Аналогово-цифровой преобразователь сигналов



Аналогово-цифровой преобразователь сигналов
Аналогово-цифровой преобразователь сигналов
H03M1/12 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

Владельцы патента RU 2665245:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта (МИИТ)" РУТ (МИИТ) (RU)

Изобретение относится к области передачи цифровых сигналов и может быть использовано для аналогово-цифрового преобразования. Техническим результатом является увеличение частотной эффективности цифрового сигнала, уменьшение шумов квантования, упрощение структуры АЦП. Устройство содержит источник аналогового сигнала, делитель полосы частот аналогового сигнала, дискретизатор по времени разделенного аналогового сигнала, генераторы импульсов, компрессор уровня отсчетов, расширитель импульсов, блок задержки по времени, однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, кодер модуля отсчетов, счетчик импульсов, мультиплексор, дешифратор. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области передачи цифровых сигналов.

Уровень техники

Известны аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), описанные в различных источниках:

1. Шмытинский В.В., Глушко В.П., Казанский Н.А. Многоканальная связь на железнодорожном транспорте. - М.: ГОИ, 2008.

2. Шмытинский В.В., Котов В.К., Здоровцов И.А. Цифровые системы передачи информации на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1995. - С. 72-81.

3. Патент РФ на ПМ №114247. АЦП речевого сигнала / Волков А.А., О.Е. Журавлев, В.А. Кузюков. Приоритет от 07.10.2011.

По технической сущности наиболее близким к данному изобретению является устройство, описанное в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках раскрыты аналоги изобретения.

АЦП-прототип содержит, как обычно, три операции: дискретизацию аналогового сигнала по времени, квантование отсчетов по уровню и кодирование каждого компрессированного отсчета восемью двоичными разрядами, которые называются кодовым словом, а все перечисленные операции вместе называются импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

Особенностью АЦП-прототипа (ИКМ-30) является кодирование квантованных отсчетов по методу взвешивания с неравномерным квантованием уровней отсчетов, для чего кодер имеет нелинейную квазилогарифмическую характеристику, объединяющую процесс квантования и кодирования отсчетов, то есть в нем сосредоточены основные процессы АЦП с учетом того, что на его вход поступают отсчеты дискретизированного по времени аналогового сигнала (АИМ-2)

Кодер состоит из компаратора К, цифрового восьмиразрядного регистра (ЦР), устройства преобразования сигналов управления (УПСУ), двух формирователей эталонных сигналов (ФЭС), устройства коммутации ФЭС (УКФ).

Цифровой регистр с логикой управления записывает и хранит информацию, полученную от компрессора К по цепи обратной связи, в соответствии с которой формируются сигналы управления работой ФЭС. УПСУ преобразует семиразрядный код, поступающий с выхода ЦР, в сигналы управления ключами ФЭС. Устройство УКФ пропускает сигналы управления от УПСУ на входы одного из ФЭС в зависимости от знака сигнала.

В методе взвешивания кодера для определения уровня квантования отсчета используются 11 эталонов для обеспечения неравномерного квантования по уровню, плавная логарифмическая кривая заменяется ломаной линией, состоящей из 16 сегментов по 8 для положительной и отрицательной областей изменения сигнала. Восьмью разрядами (кодовым словом) записывается каждый квантованный отсчет. Всего уровней квантования 28=256. Если отсчет попадает между соседними квантованными уровнями, то он округляется до ближайшего, отчего вносится погрешность в уровень сигнала, которая называется шумом квантования. Погрешность квантования не превосходит половины разницы между соседними отсчетами. Так как аналоговый речевой сигнал (PC) знакопеременный, то и дискретизированный по времени аналоговый сигнал будет знакопеременным (двухполярным) и поэтому кроме модуля отсчета необходимо передавать и его знак. В ИКМ-30 его передают в первом разряде кодового слова, а на передачу модуля отсчета остается только 7 разрядов, отчего шумы квантования увеличиваются в 2 раза. Для исключения этого в ИКМ-30 используют неравномерное квантование по уровню: нулевой и первый сегменты имеют одинаковые и минимальные интервалы квантования, как и при восьми разрядах квантования, а в остальных сегментах интервалы удваиваются по отношению к предыдущему. В этом случае и шумы квантования увеличиваются, но отношение мощности сигнала отсчета к мощности шума квантования остается приблизительно таким же, как и при восьмиразрядном квантовании.

Основным недостатком прототипа является сложность АЦП, что отрицательно сказывается на его надежности, большой уровень шумов квантования, сложность записи кода отсчета: первый разряд - знак, 2-4 - номер сегмента, куда попадает отсчет, 5-8 - формируют линейное квантование внутри сегмента, куда попадает отсчет.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков за счет введения делителя полосы частот в два раза аналогового сигнала, позволившего ввести девятый разряд в кодовое слово для записи знака отсчета, а 8 разрядов остаются для записи его модуля, отчего шумы квантования не возрастают, а полоса частот цифрового сигнала значительно сокращается за счет указанного деления.

Сущность изобретения состоит в том, что в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) сигналов, состоящий из последовательно включенных источника аналоговых сигналов (ИАС), дискретизатора аналоговых сигналов по времени, компрессора уровней отсчетов аналогового сигнала, расширителя отсчетов (АИМ-2), кодера, а также из блока задержки по времени и генератора импульсов, выход которого подключен ко второму входу дискретизатора по времени и параллельно через блок задержки ко второму входу расширителя импульсов, в него дополнительно введены делитель полосы частот аналогового сигнала в два раза, однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, мультиплексор, второй генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор, причем, через делитель полосы частот в два раза соединяется выход ИАС с входом дискретизатора по времени; двухполупериодный выпрямитель подключен между выходом расширителя импульсов и входом кодера, а однополупериодный выпрямитель соединяет выход расширителя импульсов с первым входом контакта мультиплексора, а выходы восьмиразрядного параллельного кода кодера подключены соответственно к восьми входам контактов мультиплексора, в котором осуществляется их временное уплотнение, а к адресным входам которого подключены четыре параллельных выхода счетчика импульсов с введенным генератором на его входе; чтобы перевести единицу с девятого выхода дешифратора на первый и осуществить временное уплотнение только девяти разрядов в мультиплексоре, его десятый выход подключен к R входу счетчика импульсов.

Существенным отличием изобретения является введенный в прототип делитель полосы частот непрерывного речевого сигнала (PC) в два раза согласно патенту №2259632 «Способ деления полосы частот передаваемого сигнала и устройство для его осуществления». / А.А. Волков. Приоритет от 24.03.2004, позволяющий значительно сократить полосу частот цифрового сигнала (ЦС) и ввести девятый разряд в кодовом слове для замены неравномерного квантования равномерным и тем самым уменьшить шаг квантования, повысив качество цифровой передачи.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена структурная схема предлагаемого АЦП, который состоит из источника аналогового сигнала 1, делителя полосы частот аналогового сигнала 2, дискретизатора по времени разделенного аналогового сигнала 3, генераторов импульсов 4,10, компрессора уровня отсчетов 5, расширителя импульсов (АИМ-2) 6, блока задержки по времени 7, однополупериодного выпрямителя 8, двухполупериодного выпрямителя 9, кодера модуля отсчетов 11, счетчика импульсов 12, мультиплексора 13, дешифратора 14. Введенные элементы обведены пунктирными линиями

Осуществление изобретения

Работа схемы происходит следующим образом.

Аналоговый речевой сигнал (PC) с блока 1 поступает на вход блока 2, где происходит деление его полосы частот в два раза, и максимальная его частота вместо 3,4 кГц становится равной 1,7 кГц. Сигнал с блока 2 поступает на один вход дискретизатора 3, на второй вход которого подаются импульсы с частотой следования 4 кГц вместо стандартных 8 кГц согласно теореме Котельникова. С выхода дискретизатора двухполярные импульсы компрессируются по уровню в блоке 5, после чего они поступают на один вход расширителя импульсов (АИМ-2) 6, на второй вход которого подаются импульсы с генератора 4 через блок задержки 7. С выхода блока 6 двухполярные прямоугольные импульсы длительностью τ поступают на вход однополупериодного выпрямителя 8 и параллельно на вход двухполупериодного выпрямителя 9. Блок 8 формирует знак отсчета в виде 1 или 0, который подается непосредственно на вход первого контакта мультиплексора 13. Двухполупериодный выпрямитель 9 формирует модуль отсчетов, который преобразуется в цифровой сигнал параллельного кода в блоке 11, после чего его разряды поступают на другие восемь контактов мультиплексора 13. С выхода генератора 10 сигнал поступает на вход счетчика 12, формирующего четыре параллельных импульса, которые подаются на адресные входы мультиплексора 13 и параллельно на вход дешифратора 14. В мультиплексоре 13 осуществляется временное уплотнение входных импульсов. Так как в данном устройстве введен девятый разряд, то 10-й выход дешифратора подключен к R входу счетчика 12 для перевода единицы с девятого его выхода на первый и работе мультиплексора 13 только с девятью разрядами.

Полоса частот цифрового сигнала согласно учебнику Зюко А.Г и др. «Теория передачи сигналов» М.: Радио и связь. 1986 г. - С. 251 выражается формулой Δƒцс=nΔƒас, где n=8 - число разрядов в кодовом слове. Полоса частот аналогового сигнала Δƒас=3,4-0,3=3,1 кГц, поэтому при n=8 и отсутствии деления Δƒцс=8⋅3,1=24,8 кГц. Согласно изобретению, при числе разрядов n=9 и разделению полосы PC в два раза Δƒцс=9⋅1,55=13,95<24,8 кГц, т.е меньше в 1,8 раза.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение частотной эффективности цифрового сигнала в 1,8 раза, уменьшение шумов квантования, упрощение схемы и структуры цифрового сигнала.

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) сигналов, состоящий из последовательно включенных источника аналоговых сигналов (ИАС), дискретизатора аналоговых сигналов по времени, компрессора уровней отсчетов аналогового сигнала, расширителя отсчетов (АИМ-2), кодера, а также из блока задержки по времени и генератора импульсов, выход которого подключен ко второму входу дискретизатора по времени и параллельно через блок задержки ко второму входу расширителя импульсов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены делитель полосы частот аналогового сигнала в два раза, однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, мультиплексор, второй генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор, причем, через делитель полосы частот в два раза соединяется выход ИАС с входом дискретизатора по времени; двухполупериодный выпрямитель подключен между выходом расширителя импульсов и входом кодера, а однополупериодный выпрямитель соединяет выход расширителя импульсов с первым входом контакта мультиплексора, а выходы восьмиразрядного параллельного кода кодера подключены соответственно к восьми входам контактов мультиплексора, в котором осуществляется их временное уплотнение, а к адресным входам которого подключены четыре параллельных выхода счетчика импульсов с введенным генератором на его входе; чтобы перевести единицу с девятого выхода дешифратора на первый и осуществить временное уплотнение только девяти разрядов в мультиплексоре, его десятый выход подключен к R входу счетчика импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области спутниковой связи. Техническим результатом является минимизация защитной полосы между частотными полосами, выделенными для двух смежных каналов.

Группа изобретений относится к счетчикам в сетях снабжения электроэнергией. Технический результат – повышение надежности структуры сети связи.

Изобретение относится к технике беспроводной связи и может быть использовано для управления радиопередачей в частотном диапазоне передатчика. Предлагается способ и радиоузел (800) для управления передачей радиосигналов в полосе частот передатчика, чтобы избегать или снижать помеху в полосе частот объекта воздействия, являющейся отдельной от полосы частот передатчика в частотной области.

Изобретение относятся к области технологий связи и может быть использовано в устройствах подавления помех. Технический результат – повышение эффективности подавления помех.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в повышении производительности фильтрации в системе радиосвязи дуплексного режима с временным разделением.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат состоит в повышении мощности генерации амплитудно-модулированных сигналов (ГАМС).

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является снижение потребляемой мощности мобильного электронного устройства.

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться как для создания приемо-передающей аппаратуры, так и для измерения электрофизических характеристик среды распространения сигнала.

Использование: для создания элементов и приборов радиоприемной аппаратуры. Сущность изобретения заключается в том, что радиоприемное устройство, содержащее подложку с нанесенным на нее, по меньшей мере одним, диэлектрическим слоем, в диэлектрическом слое и подложке выполнено углубление, на поверхности диэлектрического слоя с примыканием к углублению на его сторонах выполнены катод, анод, радиоэлектрод и управляющий электрод с отсутствием электрического контакта между ними, на боковой поверхности катода, примыкающей к углублению, сформирован массив из углеродных нанотрубок, область с углублением закрыта герметизирующей пластиной.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в измерительной технике, в устройствах средств связи, радиотехнической разведки, радиоэлектронного противодействия.

Следящий преобразователь тока компенсационного типа относится к устройствам измерения электрического тока. Преобразователь содержит магнитопровод 1 с токовой 2 и компенсационной 3 катушками.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при преобразовании сигнала входного электрического тока в выходной сигнал напряжения. Изобретение предполагается к использованию в составе схем радиоэлектронных устройств различного назначения, а также в составе функционального узла микросхем.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано в радиолокационных станциях, Технический результат - повышение точности преобразования углового перемещения антенны радиолокационной станции (РЛС) за счет компенсации кинематической погрешности информационной передачи датчиков и расширение функциональных возможностей.

Группа изобретений относится к области аналого-цифрового преобразования и может быть использована в системе контроля энергонасыщенных объектов. Техническим результатом является упрощение конструкции и уменьшение габаритов преобразователя.

Изобретение относится к системе контроля энергонасыщенных объектов. Техническим результатом является повышение достоверности устройства сбора информации за счет коррекции динамической погрешности преобразования и исключения неоднозначности преобразования.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении достоверности преобразования за счет создания возможности оперативной поверки и автокоррекции инструментальных погрешностей преобразователя.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к синусно-косинусным преобразователям угла в код. Техническим результатом является повышение разрядности преобразователя при меньшем объеме ПЗУ без потери быстродействия преобразования.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к построению кодовой шкалы преобразователя угловых перемещений в код. Техническим результатом является уменьшение как величины шага углового перемещения (увеличение разрешающей способности датчика угла), так и числа считывающих элементов кодовой шкалы при сохранении возможности восстановления углового положения по результатам измерений, проводимых при повороте на угол, равный интервалу - j=5 шагам углового перемещения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям, и может быть использовано в цифровых системах для измерения и контроля аналоговых величин.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в повышении надежности приема электромагнитной энергии. Для этого спутник наблюдения используется для получения информации о электромагнитной энергии, излучаемой от земли. Спутник наблюдения вращается вокруг земли по орбите, имеющей наклон больше чем 90° и меньше чем 270°. Кроме того, спутник наблюдения содержит, по меньшей мере, одну приемную антенну, причем по меньшей мере одна приемная антенна имеет приемную диаграмму направленности, направленную к земле, и выполнена с возможностью приема электромагнитной энергии в радиочастотном диапазоне по мере вращения спутника по орбите относительно поверхности земли. Спутник наблюдения также содержит передатчик, сконфигурированный для, по меньшей мере, ретрансляции принятой электромагнитной энергии, передачи информации, представляющей принятую электромагнитную энергию; и передачи информации, полученной из принятой электромагнитной энергии. 9 н. и 42 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области передачи цифровых сигналов и может быть использовано для аналогово-цифрового преобразования. Техническим результатом является увеличение частотной эффективности цифрового сигнала, уменьшение шумов квантования, упрощение структуры АЦП. Устройство содержит источник аналогового сигнала, делитель полосы частот аналогового сигнала, дискретизатор по времени разделенного аналогового сигнала, генераторы импульсов, компрессор уровня отсчетов, расширитель импульсов, блок задержки по времени, однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, кодер модуля отсчетов, счетчик импульсов, мультиплексор, дешифратор. 1 ил.

Наверх