Шифраторы и дешифраторы. Кодеры и декодеры с линейной шкалой квантования. Структурная схема кодера

Логические устройства разделяют на два класса: комбинационные и последовательностные.

Устройство называют комбинационным , если его выходные сигналы в некоторый момент времени однозначно определяются входными сигналами, имеющими место в этот момент времени.

Иначе устройство называют последовательностным или конечным автоматом (цифровым автоматом, автоматом с памятью). В последовательностных устройствах обязательно имеются элементы памяти. Состояние этих элементов зависит от предыстории поступления входных сигналов. Выходные сигналы последовательностных устройств определяются не только сигналами, имеющимися на входах в данный момент времени, но и состоянием элементов памяти. Таким образом, реакция последовательностного устройства на определенные входные сигналы зависит от предыстории его работы.

Среди как комбинационных, так и последовательностных устройств выделяются типовые, наиболее широко используемые на практике.

Шифраторы

Шифратор - это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Шифратор иногда называют «кодером» (от англ. coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре кнопочного пульта управления, в двоичные числа.

Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным. Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением n= 2 m , где n- число входов, m- число выходов.

Так, для преобразования кода кнопочного пульта в четырехразрядное двоичное число достаточно использовать лишь 10 входов, в то время как полное число возможных входов будет равно 16 (n = 2 4 = 16), поэтому шифратор 10×4 (из 10 в 4) будет неполным.

Рассмотрим пример построения шифратора для преобразования десятиразрядного единичного кода (десятичных чисел от 0 до 9) в двоичный код. При этом предполагается, что сигнал, соответствующий логической единице, в каждый момент времени подается только на один вход. Условное обозначение такого шифратора и таблица соответствия кода приведены на рис. 3.35.

Используя данную таблицу соответствия, запишем логические выражения, включая в логическую сумму те входные переменные, которые соответствуют единице некоторой выходной пере­менной. Так, на выходе у 1 будет логическая «1» тогда, когда логическая «1» будет или на входе Х 1 ,или Х 3 , или Х 5 , или Х 7 , или X 9 , т. е. у 1 = Х 1 + Х 3 + Х 5 + Х 7 +X 9

Аналогично получаем у 2 = Х 2 + Х 3 + Х 6 + X 7 у 3 = Х 4 + Х 5 + Х 6 + Х 7 у 4 = Х 8 + X 9

Представим на рис. 3.36 схему такого шифратора, используя элементы ИЛИ.
На практике часто используют шифратор с приоритетом. В таких шифраторах код двоичного числа соответствует наивысшему номеру входа, на который подан сигнал «1», т. е. на приоритетный шифратор допускается подавать сигналы на несколько входов, а он выставляет на выходе код числа, соответствующего старшему входу.

Рассмотрим в качестве примера (рис. 3.37) шифратор с приоритетом (приоритетный шифратор) К555ИВЗ серии микросхем К555 (ТТЛШ).

Шифратор имеет 9 инверсных входов, обозначенных через PR l , …, PR 9 . Аббревиатура PR обозначает «приоритет». Шифратор имеет четыре инверсных выхода B l , …, B 8 . Аббревиатура B означает «шина» (от англ. bus). Цифры определяют значение активного уровня (нуля) в соответствующем разряде двоичного числа. Например, B 8 обозначает, что ноль на этом выходе соответствует числу 8. Очевидно, что это неполный шифратор.

Если на всех входах - логическая единица, то на всех выходах также логическая единица, что соответствует числу 0 в так называемом инверсном коде (1111). Если хотя бы на одном входе имеется логический ноль, то состояние выходных сигналов определяется наибольшим номером входа, на котором имеется логический ноль, и не зависит от сигналов на входах, имеющих меньший номер.

Например, если на входе PR 1 - логический ноль, а на всех остальных входах - логическая единица, то на выходах имеются следующие сигналы: В 1 − 0, В 2 − 1, В 4 − 1, В 8 − 1, что соответствует числу 1 в инверсном коде (1110).

Если на входе PR 9 логический ноль, то независимо от других входных сигналов на выходах имеются следующие сигналы: В 1 − 0 , В 2 − 1 , В 4 − 1, В 8 − 0, что соответствует числу 9 в инверсном коде (0110).

Основное назначение шифратора - преобразование номера источника сигнала в код (например, номера нажатой кнопки некоторой клавиатуры).

Дешифраторы

Называется комбинационное устройство , преобразующее n-разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m= 2 n , где n- число входов, а m- число выходов. Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называется неполным. Так, например, дешифратор, имеющий 4 входа и 16 выходов, будет полным, а если бы выходов было только 10, то он являлся бы неполным.

Обратимся для примера к дешифратору К555ИД6 серии К555 (рис. 3.38).

Дешифратор имеет 4 прямых входа, обозначенных через А 1 , …, А 8 . Аббревиатура A обозначает «адрес» (от англ.address). Указанные входы называют адресными. Цифры определяют значения активного уровня (единицы) в соответствующем разряде двоичного числа. Дешифратор имеет 10 инверсных выходов Y 0 , …, Y 9 . Цифры определяют десятичное число, соответствующее заданному двоичному числу на входах. Очевидно, что этот дешифратор неполный.

Значение активного уровня (нуля) имеет тот выход, номер которого равен десятичному числу, определяемому двоичным числом на входе. Например, если на всех входах - логические нули, то на выходе Y 0 - логический ноль, а на остальных выходах - логическая единица. Если на входе А 2 - логическая единица, а на остальных входах - логический ноль, то на выходе Y 2 - логический ноль, а на остальных выходах - логическая единица. Если на входе - двоичное число, превышающее 9 (например, на всех входах единицы, что соответствует двоичному числу 1111 и десятичному числу 15), то на всех выходах - логическая единица.

Дешифратор - одно из широко используемых логических устройств. Его применяют для построения различных комбинационных устройств.

Рассмотренные шифраторы и дешифраторы являются примерами простейших преобразователей кодов.

Преобразователи кодов

В общем случае, называют устройства, предназначенные для преобразования одного кода в другой, при этом часто они выполняют нестандартные преобразования кодов. Преобразователи кодов обозначают через X/Y.

Рассмотрим особенности реализации преобразователя на примере преобразователя трехэлементного кода в пятиэлементный. Допустим, что необходимо реализовать таблицу соответствия кодов, приведенную на рис. 3.39.

Здесь через N обозначено десятичное число, соответствующее входному двоичному коду. Преобразователи кодов часто создают по схеме дешифратор - шифратор. Дешифратор преобразует входной код в некоторое десятичное число, а затем шифратор формирует выходной код. Схема преобразователя, созданного по такому принципу, приведена на рис. 3.40, где использован матричный диодный шифратор. Принцип работы такого преобразователя довольно прост. Например, когда на всех входах дешифратора логический «О», то на его выходе 0 появляется логическая «1», что приводит к появлению «1» на выходах у 4 и у 5 , т. е. реализуется первая строка таблицы соответствия кодов.


Промышленность выпускает большое число шифраторов, дешифраторов и преобразователей кодов, таких как дешифратор 4×16 со стробированием (К555ИДЗ), преобразователь кода для управления светодиодной матрицей 7×5 (К155ИД8), преобразователь кода для управления шкальным индикатором (К155ИД15) и др.

Одними из очень важных элементов цифровой техники, а особенно в компьютерах и системах управления являются шифраторы и дешифраторы.

Когда мы слышим слово шифратор или дешифратор, то в голову приходят фразы из шпионских фильмов. Что-то вроде: расшифруйте депешу и зашифруйте ответ.

В этом нет ничего неправильного, так как в шифровальных машинах наших и зарубежных резидентур используются шифраторы и дешифраторы.

Шифраторы.

Таким образом, шифратор (кодер), это электронное устройство, в данном случае микросхема, которая преобразует код одной системы счисления в код другой системы. Наибольшее распространение в электронике получили шифраторы, преобразующие позиционный десятичный код, в параллельный двоичный. Вот так шифратор может обозначаться на принципиальной схеме.

К примеру, представим, что мы держим в руках обыкновенный калькулятор, которым сейчас пользуется любой школьник.

Поскольку все действия в калькуляторе выполняются с двоичными числами (вспомним основы цифровой электроники), то после клавиатуры стоит шифратор, который преобразует вводимые числа в двоичную форму.

Все кнопки калькулятора соединяются с общим проводом и, нажав, к примеру, кнопку 5 на входе шифратора, мы тут же получим двоичную форму данного числа на его выходе.

Конечно же, шифратор калькулятора имеет большее число входов, так как помимо цифр в него нужно ввести ещё какие-то символы арифметических действий, поэтому с выходов шифратора снимаются не только числа в двоичной форме, но и команды.

Если рассмотреть внутреннюю структуру шифратора, то несложно убедиться, что он выполнен на простейших базовых логических элементах .

Во всех устройствах управления, которые работают на двоичной логике, но для удобства оператора имеют десятичную клавиатуру, используются шифраторы.

Дешифраторы.

Дешифраторы относятся к той же группе, только работают с точностью до наоборот. Они преобразуют параллельный двоичный код в позиционный десятичный. Условное графическое обозначение на схеме может быть таким.

Или таким.

Если говорить о дешифраторах более полно, то стоит сказать, что они могут преобразовывать двоичный код в разные системы счисления (десятичную, шестнадцатиричную и пр.). Всё зависит от конкретной цели и назначения микросхемы.

Простейший пример . Вы не раз видели цифровой семисегментный индикатор, например, светодиодный. На нём отображаются десятичные цифры и числа к которым мы привыкли с детства (1, 2, 3, 4...). Но, как известно, цифровая электроника работает с двоичными числами, которые представляют комбинацию 0 и 1. Что же преобразовало двоичный код в десятичный и подало результат на цифровой семисегментный индикатор? Наверное, вы уже догадались, что это сделал дешифратор.

Работу дешифратора можно оценить вживую, если собрать несложную схему, которая состоит из микросхемы-дешифратора К176ИД2 и светодиодного семисегментного индикатора, который ещё называют «восьмёркой». Взгляните на схему, по ней легче разобраться, как работает дешифратор. Для быстрой сборки схемы можно использовать беспаечную макетную плату .

Для справки. Микросхема К176ИД2 разрабатывалась для управления 7-ми сегментным светодиодным индикатором. Эта микросхема способна преобразовать двоичный код от 0000 до 1001 , что соответствует десятичным цифрам от 0 до 9 (одна декада). Остальные, более старшие комбинации просто не отображаются. Выводы C, S, K являются вспомогательными.

У микросхемы К176ИД2 есть четыре входа (1, 2, 4, 8). Их ещё иногда обозначают D0 - D3 . На эти входы подаётся параллельный двоичный код (например, 0001). В данном случае, двоичный код имеет 4 разряда. Микросхема преобразует код так, что на выходах (a - g ) появляются сигналы, которые и формируют на семисегментном индикаторе десятичные цифры и числа, к которым мы привыкли. Так как дешифратор К176ИД2 способен отобразить десятичные цифры в интервале от 0 до 9, то на индикаторе мы увидим только их.

Ко входам дешифратора К176ИД2 подключены 4 тумблера (S1 - S4), с помощью которых на дешифратор можно подать параллельный двоичный код. Например, при замыкании тумблера S1 на 5 вывод микросхемы подаётся логическая единица. Если же разомкнуть контакты тумблера S1 - это будет соответствовать логическому нулю. С помощью тумблеров мы сможем вручную устанавливать на входах микросхемы логическую 1 или 0. Думаю, с этим всё понятно.

На схеме показано, как на входы дешифратора DD1 подан код 0101. На светодиодном индикаторе отобразится цифра 5. Если замкнуть только тумблер S4, то на индикаторе отобразится цифра 8. Чтобы записать число от 0 до 9 в двоичном коде достаточно четырёх разрядов: a 3 * 8 + a 2 * 4 + a 1 * 2 + a 0 * 1 , где a 0 - a 3 , - это цифры из системы счисления (0 или 1).

Представим число 0101 в десятичном виде 0101 = 0*8 + 1*4 + 0*2 + 1*1 = 4 + 1 = 5 . Теперь взглянем на схему и увидим, что вес разряда соответствует цифре, на которую умножается 0 или 1 в формуле.

Дешифратор на базе технологии ТТЛ - К155ИД1 использовался в своё время для управления газоразрядным цифровым индикатором типа ИН8, ИН12, которые были очень востребованы в 70-е годы, так как светодиодные низковольтные индикаторы ещё были очень большой редкостью.

Всё изменилось в 80-е годы. Можно было свободно приобрести семисегментные светодиодные матрицы (индикаторы) и среди радиолюбителей прокатился бум сборки электронных часов. Самодельные электронные часы не собрал для дома только ленивый.

Кодир. устройство предназначено для преобразования отсчётов напряжения сигнала U в эквивалентную кодовую комбинацию (или число N). В зависимости от вида функции преобразования N=φ(U) кодеры классифицируются по вариантам:

1) кодеры с линейной шкалой квантования, когда N=k*|U/Δ|, k=const,Δ=const (на рис-1);

2) кодеры с нелинейной шкалой квантования N≠k*|U/Δ| (на рис-2).

По принципу действия различают след. Типы кодеров: а) кодеры последовательного счёта; б) кодеры с поразрядным взвешиванием; в) матричные кодеры.

Линейные кодеры последовательного счёта строится по схеме рис 13.9, где 1 - широтно-импульсный модулятор; 2 – схема И; 3 – генератор импульсов; 4 – последовательный счётчик импульсов; 5 – буферная память. Входной АИМ сигнал U 1 преобразуется в ШИМ сигнал U 2 . Длительность импульсов ШИМ сигнала τi пропорциональна амплитуде импульсов входного АИМ сигнала. Модулированные по длительности импульсы подаются на первый вход логической ячейки И, на второй вход которой подаётся последовательность коротких импульсов U 3 от генераторного оборудования. На выходе ячейки И получим пачки импульсов U 4 ; количество импульсов в каждой пачке Ni пропорционально длительности импульсов ШИМ и, следовательно, пропорционально амплитуде отсчётных импульсов АИМ сигнала U 1 . Далее сигнал U 4 поступает на последовательный счётчик. Структ. схема счётчика вместе с буфером памяти на рис 13.11. Ячейки последовательного счётчика на триггерах Т1-Тm производят счёт импульсов, содержащихся в каждой пачке, и после считывания состояний ячеек счётчика формируется двоичная m-разрядная кодовая группа в параллельном коде. По окончании процесса счёта перед поступлением на счётчик следующей пачки импульсов производится сброс ячеек счётчика (опустошение), и он готов для дальнейшего счёта. Такой счётчик рассчитан на максимальное число импульсов Nmax=2 m , где m – число символов в кодовой комбинации. Триггеры Т1’, Т2’,…,Тm’ являются триггерами промежуточной памяти и относится к блоку буферной памяти. Сигнал от этих триггеров подаётся далее на логические ячейки И1-Иm, на другой вход которых поступают соответствующие импульсы y1-ym опроса состояния буферной памяти. Выходы ячеек И подсоединены ко входу многовходовой логической ячейки ИЛИ, на входе которой получаем ИКМ сигнал в последовательном коде.

Среди достоинств кодера линейного счёта можно назвать простоту, надёжность и повышенную точность работы. К недостаткам – необходимы логические элементы с высоким быстродействием, определяемым величиной F0 (частота поступления счётных импульсов).

Линейные декодеры.

Декодирование цифрового сигнала состоит в преобразовании кодовых групп цифрового сигнала (ЦС) в последовательность выборок соответствующей амплитуды. Известны различные варианты построения линейных декодеров. Наиболее часто применяются декодеры взвешивающего типа. Они могут быть построены на основе последовательной или параллельной обработки импульсов кодовых групп. Очевидно, что во втором случае скорость работы функциональных узлов декодера уменьшается в m раз. Поэтому практическое применение находят декодеры параллельного кода. Взвешивающий декодер состоит преобразователя последовательного кода в параллельный – 1, выполненного на триггерах по схеме рис. 13.11 (без схем И, ИЛИ), и блока эталонных напряжений – 2. Суммарное напряжение на выходе декодера с учётом всех символов кодовой группы будет. Для уменьшения ошибки квантования к этому напряжению добавляется напряжение величиной Uэтm/2. Практически это делается с использованием блока эталонов.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Сигналы электросвязи и методы их описания. Параметры и характеристики первичных сигналов электросвязи

МСП комплекс техн средств обеспечивающих одновременную и независимую передачу инф и от большого числа абонентов.. Первичные каналы e t eN t от абонентов n абонентов поступает на вход.. Структ схема АСП в состав обор я окон станций МСП с ЧРК входят..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Сигналы электросвязи и методы их описания. Параметры и характеристики первичных сигналов электросвязи
Рассмотрим осн параметры сигналов как числовые хар-ки моделированного случайного процесса. Пост составляющая сигнала – среднее значение случ процесса. Переменная сост-ая – центрир

Уровни передачи
Уровенем передачи в нек. точке канала наз. log-ое преоб-е отношения энерг-ого пар-ра S к отсчетному значению этого же пар-р S0. В общем случае правило преобразования опред-ся формулой: р

Параметры и характеристики типовых каналов и трактов
Св-ва каналов и их кач-во опр. след-ми пар-ми и хар-ми: 1)Zвх и Zвых и их допуст. отклонение от номин-х знач-й. Отклонение Zвх и Zвых оценив-ся к-том отражения: , Zн-номин-е, Zр – реальное

Построение каналов двухстороннего действия. Канал ТЧ. Дифференциальная система. Устойчивость двухсторонних каналов
Каналы 2х стороннего действия необходимы для возможности осуществления телефонных разговоров. Поскольку для передачи телефонных сигналов используются каналы ТЧ, то они д.б. двусторонними. Все канал

Группообразование в МСП с ЧРК. Методы формирования спектров групп каналов
Для исп-я типовой преобр-й апп-ры и обеспечения как национальной, так и межд-й связи принято след-е стандартное группообр-е: ПГ – 12 каналов ТЧ (60-108кГц), ВГ 5 ПГ (312-552), ТГ – 5 ВГ (812-2044),

Формирование линейных спектров частот МСП с ЧРК. Построение линейных трактов МСП с ЧРК
При выборе граничных частот линейного спектра необх. учитывать тип направляющей среды. В системах с МСП исп-ся коаксиальный кабель, нижняя граничная частота лин. спектра выбирается из условия обесп

Каналообразующая аппаратура МСП с ЧРК. Структурные сх СИП-60 и СИП-300
КОА явл-ся типовой д/всех МСП с ЧРК, что позволяет упростить и удешевить их произ-во и эксплуатацию. КОА размещается на стойках: индивидуальных преобразователей (СИП), первичных преоб-й (СПП), втор

Принципы построения МСП с ВРК. Преимущества ЦСП перед АСП. Иерархия ЦСП
Основа построения всех м/дов с ВРК явл-ся теорема дискретизации Котельникова, в соответствии с к-ой непрерывный первичный сигнал a(t) с ограниченной шириной спектра мб передан с помощью последовате

Принципы построения систем передачи с ВРК.
Основой построения всех МСП с ВРК явл-ся теорема дискретизации Котельникова, в соотв-вии с к-рой непрерывный первичный сигнал с ограниченной шириной спектра м.б. восстановлен по его отсчётам, взяты

Дискретизация непрерывного сигнала. Спектр АИМ сигнала. Искажения дискретизации. Дискретизация групповых сигналов
В СП с ВРК используется АИМ. Различают АИМ 1ого рода и 2ого рода. При АИМ-I амплитуда отсчётов изменяется в соответствии с изменениями модулирующего сигнала. При АИМ-II амплитуда отсчёта постоянна

Кодирование квантованных сигналов. Типы кодов. Линейное и нелинейное кодирование
Применяют следующие коды: симметрично-двоичный, натуральный двоичный, код Грея. Симметричный используется при кодировании двуполярных сигналов. Для положительных отсчётов знак «1», для отрицательны

Временной спектр ИКМ-30, ИКМ-120
Цикл передачи – интервал времени, в течение к-го передаются кодовые комбинации всех каналов ЦСП, а также символы необх. служебных каналов. 1) ИКМ-30: длительность цикла равна периоду дискр

Генераторное оборудование ЦСП. Устройства тактовой синхронизации ЦСП. Выделители тактовой частоты. Фазовые дрожания
ГО обеспечивает формирование и распределение импульсных последовательностей управляющих процессами дискретизации, кодирования, ДК, ввода служебных сигналов на определённые позиции циклов передачи и

Структура линейного тракта ЦСП по электрическим кабелям.
ЦЛТ содержит передающее и прие-ое обор-ие оконечных пунктов (ОЛТ-ОП),участки направл-щей среды(НС) и линейные регенераторы (РЛ),размещенные в регенерационных пунктах (РП),которые могут быть не обсл

Нормирование параметров качества линейных трактов ЦСП
Нормирование параметров ЦСП осуществляется посредством создания номинальных цепей канала ТЧ и ОЦК.MaXпротяженность НЦ ОЦК ЕСС РФ составляет 13900 км. Номинальная цепь ОЦК имеет структуру,

Оборудование ОГМ-11. Плата ОК-110.
Плата примен. на ТФОП и предназн. для: 1)Транзита сигналов в диапазоне 0,3-3,4кГц м/у аналог. и цифровой АТС, ч/з блок ОГМ-11 по 2м телеф. каналам. 2)Транзита лин. сигналов взаимо

Принципы построения линейных трактов ВОСП.
Структурная схема цифровой волоконно-оптической системы передачи. В состав ВОСП входят следующие устройства: ·Каналообразующее оборудование передачи (КОО), обеспечивающее формирование опре

Методы уплотнения ВОСП.
В основе м/дов уплотнения ВОЛС лежит процесс мультиплексирования. По способу мультиплексирования ВОЛС делятся: - ВОЛС с частотным или гетеродинным упл-ем; - ВОЛС с временным упл-е

Оптич. пер-ки и прием-ки ВОСП выполн. в виде модулей, в сост. к-х входят ист-ки и пр-ки оптич. изл-я, а также эл. схемы обработки эл.сигналов. Структурная схема ПОМ (передающего оптического модуля)

Методы модуляции оптической несущей
Модуляция ОИ, к-ая явл-ся переносчиком данных м.б. осуществлена следующими способами: непосредственной модуляцией оптической несущей цифровым сигналом; модуляцией с исп-ем промежуточной поднесущей,

Типы оптических модуляторов.
Действия ОМ основаны на использовании различных физических эффектов, получаемых при прохождении ОИ в средах, имеющих кристаллическую структуру. Широко используются акусто-оптические и элек

Регенераторы оптического сигнала. Оптические усилители.
По методу восстановления ОС ретрансляторы делятся на повторители (регенераторы) и оптические усилители(ОУ). Повторители – преобразуют ОС в электрический, восстанавливают форму, амплитуду,

Кодеры цифровых систем передачи с ИКМ-ВРК предназначены для преобразования АИМ сигналов после их квантования в цифровую форму. Операции квантования и кодирования в современных ЦСП с ИКМ-ВРК обычно совмещаются. Если квантование осуществляется с постоянным шагом (равномерное), то такие кодеры называются кодерами с линейной шкалой квантования, если же шаг квантования изменяется (нелинейное квантование), то такие кодеры называются кодерами с нелинейной шкалой квантования. В ЦСП с ИКМ применяются кодеры с нелинейной шкалой квантования, но при их построении на первой ступени кодирования ис­пользуются кодеры с линейной шкалой квантования. Поэтому вначале рассмотрим принципы построения и функционирования кодеров с линей­ной шкалой квантования.

Различные типы кодеров, использующихся в ЦСП с ИКМ-ВРК, по принципу их действия разделяют на три группы:

С преобразованием кодируемой величины во временной интервал
(кодеры последовательного счета);

Поразрядного сравнения (взвешивающие кодеры);

С кодовым полем (матричные кодеры).

Кодеры последовательного счета. Структурная схема одного из ва­риантов кодера последовательного счета приведена на рис. 2.6, а времен­ные диаграммы, поясняющие принцип его работы показаны на рис. 2.7

Рис. 2.6. Функциональная схема кодера последовательного счета

Квантованный АИМ сигнал (рис. 2.7 - 1) поступает на преобразова­тель АИМ сигнала в широтно-импульсно-модулированный сигнал АИМ-ШИМ (рис. 2.6, точка 7), где преобразуется в импульсы ШИМ сигнала одинаковой амплитуды, но различной длительности (рис. 2.6, точка 2).

Длительность импульсов ШИМ сигнала г^, им пропорциональна ампли­туде импульсов входного АИМ сигнала (рис. 2.7 - 2). Эти импульсы по­ступают на схему И, на другой вход которой от генератора тактовых им­пульсов (ГТИ) поступают короткие эталонные импульсы с постоянным периодом следования (рис. 2.6, точка 3 и рис. 2.7 - 3). Пока схема И от­крыта благодаря воздействию ШИМ импульса, на ее выходе формируется

пакет эталонных импульсов (рис. 2.6, точка 4 и рис. 2.7-4).

Длительность пакета пропорциональна длительности ШИМ импульса, а следовательно число импульсов в пакете пропорционально амплитуде кванто­ванного входного АИМ сигнала. Количество импульсов, входящих в пакет, подсчитывается двоичным счетчиком (цепочка последовательно соединенных триггеров Тг 1.. .Тг т, где т - разрядность кодовой комбинации).

Результат счета устанавливается на кодовых выходах счетчика Qi...Q m и выражает двоичный эквивалент кодируемого сигнала в параллельном коде, который с помощью формирователя кода преобразуется в последо­вательный код (рис. 2.6, точка 6 и рис. 2.7 - 6). Импульсы сброса от ГТИ (рис. 2.6, точка 5 и рис. 2.7 - 5) поступают на вход двоичного счетчика и возвращают его в исходное состояние после формирования каждой кодо­вой комбинации. В кодере такого типа погрешности кодирования вызы­ваются нестабильностью частоты ГТИ, нелинейностью преобразования АИМ-ШИМ, ошибками работы двоичного счетчика и конечной разре­шающей способностью схемы И.

Кодеры поразрядного сравнения, или взвешивающие кодеры, нашли самое широкое применение в ЦСП с ИКМ-ВРК. Структурная схема тако­го кодера и временные диаграммы, поясняющие общие принципы его работы, приведены на рис. 2.8,а и 2.8,6 соответственно.

Кодирование в такой схеме аналогично процессу взвешивания тяжести при помощи набора гирь на чашках весов. После помещения взвешивае­мого предмета на чашку весов устанавливают гирю наибольшего веса, по результату первой операции взвешивания принимают решение: если взвешиваемый предмет тяжелее гири, то ее оставляют на весах и допол­нительно устанавливают на чашку гирю меньшего веса; а если взвеши­ваемый предмет легче гири, то перед установкой второй гири первую сни­мают и т.д. до полного уравновешивания предмета набором гирь.

В схеме рис. 2.8,а происходит последовательное сравнение кодируе­мого сигнала с рядом эталонных сигналов, равных 2 т ~" -8о, где т - число разрядов в кодовой комбинации, i - номер разряда, 8 0 - шаг равномерного квантования. Кодируемый отсчет АИМ сигнала U mc поступает на схему сравнения СС\ 1-го каскада, где он сравнивается с эталоном наибольшего

веса £/ ЭТ 1, равным 2 т ~" -до-

Если напряжение входного сигнала U mc больше напряжения .. .Кл 7 разомкнуты (рис. 2.10).

Первый такт. С поступлением отсчета / отс = 100 5 на вход 1 компара­тора К на 7-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой частоты Л9 пе р, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ # 7 замыка­ется, и на вход 2 компаратора К поступает эталонный сигнал / 3 t7 = 64 8. Так как / отс = 100 8 > / ЭТ 7 = 64 8, то на выходе компаратора К появляется 0. В результате этого ключ К 7 остается в замкнутом состоянии, и на выходе УФ ИКМ появляется 1.

Второй такт. На 6-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой частоты ЛО пе р, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ Кб К подается эталонный сигнал /^ = 32 8. Таким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал вида / эт7 + +/, т6 = 64 8 + 32 8 = 96 8. Так как / отс =100 8 > / эт7 + / этб = 64 8 + 32 8 = 96 8, то на выходе компаратора К появляется 0. В результате чего ключ Кв ос­тается в замкнутом состоянии и на выходе УФ ИКМ появляется 1.

Третий такт. На 5-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой час­тоты ГО иер, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ К 5 К подается эталонный сигнал / эт5 = 16 8. Та­ким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал вида / ЭТ 7 + / эт б + +/ Э т5 = 64 5 + 32 5 + 16 8 = 112 8. Так как / отс =100 8 < / эт7 + / эт6 + / эт5 = =64 8 + 32 8 + 16 8 =112 8., то на выходе компаратора К появляется 1. В результате чего ключ ^размыкается, эталонный сигнал / эт5 = 16 8 от вхо­да 2 компаратора отключается, на 5-м выходе ЛУ и на входе УФ ИКМ уста­навливается 0, а следовательно, и на выходе кодера появляется 0. На входе 2 компаратора действует сигнал, равный / эт7 + /^ = 648 + 328 = 96 8.

Четвертый такт. На 4-м выходе ЛУ, управляемого импульсами так­товой частоты ГО жр, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ К 4 замыкается, и на вход 2 компаратора К подается эталонный сиг­нал / эт4 = 8 8. Таким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал вида / эт7 + /^ + 7 эт4 = 648 + 328 + 88 = 1048. Так как / отс =10061^,+ / ет4 = = 648 + 328 + 88 =1048., то на выходе компаратора /К 4 размыкается, эталонный сигнал / эт4 = 88 от входа 2 компаратора отключается, на 4-м выходе ЛУ и на входе УФ ИКМ уста­навливается 0, а следовательно, и на выходе кодера появляется 0. На вхо­де 2 компаратора действует сигнал, равный / эт7 +1^= 648 + 328 = 968.

Пятый такт. На 3-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой час­тоты Л9 пер, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ К 3 замы­кается, и на вход 2 компаратора К подается эталонный сигнал / эт3 = 48. Таким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал / ЭТ 7 + 4^ + 4гз = 648+ + 328 + 48 = 1008. Так как /„„=1008 = / эт7 + /^ + 4й = 648 + 328 + 48, то на вы­ходе компаратора К появляется 0. В результате ключ К 5 остается замкнутым

И на выходе УФ ИКМ формируется сигнал логической 1. Очевидно, что реа­лизация шестого и седьмого тактов приводит к появлению на выходе кодера 0. Таким образом, по окончании седьмого такта кодирования на выходе коде­ра формируется кодовая комбинация вида 1100100. После завершения коди­рования сигналы, поступающие от ЛО П ер> переводят узлы кодера в исходное состояние, подготавливая его к кодированию следующего отсчета.

Большинство первичных сигналов являются двухполярными и, следова­тельно, для их кодирования необходимо применение соответствующего коде­ра. Для реализации кодера (рис. 2.11) требуется ГЭТ, формирующий эталон­ные сигналы для кодирования положительных и отрицательных отсчетов.

При необходимости кодирования 128 положительных и 128 отрица­тельных уровней потребуется 8-разрядная кодовая комбинация, причем высший разряд (8-й) будет кодировать полярность отсчета. При том же алгоритме работы компаратора, что и при кодировании однополярных сигналов, возникает следующая ситуация. Кодируя отсчет /„„ = 1008 и сравнивая с высшим эталоном / эт7 = 648, получим I mc - / эт7 = 1008 -648 >0. Данный эталон остается включенным. Сравнивая теперь / отс = -1008 с высшим эталоном / эт7 = -648, получим / отс - / эт7 = -1008 - (-648) < 0. Эталон при этом выключается. Для устранения указанного недостатка при кодировании отрицательных отсчетов на выходе компаратора К включа­ется инвертор DD t значение сигналов на выходе компаратора будут ин­вертироваться и логическое устройство ЛУ будет принимать решение об оставлении или отключении соответствующего эталона.

Алгоритм работы линейного кодера двухполярных сигналов рассмотрим на примере кодирования отсчета отрицательной полярности / отс = -1008.

Первый такт. Кодируемый отсчет поступает на вход 1 компаратора. Импульс от генераторного оборудования ГО пер устанавливает на 8-м вы­ходе 1. Ключ Кл + замыкается и подключает положительные эталоны. Ключи положительных и отрицательных эталонов Клу.. .Кл\ разомкнуты. На входе 2 компаратора ток / эт = 0.

Поскольку сигнал имеет отрицательную полярность, т. е. /„„ < 0, то на вы­ходе компаратора 3 появляется 1, которая через замкнутый ключ Кл, (выход 4) поступает на ЛУ и переводит 8-й выход в 0. При этом ключ Кл + разомкнётся, а на выходе инвертора DD 2 появится 1, ключ ЮГ, замкнется и к выходу 2 ком­паратора подключатся отрицательные эталоны, а ключ Кл подключит к выхо­ду 3 компаратора инвертор DD[. Следовательно, на 8-м выходе ЛУ остается 0, который и появляется на выходе УФ ИКМсигнала .

Второй такт. Сигнал с выхода ГО пер переводит 7-й выход ЛУ в состоя­ние 1. Ключ Кл 7 отрицательных эталонов подключает к входу 2 компаратора эталон / эт7 = - 64 8. Так как разность 1 тс - / эт7 = -100 8 - (-64 8) < 0, то на вы­ходе компаратора формируется 1, а на выходе 4 инвертора DD X появляет­ся 0 и эталонный ток / эт7 = - 64 8 остается включенным

- восьмой такты будут аналогичными ранее рассмотренным выше этапам кодирования. Последовательность решений компаратора в процессе кодирования отсчета представлена на выходе 4 DD\ (рис. 2.11) комбинацией символов 10011011.

Щая в 8-и разрядном симметричном двоичном коде значение амплитуды отсчета -100 8. Напомним, что символ высшего разряда кодовой комби­нации определяет полярность отсчета.

Матричные кодеры. Принцип работы кодирующих устройств с кодо­вым полем - матричных кодеров, основан на использовании физической модели кодовой таблицы. Кодовая таблица физически определяет точное взаимное соответствие между номером разрешенного уровня и располо­жением импульсов и пробелов в кодовой комбинации. Если в кодере взвешивающего типа кодируемый отсчет сравнивается по­следовательно во времени с набором эталонных сигналов, а в кодере счетного типа происходит сопоставление кодируемого отсчета с эталон­ным временным интервалом, то в матричном кодере сигнал сопоставляет­ся непосредственно с физической моделью кодовой таблицы - кодовым полем. Кодовое поле может быть выполнено либо в виде набора решаю­щих устройств, либо в виде кодовой матрицы в специализированной элек­тронно-лучевой кодирующей трубке (ЭЛКТ). При поступлении на вход такого кодера АИМ сигнала данной амплитуды приводятся в состояние возбуждения определенные элементы кодового поля (матрицы) и на вы­ходе кодера формируется кодовая группа, которая соответствует опреде­ленному квантованному значению отсчета.

Матричные кодеры с решающими устройствами на электронных при­борах содержат большое число коммутационных элементов, обладают невысокой точностью кодирования, и потому их можно использовать при кодировании с небольшим (до пяти) числом разрядов. Матричные кодеры на основе ЭЛКТ просты по своей идее, обладают высоким быстродейст­вием и высокой точностью кодирования, но требуют высокой точности фокусировки и юстировки, высокого напряжения, обладают сравнительно большими габаритами, недостаточной надежностью и поэтому не нашли применения в ЦСП.

Декодеры с поразрядным суммированием токов. Процесс декоди­рования, обратный процессу кодирования, заключается в том, что в спе­циальном устройстве - декодере - путем преобразования кодовых комби­наций вырабатываются импульсы, амплитуда которых пропорциональна квантованным отсчетам передаваемого сигнала. Так же, как и кодирова­ние, декодирование может быть осуществлено различными способами. По аналогии с классификацией кодеров различают счетные, взвешивающие и матричные декодеры. Самое широкое применение в ЦСП на основе ИКМ нашли декодеры взвешивающего типа с поразрядным суммированием токов. Структурная схема линейного декодера такого типа для декодиро­вания двухполярных сигналов приведена на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Линейный декодер взвешивающего типа для двухполярного сигнала

Функционирование схемы рассмотрим на следующем примере. Пусть на вход декодера поступает кодовая комбинация вида 01100100, соответ­ствующая двухполярному отсчету. Преобразователь кода ПК входящую кодовую комбинацию в последовательном коде преобразует в параллель­ный код.

На выходе логического устройства ЛУ формируются сигналы управ­ления, коммутирующие ключи эталонов соответствующих разрядов. В симметричном коде высший разряд определяет полярность отсчета. В рассматриваемой кодовой комбинации высшему разряду соответствует 0. Следовательно, на выходе инвертора DD появляется 1, которая замыкает Кл, коммутирующий отрицательные источники эталонов. Далее замыка­ются ключи Клу, Кль и Кл-i, в результате чего формируется суммарный ток отрицательной полярности -100 8. Преобразователь кода ПК и логическое устройство ЛУ управляются тактовыми импульсами, поступающими от генераторного оборудования приема ГО пр

2.3. Кодеры и декодеры с нелинейной шкалой квантования

Общие принципы нелинейного квантования и соответствующего ему кодирования рассмотрены ранее (см. гл. 1, § 1.4). Рассмотрим реализацию нелинейных кодеров для наиболее распространенного закона компанди-рования А-87,6/13.

Необходимая разрядность кодовой комбинации при линейном кванто­вании т для речевого (двухполярного) сигнала, поступающего на вход канала тональной частоты (КТЧ) от различных источников, определяется требованиями к защищенности от шумов А т и равна (см. гл. 1, § 1.3)

(2.1)

Где А кв - допустимая защищенность от шумов квантования.

Помехозащищенность сигнала на выходе КТЧ по нормам МЭС-Т должна быть не менее 25 дБ. Если считать, что в КТЧ цифровых систем передачи единственным видом шумов являются шумы квантования, то у4 кв = 25 дБ. Подставив значение А а в (2.1) и округляя результат до боль­шего целого, получим т = 12. Для кодирования двухполярных отсчетов с использованием симметричного кода кодовая комбинация будет иметь вид РХХХХХХХХХХХ, где Р - символ равный 1 или 0, определяющий полярность отсчета, а символы X, принимающие значения 1 или 0, ото­бражают его абсолютное квантованное значение при шаге квантования, равном о 0 . Таким образом, для кодирования абсолютного значения кван­тованного отсчета требуется 11-разрядная кодовая комбинация вида

I /ото I = 2 10 5 0 + 2 9 5 0 + ... + 2 2 5 + 2"5 + 2°5 0 . (2.2)

Входным сигналом для нелинейного кодера данного типа является квантованный отсчет, полученный в результате равномерного квантова­ния с шагом квантования 8 0 , соответствующего требованиям защищенно­сти от шумов квантования. При линейном кодировании этому соответст­вует 2048 положительных и 2048 отрицательных уровней (2.2).

При нелинейном кодировании по закону А-87,6/13 (с коэффициентом сжатия А = 87,6 и числом сегментов для положительной и отрицательной полярности, равным восьми) для такой же защищенности от шумов кван­тования потребуется 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая комбинация должна быть 8-разрядной (см. гл. 1, § 1.4, рис. 1.27, 1.28 и табл. 1.8, 1.9 и пояснения к ним). Структурная схема нелинейного кодера взвешивающего типа с цифровой компрессией эталонов приведена на рис. 2.13.

Рис. 2. 13. Структурная схема нелинейного кодера

Назначение и принцип работы компаратора К, генераторов эталонных токов ГЭТ\ и ГЭТг, устройства формирования цифрового сигнала УФ ИКМ такие же, как и в схеме линейного кодера для двухполярного сигна­ла. Однако в отличие от линейного кодера ГЭТу и ГЭТг содержат 11 клю­чей, а веса подключаемых ими эталонных токов равны 5о, 2бо, 45о,... ..., 5125 0 и 10245 0 . После каждого такта кодирования решение компара­тора К записывается в цифровой регистр ЦР.

В зависимости от решения компаратора ЦР выбирает полярность ГЭТ и управляет работой цифровой логики, которая преобразует 7-разрядный код в 11-разрядный и формирует в блоке выбора и коммутации эталонных токов БКЭ цепи ГЭТ, определяя величины эталонов, подключаемых на вход второго компаратора, (см. гл. 1, § 1.4. Кодирование по Л-закону ком-пандирования). Устройство формирования ИКМ сигнала УФ ИКМ считы­вает состояние выходов ЦР и преобразует параллельный код в последова­тельный.

Как было показано ранее (см. гл. 1. § 1.4. Кодирование по А -закону компандирования), кодирование осуществляется за восемь тактов и вклю­чает три основных этапа, на которых определяется и кодируется:

Полярность входного сигнала;

Номер сегмента, в котором находится кодируемый отсчет;

номер уровня квантования сегмента, в зоне которого заключена ам­
плитуда кодируемого отсчета

Первый этап кодирования осуществляется за первый такт, второй этап -за второй-четвертый такты и третий этап - за пятый-восьмой такты коди­рования.

Рассмотрим численный пример кодирования. На вход 1 компаратора К нелинейного кодера поступает положительный отсчет с амплитудой / Отс =13658 0 .

Первый такт. С выхода генератора передачи ГО иер на первый выход ЦР поступает 1, а все остальные выходы ЦР находятся в нулевом состоя­нии. Это вызывает подключение к входу 2 компаратора ГЭТ, положи­тельной полярности. Так как / отс > 0, то на выходе компаратора 3 появится О и состояние 1 на первом выходе ЦР сохранится. Эта 1 с выхода ЦР по­ступает на вход 1 УФ ИКМ. Следовательно, символ полярности Р=1. На этом завершается первый этап кодирования.

Второй такт. С выхода генератора передачи ГО„ ер на второй выход ЦР поступает 1, на выходе 1 ЦР находится 1, выходы 3...8 ЦР находятся в нулевом состоянии. В результате чего на выходе 1 блока компрессорной логики КЛ БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон / эт4 = 1285о (см. гл. 1, рис. 1.28). Так как / отс - / эт4 = 1365б 0 - 1285 0 = 12375 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояния 1 на втором выходе ЦР и первом выходе КЛ сохранятся. С выхода ЦР 1 поступает на вход 2 УФ ИКМ. Следовательно, первый символ кода сегмента Л=1.

Третий такт. С выхода генератора передачи ГО пер на третий выход ЦР поступает 1, выходы 4 ...8 ЦР находятся в нулевом состоянии. В ре­зультате чего на выходе 2 блока компрессорной логики КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 ком­паратора подключается эталон / эт6 = 5128 0 (см. гл. 1, рис. 1.28), а эталон / эт4 = 1288 0 отключается. Так как / отс - / эт6 = 13658 0 - 5125 0 = 8538 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояния 1 на третьем выходе ЦР и на первом, втором выходах КЛ сохранятся. Эта 1 с выхода ЦР по­ступает на вход 3 УФ ИКМ. Второй символ кода сегмента К=1.

Четвертый такт. С выхода генератора передачи ГО пер на четвертый выход ЦР поступает 1, выходы 5...8 ЦР находятся в нулевом состоянии. В результате чего на выходе 3 блока компрессорной логики КЛ появляет­ся 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 комп"аратора подключается эталон / эт7 = 10248 0 (см. гл. 1, рис. 1.28), а эта­лон /„б = 5125 0 отключается. Так как / отс -/„6=13658„ - 1О248о = 3418 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояния 1 на четвертом вы­ходе ЦР и на третьем выходе КЛ сохранятся

Состояние 1 сохраняется только на одном из восьми выходов (этало­нов), соответствующего нижней границе сегмента. Этот же эталон под­ключается и ко входу 2 компаратора К от ГЭТ\ и остается подключенным на все оставшееся время кодирования. С выхода ЦР 1 поступает на вход 4 УФ ИКМ. Третий символ кода сегмента 2=1. На этом завершается второй этап кодирования.

Таким образом, за четыре такта формируются: символ полярности от­счета равный Р = 1, и три символа кода сегмента Х= l,Y= I nZ= 1.

Третий этап кодирования - определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в пределах которого находится амплитуда отсчета / отс. Таких уровней квантования в пределах каждого сегмента 16, и все они могут быть получены с помощью дополнительных эталонных значений (см. табл. 1.8). Для рассматриваемого примера отсчет находится в в седь­мом сегменте, для которого дополнительные эталонные значения равны / эт4 = 5128 0 , / Э тз = 2568 0 , / ЭТ 2 = 128бо и / ЭТ 1 = 645 0 , а шаг квантования для этого сегмента равен 87 = 648о, где, напомним, 8о - шаг квантования нуле­вого (центрального) сегмента.

Пятый такт. С выхода генератора передачи ГО пер на пятый выход ЦР поступает 1, выходы 6...8 ЦР находятся в нулевом состоянии (2...4 -в состоянии 1). В результате чего на выходе 5 блока компрессорной логи­ки КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон /^ = 5128о. Сигнал на входе 2 компаратора равен / эт7 + / эт4 = Ю248о + 5128 0 = 15368V Так как /„„;-- (/ эт7 + / эт4) = 13658 0 - 15368 О = - 171б 0 < 0, то на выходе 3 компаратора появляется 1. Состояния 1 на пятом выходе ЦР и на пятом выходе КЛ заменятся на 0. Эталон / эт4 = 5128 0 от входа 2 компаратора отключается. С выхода ЦР 0 поступает на вход 5 УФ ИКМ. Первый символ кода номера уровня квантования сегмента А = 0.

Шестой такт. С выхода генератора передачи ГО пер на шестой выход ЦР поступает 1, выходы 7...8 ЦР находятся в нулевом состоянии (2...4 -в состоянии 1, а 5 - 0). В результате чего на выходе 6 блока компрессор­ной логики КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эта­лонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон / эт5 = 256&V Сигнал на входе 2 компаратора равен / ЭТ 7 + / эт з = Ю245 О + 25б8о = 128О8о-Так как / отс - (/ эт7 + / эт з) = 13658 0 - 128О8о = 858о > 0, то на выходе 3 ком­паратора появляется 0. Состояние выходов ЦР не изменяется. С выхода ЦР 1 поступает на вход 6 УФ ИКМ. Следовательно, 2-й символ кода но­мера уровня квантования сегмента В=\.

Седьмой такт. С выхода генератора передачи ГО аер на седьмой выход

ЦР поступает 1, выход 8 ЦР находится в нулевом состоянии (2...4, 6 - в состоянии 1, а 5 - 0). В результате чего на выходе 7 блока компрессорной логики КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон / эт4 = 1285 0 . Сигнал на входе 2 компаратора равен / эт7 + / эт3 + / эт2 = 10245 0 + +256б 0 +1285 О = =14088 0 . Так как / отс - (/ эт7 + / эт. + / эт2) = 13655 0 - 14085 0 = - 438 О < 0, то на выходе 3 компаратора появляется 1. Эта 1 устанавливает 0 на седьмом выходе ЦР, отключается / эт2 от входа 2 компаратора. С выхода ЦР 0 по­ступает на вход 7 УФ ИКМ. Следовательно, 3-й символ кода номера уров­ня квантования сегмента С = 0.

Восьмой такт. С выхода генератора передачи ГО пер на восьмой выход ЦР поступает 1, (2...4, 6 - в состоянии 1, а 5, 7 - 0). В результате чего на выходе 8 блока компрессорной логики КЛ появляется 1, которая управля­ет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подклю­чается эталон /этз1= 648о. Сигнал на входе 2 компаратора равен /„7 + / эт з + + / эт, = 1О248о + 2568 0 +648 0 = 13445 0 . Так как / Отс - (7 эт7 + / эт3 + 1„0 = = 13658а ~ 13448о = 218 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояние символов на выходах ЦР и КЛ не изменяется. С выхода ЦР 1 поступает на вход 8 УФ ИКМ. Следовательно, 4-й символ кода номера уровня квантования сегмента D = 1.

Таким образом, за четыре такта формируются: символы кода номера уровня квантования отсчета 7-го сегмента: А = 0, В = 1, С = 0, D = I. Пре­образователь кода ПК формирует выходной ИКМ сигнал в последова­тельном виде 11110101. Ошибка квантования при этом равна/ эт7 = 13658 0 --13448 0 = 215 0 , что не превышает половины шага квантования седьмого сегмента.

Процесс формирования ИКМ сигнала принято называть аналого-цифровым преобразованием. Обратное цифро-аналоговое преобразование или декодирование, осуществляется декодером. Декодер осуществляет цифро-аналоговое преобразование кодовой комбинации в отсчеты АИМ сигнала соответствующей амплитуды и полярности. Структурная схема нелинейного декодера приведена на рис. 2.14.

Декодер содержит цифровой регистр ЦР, блок экспандирующей логи­ки ЭЛ, блок коммутации эталонов БКЭ и два генератора эталонных токов ГЭТ, и ГЭТ 2 положительной и отрицательной полярности.

Принятый ИКМ сигнал, представляющий восьмиразрядную кодовую комбинацию, записывается в ЦР и в виде параллельного кода формирует­ся на его выходах 1...8. Высший разряд, определяющий полярность от­счета, записывается на 8-м выходе, символы, определяющие код сегмен­та, записываются на 7, 6 и 5 выходах, символы кода номера уровня кванто-

Рис. 2.14. Структурная схема нелинейного декодера

вания записываются на 4, 3, 2 и 1 выходах ЦР. В соответствии с принятой кодовой комбинацией осуществляется включение эталонных токов. Их суммарная величина и определяет амплитуду принимаемого отсчета. Не­обходимо отметить, что для уменьшения погрешности преобразования уровни квантования декодера смещены на половину шага квантования по отношению к уровням кодера. Для этого в БКЭ добавлен еще один, 12-й корректирующий эталон, равный 0,5 шага квантования соответствующего сегмента.

Рассмотрим пример декодирования ранее полученной кодовой комби­нации 11110101. Эта кодовая комбинация записывается в ЦР. Символ на восьмом выходе ЦР определяет полярность отсчета. Так как на восьмом выходе ЦР появилась 1, то через блок коммутации эталонов БКЭ осуще­ствляется подключение положительных эталонов ГЭТ\. Так как на пятом-седьмом выходах ЦР записаны 1, то БКЭ во взаимодействии с блоком экспандерной логики ЭЛ подключают к ГЭТ\ эталон, соответствующий нижней границе сегмента, равный / эт10 = 10248 0 . Так как на четвертом вы­ходе ЦР записан 0, то следующий эталон ГЭТ, не будет подключен, Далее следует, что на третьем выходе ЦР записана 1, следовательно, к выходу ГЭТ, будет подключен эталон /„ 8 = 2568 0 . В результате на выходе ГЭТ, формируется ток 1„ = 1„ 10 + / эт8 =Ю248 0 + 256б 0 = 12808,. Если на втором

выходе ЦР записан 0, то следующий эталон пропускается. Если на первом выходе ЦР записана 1, то следующий эталон равный 1 эт6 = 648 0 , подклю­чается к выходу декодера и амплитуда суммарного тока на выходе деко­дера будет равна / эт = / эт ю + / эт8 + / ЭТ 6 = Ю245 0 + 2568 О + 645 0 = 13448 0 .

Для снижения шумов квантования, как отмечалось выше, при декодиро­вании используется еще 12-й корректирующий эталон, равный половине шага квантования соответствующего сегмента 5 се, т.е. / к = 0,55 сег - Для при­веденного примера шаг квантования седьмого сегмента равен 648 О, следова­тельно, общее суммарное значение тока АИМ сигнала на выходе кодера будет равно / эт = / эт10 + / эт8 +1^+ / к = 10248 0 + 2568 0 + 648 0 + 328 0 =13788 0 .

На вход кодера поступил отсчет с амплитудой / отс = 13658о, сигнал на выходе декодера равен / эт = 13788 0 , следовательно, искажения при коди­ровании-декодировании равны / иск = / отс - / эт = 13658о -13788о = - 135о, что по абсолютной величине не превышает половины шага квантования.

2.4. Генераторное оборудование цифровых систем передачи 2.4.1. Общие принципы построения генераторного оборудования

Для работы функциональных блоков ЦСП с временным разделением каналов на всех этапах цифровой обработки сигналов, мультиплексирова­ния и демультиплексирования цифровых потоков, формирования линей­ного цифрового сигнала, обеспечения синхронной работы оконечного оборудования требуются определенного вида управляющие сигналы, па­раметры которых строго регламентированы во времени. Формирование управляющих сигналов осуществляется генераторным оборудованием (ГО), которое выполняется отдельно для передающей ГО пер и приемной ГО„ Р частей оконечных станций.

Генераторное оборудование обеспечивает формирование и распреде­ление импульсных последовательностей, управляющих процессами дис­кретизации, кодирования-декодирования, временного группообразования, ввода-вывода символов служебных сигналов на определенные позиции цикла передачи и т. д. От ГО необходимо получить импульсные последо­вательности со следующими основными частотами:

Частотой дискретизации F a (обычно равной 8 кГц);

Тактовой частотой первичного цифрового потока (ШДП), равной

где т - число элементов в кодовой комбинации, 7V Klf - число канальных интервалов ПЦП и равной

f T = F a m N KH = 8-8-32 = 2048 кГц;

Частотой следования кодовых комбинаций (канальных интервалов),
равной F KK = \1Т Ю = F a N Kll =f T I m;

Тактовыми частотами цифровых потоков более высокого порядка,
получаемыми в результате объединения определенного числа цифровых
потоков более низкого порядка.

Рассмотрим построение ГО первичной цифровой системы, для которой необходимые импульсные последовательности можно получить путем де­ления тактовой частоты, получаемой от высокостабильного автономного задающего генератора ЗГ с относительной нестабильностью не хуже ± 10" 6 (рис. 2.15). На выходе ЗГ формируется гармонический высокостабильный сигнал с частотой, обычно равной или кратной тактовой частоте/ т. Форми­рователь тактовой последовательности ФТП вырабатывает основную по­следовательность импульсов с частотой следования/^ Импульсы тактовой последовательности используются при выполнении операций кодирования и декодирования, формирования и обработки линейного цифрового сигнала.

Делитель разрядный ДР формирует т импульсных последовательно­стей Pi, Рг...Р т. Число разрядных импульсов, формируемых ДР, равно числу разрядов кодовой комбинации, а частота их следования для т = 8 равна F K =f T /m = 2048 /8 = 256 кГц. Импульсные последовательности с выхода ДР используются для правильного определения каждого разряда кодовой комбинации, при выполнении операций кодирования и декоди­рования, а также при формировании группового ИКМ сигнала, когда не­обходимо выделить временные интервалы для передачи соответствующих позиций синхроимпульсов, сигналов управления и взаимодействия и раз­личного вида сервисных сигналов.

Делитель канальный ДК формирует управляющие канальные импуль­сы последовательности КИд, КИ\...КИц-\- Частота следования КИ равна частоте дискретизации F a .

Делитель цикловой ДЦ служит для формирования цикловых импульс­ных последовательностей Ц о, Ц х...Цк-ь где k - число циклов в сверхцик­ле. Для к = 16 частота следования цикловых импульсов равна F u = F a / к = = 8000/16 = 500 Гц.

Обычно предусматривается несколько режимов работы генераторного оборудования оконечных станций:

Внутренней синхронизации, при котором осуществляется работа от
местного высокостабильного автономного ЗГ (рис. 2.15)

Внешнего запуска, при котором осуществляется работа от внешнего
задающего генератора ВЗГ.

Рис. 2. 15. Структурная схема ГО передачи

Внешней синхронизации, при котором осуществляется подстройка частоты местного ЗГ с помощью фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), управляемой внешним сигналом.

Наличие установочных входов обеспечивает (при необходимости) возможность подстройки ГО данной станции к работе ГО другой станции, выбранной за ведущую станцию. Как следует из рис. 2.15, формирование необходимых последовательностей импульсов реализуется делением час­тоты. Временные диаграммы работы ГО с использованием делителей час­тоты приведены на рис. 2.16. На вход делителя разрядных импульсов ДР от формирователя тактовой последовательности поступает периодическая последовательность импульсов. ДР формирует восемь разрядных импуль­сов Р\...Р%. Каждый разрядный импульс сдвинут относительно следующе­го на тактовый интервал. Интервал следования одноименных разрядных импульсов равен Т р = 8Т Т. На рис. 2.16,а показано положение импульсных последовательностей Р/...Р 8 относительно тактовых. Из любой последо­вательности Pi формируются управляющие последовательности КИ 0 , КИ\, KHff.i, определяющие границы канальных интервалов и их временное по­ложение. Расположение КИ относительно разрядных импульсов и такто­вой последовательности также видно из рис. 2.16,д. На рис. 2.16,6 показа­но расположение импульсов управляющих последовательностей Ц о и Ц/ относительно последовательностей КИо..-KHn-i, а на рис. 2.16,в - взаим­ное расположение циклов Z/o- Цы в сверхцикле.

Схема ГО приема отличается от схемы ГО передачи следующими осо­бенностями, обеспечивающими работу ГО приема синхронно и синфазно с ГО передачей. Во-первых, импульсная последовательность с тактовой частотой f T будет поступать на вход ДР не от ЗГ, а от выделителя тактовой частоты - ВТЧ. Во-вторых, установка ГО приема по циклу и по сверхцик­лу осуществляется с помощью сигналов, поступающих от приемника син­хросигнала, о чем будет сказано ниже.

Рис. 2.16. Временные диаграммы работы генераторного оборудования

2.4.2. Задающие генераторы

Основным требованием, предъявляемым к задающим генераторам (ЗГ) ЦСП, является стабильность частоты. В то же время они должны иметь возможность перестройки частоты в определенных пределах. Выполнение противоречивых требований обеспечения стабильности частоты ЗГ (в ре­жиме автогенерации) и реализации определенной перестройки учитывает­ся при выборе соответствующей схемы ЗГ. Относительная нестабиль­ность частоты ЗГ должна быть не выше 10~ 5 , и поэтому в схемах ЗГ для стабилизации частоты используются кварцевые резонаторы (КР). Частота

Рис. 2.17. Принципиальная схема ЗГ на транзисторах

ЗГ выбирается в целое число большей, чем тактовая частота/ т. Так, на­пример, ЗГ аппаратуры формирования первичного цифрового потока типа ИКМ-30 вырабатывает гармоническое колебание с частотой/ зг = 8192 кГц. Выбор частоты генерации, в 4 раза превышающей тактовую частоту по­тока, позволяет осуществить почти оптимальное построение ЗГ. В схему ЗГ входят делитель частоты (ДЧ) и формирователь тактовой последова­тельности (ФТП). В настоящее время ЗГ цифровых систем передачи реа­лизуются как на дискретных (рис. 2.17), так и на логических элементах (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Функциональная схема ЗГ на логических элементах

Схема ЗГ (рис. 2.17) представляет двухкаскадный усилитель с положи­тельной обратной связью, в состав которого входит кварцевый резонатор КР. Режим по постоянному току первого каскада обеспечивается резисто­рами Л1...Л4, второго - резисторами R 5 ...R 6 . Для изменения частоты ЗГ в заданных пределах включен варикап VD, управляемый напряжением U yn , которое может изменяться или регулироваться устройством фазовой ав­топодстройки частоты при работе ЗГъ режиме внешней синхронизации.

Схема ЗГ (рис. 2.18) состоит из трех инверторов DDI...DD3, сопро­тивлений R/ и /? 5 обеспечивают перевод элементов D\ и D2 в активный режим. Длительность импульсов можно менять подборкой резисторов R\ и Re, сопротивления которых совместно с входной емкостью элемента DD3 образуют цепь временной задержки. Подстройка частоты осуществ­ляется управляемым варикапом VD.

Учитывая, что ЗГ должен работать в режиме как автогенерации, так и внешнего управления частотой в схеме предусматривается возможность переключения режимов. На рис. 2.19 представлена схема задающего ге­нератора, включающая в себя автогенератор с кварцевой стабилизацией, собственно ЗГ и схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), со­стоящей из фазового детектора - ФД, фильтра нижних частот - ФНЧ и усилителя постоянного тока, формирующих сигнал управления пере­стройкой частоты ЗГ.

В режиме автогенерации устанавливаются перемычки 1 - 2, 4 - 6, а в режиме внешней подстройки частоты - перемычки 2-3, 4 ~ 6 и 7 - 8. При этом в работу включается схема ФАПЧ, которая сравнивает фазы внешней частоты синхронизации и собственной частоты ЗГ. Если имеют

Рис. 2.19. Схема ЗГ с фазовой автоподстройкой частоты

расхождения фаз этих частот, то вырабатывается соответствующий управляющий сигнал, и частота ЗГ подстраивается под частоту синхрони­зации.

В режиме использования внешнего генератора устанавливается пере­мычка 5-6. Работа схемы от местного генератора и работа от внешнего генератора совершенно одинаковы.

В режиме внешней синхронизации схема работает следующим обра­зом: устанавливается перемычка 7-8; частота местного ЗГ и частота от внешнего генератора поступают на фазовый детектор ФД на выходе кото­рого образуется разностный сигнал; ФНЧ выделяет постоянную состав­ляющую этого сигнала, величина которой пропорциональна расхождению частот воздействующих на него сигналов; сигнал с выхода ФНЧ усилива­ется УПТ, на выходе которого формируется сигнал напряжением £/ уп, управляющий перестройкой частоты ЗГ (воздействуя, к примеру, на вари­кап).

2.4.3. Делители частоты

Схемы делителей различного назначения (разрядных, канальных, цик­лов и сверхциклов) легко реализуются на основе счетчиков, регистров, дешифраторов и других логических схем.

Функциональная схема делителя разрядов ДР (для m = 8) с использо­ванием трехразрядного двоичного счетчика на триггерах Тг { ...Тг 3 показа­на на рис. 2.20,а.

Реализовать такой ДР можно и применением кольцевого счетчика из восьми триггеров Тг\...Тг%, рис. 2.20,6. Аналогичным образом можно по­строить и другие делители. На практике более широкое распространение получил первый вариант, который для своей реализации требует меньше­го числа триггеров

Рис. 2.20. Функциональные схемы делителей разрядов

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные способы снижения затухания при дискретизации анало­
говых сигналов.

2. В чем сущность резонансного способа дискретизации?

3. Процесс кодирования в кодерах последовательного счета. Достоинства и
недостатки кодеров последовательного счета.

4. Процесс кодирования в линейных кодерах поразрядного кодирования или
взвешивающего типа.

5. Назначение инверторов DDi и DD 2 линейного кодера взвешивающего типа
для двухполярных сигналов. Назначение устройства формирования ИКМ сигнала.

6. Назначение компандерной логики в схеме нелинейного кодера.

7. Назначение экспандерной логики в схеме нелинейного декодера.

8. Изобразите структурную схему цифрового регистра или преобразователя
последовательного кода в параллельный.

9. На вход нелинейного кодера поступает АИМ-2 сигнал с амплитудой - 10188 о
Определить структуру кодовой комбинации на выходе нелинейного кодера.

10. На вход нелинейного декодера поступает ИКМ сигнал вида 00111101 Оп­
ределите амплитуду АИМ-2 отсчета на выходе нелинейного декодера.

11. Сформулируйте основные требования к генераторному оборудованию
ДСП.

12. Укажите назначение основных элементов структурной схемы генераторно­
го оборудования ЦСП.

13. Поясните работу схемы задающего генератора, изображенного на рис. 2.16.

14. Поясните работу схемы задающего генератора, изображенного на рис. 2.17.

15. Разработайте функциональную схему ЗГ с использованием двух инверто­
ров.

16. На примере схемы рис. 2.18 поясните режимы работы генераторного обо­
рудования.

17. Попытайтесь изобразить временные диаграммы работы схемы в режиме
внешней синхронизации.

18 Изобразите функциональную схему ДК для формирования канальных по­следовательностей импульсов с использованием кольцевого счетчика.

19. Изобразите функциональную схему ДК для формирования канальных по­следовательностей импульсов с использованием соответствующего разрядного счетчика.

Линейные и нелинейные кодеры и декодеры. Виды линейных кодеров: - счетного типа, взвешивающего типа, матричные. Структурные схемы линейного кодера взвешивающего типа для однополярного и двухполярного сигналов. Структурные схемы нелинейного кодера идекодера. Характеристика компрессии типа А-87,6/13.

Кодер с линейной шкалой квантования называется линейным, а с нелинейной шкалой квантования – нелинейным.

Вх АИМ сигн.

Рисунок 2. Структурная схема линейного кодера взвешивающего типа для вдух-полярного сигнала.

Для примера рассмотрим работу кодера при кодировании отсчета с отрицательной амплитудой - 105.3 Δ. Кодируемый отсчет подается на первый вход (I) компаратора, а цикл начинается с установки первого выхода ЛУ в состояние 1. В этом случае за--мыкается ключ Кл + источника положительных эталонных токов (напомним, что выходы 2,..8 ЛУ при этом находятся в состоянии. О, т, е. Кл(- Кл? и Кл[-Кл-/ разомкнуты, на втором входе компаратора, Iэт = 0). Поскольку отсчет имеет отрицательную поляр--ность, т. е. Iс<0, то в первом такте кодирования на выходе компаратора будет сформирована 1 и состояние первого выхода ЛУ ста­нет 0, Тогда Кл+ будет разомкнут, а через инвертор DD 2 будет включен Кл - . Единица на выходе инвертора DD 2 изменит и положение ключа КлК на выходе компаратора и к нему подключится. инвертор. Необходимость такой операции пояснялась ранее. Таким образом, согласно полярности амплитуды входного сигнала включен ГЭТ отрицательных эталонных токов и схема готова к следующим этапам кодирования, для чего переводятся в состояние 1 второй выход ЛУ. Перевод в состояние 1 второго выхода ЛУ обеспечивает подключение через Кл - , эталонного тока-64Δ в точку суммирования этапов Вх2 компаратора и т.д..

Рисунок 3. Характеристика компрессии типа А-87,6/13

В системах ИКМ-ВРК вместо плавной амплитудной характе­ристики, которую имеют аналоговые_компандеры, применяются сегментные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступенями. Два в положительной и два в отрицательной областях объединяются в один центральный сегмент, поэтому общее число сегментов на двухполярной характеристике равно 13. Каждый из 16 сегментов характеристики содержит по 16 шагов (уровней), квантования, а общее число уровней равно 256, из них 128 поло­жительных и 128 отрицательных.

Каждый сегмент начинается с определенного эталона, назы­ваемого основным – 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048.

Кодирование осуществляется за восемь тактов и включает три основных этапа:

1 - определение и кодирование полярности вход­ного сигнала;

2 - определение и кодщювание номера сегмента узла, в котором заключен кодируемый отсчет;

3 - определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в зоне кото­рого заключена амплитуда кодируемого отсчета. Первый этап кодирования осуществляется за 1-й такт, второй этап - за 2...4-й такты, третий этап - за 5.,.8-й такты кодирования.

Вх АИМ

Вых ИКМ

ГО

ГО

ГО

ПК

ЦР

ГЭТ1

ГЭТ2

БКЭ

Рисунок 4. Структурная схема нелинейного декодера