момент существует множество схем кодирования цифрового сигнала, но они могут рассматриваться только как дополнение к приводимому ниже устройству преобразования и восстановления цифрового кода после передачи по длинной линии связи, радиоканалу, а также при записи на магнитный носитель. Оптимальным по сравнению с другими предлагаемое ниже устройство является потому, что передаваемый узкополосный сигнал имеет сравнительно устойчивую к искажениям форму и обуславливает однозначное восстановление любого цифрового кода при минимуме схемотехнических затрат на преобразования.

Исходя из теории, цифровая передача данных требует выполнения нескольких обязательных операций:

  • синхронизация тактовой частоты передатчика и приемника;
  • преобразование последовательности битов в электрический сигнал;
  • уменьшение частоты спектра электрического сигнала с помощью фильтров;
  • передача урезанного спектра по каналу связи;
  • усиление сигнала и восстановление его формы приемником;
  • преобразование аналогового сигнала в цифровой код.

Все перечисленные позиции реализованы в устройстве, приведённом в схемотехнических решениях с соответствующими диаграммами сигналов на рис. 1-4.

Особенность устройства заключается:

  1. в передаче цифрового кода аналоговым сигналом с урезанной полосой спектра с помощью полосового фильтра до частоты, значение которой выбирается исходя из приблизительного равенства единице - произведения времени корреляции на полосу частот. Как видно из анализа диаграммы на рис. 2, время корреляции восстановленного бинарного сигнала и частоты стробирования составляет время равное длительности импульса частоты стробирования, что составляет 1/2 периода частоты стробирования или 1/4 периода тактовой частоты. Изменяя скважность импульсов частоты стробирования можно довести время корреляции до значений практически равных 1/2 периода тактовой частоты. Из этого следует вывод, что для обеспечения передачи сигнала без потери возможности восстановления спектр передаваемого аналогового сигнала может ограничиваться 2-ой гармоникой. Однако такое ограничение будет критичным. Поэтому на практике лучше остановиться на ограничении спектра фильтра 3-ей или 4-ой гармоникой. Тем самым можно обеспечить возможность регулировки времени корреляции скважностью импульсов частоты стробирования;
  2. в схемотехническом решении преобразования и восстановления исходного цифрового кода, в котором для восстановления бинарного сигнала (код Манчестер-II) требуется, чтобы изменение промежутка времени между особыми точками передних фронтов, положительной и отрицательной полуволн, принимаемого аналогового сигнала не превышало время корреляции;
  3. в том, что после прохождения полосового фильтра гармонические составляющие бинарного сигнала обеспечивают формирование колоколообразной формы аналогового сигнала (Рис. 5), то есть формы, которая наименее подвержена искажениям после передачи по длинной линии связи, радиоканалу, а также при записи на магнитный носитель;
  4. в том, что порог формирования импульсов триггера Шмидта выбирается исходя из соотношения сигнал/шум, и может быть настолько высоким насколько позволяет амплитуда сигнала, что характеризует помехоустойчивость сигнала.

На рис. 1-4 рассмотрены два основных варианта восстановления цифрового кода из аналогового сигнала:

  1. при уровнях напряжения порога срабатывания триггера Шмидта, близких к нулевому уровню (этот вариант используется для записи цифрового кода на магнитофон и при передаче по длинной линии связи);
  2. при значительно большем уровне «белого» шума, и соответственно при более высоком уровне порога срабатывания триггера Шмидта (этот вариант наиболее подходящий для передачи по радиоканалу).

Рис. 1 - Структурная схема 1-го варианта передачи и восстановления цифрового кода

Приведённая на рисунке 1 структурная схема 1-го варианта используется также для записи цифрового кода на магнитный носитель, только вместо передающей линии связи используется тракт магнитной записи и воспроизведения, а функцию полосовых фильтров выполняет магнитная головка, поэтому фильтры следует исключить из схемы.


Рис. 2 - Диаграмма сигналов согласно структурной схеме 1-го варианта

Из этой диаграммы следует, что особыми точками необходимыми для восстановления цифрового кода являются пороги срабатывания триггера Шмидта (Uп – напряжение порога) на передних фронтах положительной и отрицательной полуволн передаваемого аналогового сигнала. Кроме того, штрих пунктирные линии от восстановленного бинарного сигнала наглядно демонстрируют, почему изменение промежутка времени между особыми точками передних фронтов положительной и отрицательной полуволн принимаемого аналогового сигнала не должно превышать время корреляции – длительность импульса частоты стробирования.


Рис. 3 - Структурная схема 2-го варианта передачи и восстановления цифрового кода


Рис. 4 - Диаграмма сигналов согласно структурной схеме 2-го варианта


Рис. 5 - Диаграмма образования узкополосного аналогового сигнала 3-мя гармониками

Принцип работы устройства очевиден и наглядно демонстрируется соответствующими вариантами схемы и диаграммами на рисунках 2 и 4. В начале, исходный цифровой код в передающей части устройства, для обоих вариантов схемы, с помощью D-триггера синхронизируется с тактовой частотой, которая в свою очередь получается после деления частоты стробирования RS-триггером со счётным входом. Синхронизация исходного цифрового кода и тактовой частоты не исключает появление на выходе логической схемы «Исключающее ИЛИ» кроме бинарного цифрового сигнала (кода Манчестер-II) импульсов образованных от нестыковки фронтов, так называемых «импульсов гонки». Однако, эти «импульсы гонки» всё равно нивелируются при ограничении полосы частот бинарного цифрового сигнала, но если требуется, чтобы цифровой код (код Манчестер-II) не содержал ложных импульсов – «просечек», вызванных нестыковками фронтов, его следует сдвинуть на полпериода частоты стробирования с помощью D-триггера. Далее, в зависимости от назначения следует полосовой фильтр, а затем, также в зависимости от варианта схемы для передачи аналогового сигнала используется либо усилитель, либо передающее устройство.

Приёмные части двух разных вариантов схемы отличаются только в части восстановления бинарного сигнала из биполярного узкополосного аналогового сигнала. Так в 1-ом варианте после усиления и дополнительного обрезания полосовым фильтром всех лишних гармоник, биполярный аналоговый сигнал поступает на триггер Шмидта, который благодаря внутреннему гистерезису имеет настройку порогов срабатывания непосредственно у нулевого уровня сигнала по передним фронтам положительной и отрицательной полуволн принимаемого аналогового сигнала. Далее восстановленный бинарный сигнал поступает на формирователь строба запуска для синхронизации частоты стробирования. Помимо этого восстановленный бинарный сигнал, минуя логический элемент, предназначенный для согласования фаз бинарного сигнала и частоты стробирования, передаётся на D-триггер, который осуществляет синхронизацию – «привязку» бинарного сигнала и частоты стробирования.

Во 2-ом варианте схемы после усиления и дополнительного обрезания полосовым фильтром всех лишних гармоник, биполярный аналоговый сигнал поступает на операционные усилители (ОУ) – не инвертирующий и инвертирующий, для раздельного усиления положительной полуволны, а также, раздельного усиления и инвертирования отрицательной полуволны биполярного аналогового сигнала. В результате после операционных усилителей биполярный аналоговый сигнал становится однополярным, и этот сигнал поступает на триггер Шмидта, который имеет высокие пороги срабатывания (выше уровня шума - Uш) и по возрастающему и спадающему фронтам аналогового сигнала формирует импульсы. Затем, сформированные триггером Шмидта импульсы поступают на формирователь строба запуска для синхронизации частоты стробирования и на счётный вход RS-триггера, с выхода которого снимается восстановленный бинарный сигнал. Далее восстановленный бинарный сигнал передаётся на D-триггер, который осуществляет синхронизацию – «привязку» бинарного сигнала и частоты стробирования.

На этом отличия двух вариантов приёмных частей схемы заканчиваются. В завершение описания работы, оба варианта схемы с помощью логической схемы «Исключающее ИЛИ» формируют исходный цифровой код из восстановленного бинарного сигнала и тактовой частоты, полученной после деления частоты стробирования RS-триггером со счётным входом. Чтобы восстановленный цифровой код не содержал ложных импульсов – «просечек», вызванных нестыковками фронтов, его следует сдвинуть на полпериода частоты стробирования с помощью D-триггера.

В заключение следует отметить, что достоинством схемы является универсальность и простое схемотехническое решение, позволяющее однозначно трансформировать и передавать цифровой код.

Обоснование ширины полосы пропускания полосового фильтра

В связи с тем, что длительность импульса частоты стробирования определяет время корреляции, то из формулы:

Δτ•Δω ≈ 1,

где Δτ – время корреляции, и Δω – полоса частот, обуславливающие однозначное восстановление сигнала, следует определение верхней частоты полосы пропускания фильтра:


,

где Fв – верхняя гармоника полосы частот сигнала;
Tстроб. – период частоты стробирования, а число ¾ - обусловлено длительностью импульса относительно периода;
Tтакт. – период тактовой частоты (Tстроб.=½ Tтакт.);
Fтакт. – основная гармоника тактовой частоты.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Рысин О.В, Рысин А.В. Формирователь импульсов длительностью 3/4 периода К содержанию Рысин О. В., Рысин А. В. Устройство и каскадный метод аналого-цифрового преобразования
дипломы,диссертации,курсовые,контрольные,рефераты,отчеты  на заказ
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь