Тема 7. Структурная схема оконечной станции первичной оцтс и основные узлы оборудования

Введение.

В лекции рассматриваются построение тракта передачи КОО и схемы основных узлов: амплитудно - импульсные модуляторы, преобразователи АИМ-1 в АИМ-11,кодеры с равномерной и неравномерной шкалой квантования.

Раздел 7.1 Структурная схема оконечной станции первичной оцтс и основные узлы оборудования (продолжение)

Амплитудно-импульсные модуляторы. Амплитудно-импульсные модуляторы осуществляют дискретизацию аналоговых сигналов в тракте передачи. Временные селекторы распределяют на приеме импульсы группового АИМ сигнала по входам низкочастотных окончаний каналов. В качестве таких устройств применяются быстродействующие электронные ключи, управляемые импульсным напряжением, называемым импульсной несущей. Параметры амплитудно-импульсных модуляторов и временных селекторов определяют параметры цифрового канала ТЧ и влияют на уровень шумов в них.

Присутствие импульсов управляющего тока на выходе амплитудно-импульсного модулятора приводит к смещению произвольным образом амплитуды отсчетов, что увеличивает погрешность при квантовании и кодировании и уровень шумов на выходе канала. Мощность остатков управляющих импульсов не должна превышать 0,001 пикового значения мощности сигнала.

Это достигается применением балансных схем модуляторов и временных селекторов. Причем, требования к балансировке могут быть снижены, так как затухание ФНЧ-3,4 в тракте приема на частоте 8 кГц достаточно велико.

К амплитудно-импульсным модуляторам и временным селекторам предъявляют высокие требования по быстродействию и линейности амплитудной характеристики. От их быстродействия зависит уровень переходных помех между каналами, а от линейности амплитудной характеристики – нелинейные искажения.

Амплитудно-импульсные модуляторы.

В качестве электронного ключа может быть использован диодный мост (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Диодный мост

Управляет работой диодов напряжение импульсной несущей U_у. Для обеспечения баланса необходимо подобрать диоды с одинаковыми параметрами. На практике используют интегральные сборки, в которых диоды выполнены на одном кристалле и обладают практически одинаковыми параметрами.

Схема электронного ключа на транзисторах (рис. 8.2):

Рисунок 8.2. Схема электронного ключа на транзисторах

Управляющее импульсное напряжение U_упоступает на базы транзисторов одновременно, а токи эмиттерных цепейI_у1,I_у2в нагрузке протекают в противофазе. Таким образом, если параметры транзисторов одинаковы, то суммарный ток импульсной несущей в нагрузке будет равен 0. В типовой аппаратуре в качестве активных элементов в электронных ключах чаще всего используют интегральные транзисторные сборки.

Преобразователь АИМ1 в АИМ2. Сигналы с выходов электронных ключей тракта передачи объединяются в групповой АИМ сигнал. Причем, амплитуды в течении длительности импульса будут изменяться в соответствии с изменением амплитуды исходного сигнала, т.е. на выходе электронного ключа передачи имеется сигнал – АИМ1. Для устойчивой работы кодеров необходимо преобразование группового сигнала в форму АИМ2, т.е. импульсы должны быть с плоской вершиной и значительной длительностью.

Структурная схема преобразования АИМ1 в АИМ2.

Рис. 8.3. Структурная схема преобразования АИМ1 в АИМ2

В состав схемы входят электронный ключ, накопительный конденсатор С и операционные усилители.

КЛ1 – амплитудно– импульсные модуляторы каналов;

КЛ2 – работают одновременно с КЛ1, подключает на короткое время заряда (_з).

Накопительный конденсатор С заряжается до амплитуды АИМ сигнала, КЛ1 и КЛ2 – размыкаются.

УС2 – имеет высокоомное входное сопротивление, что обеспечивает постоянное напряжение заряда конденсатора на время кодирования сигнала.

Для подготовки накопительного конденсатора и к следующему отсчету сигнала АИМ1 он разряжается на землю КЛ3.

Кодеры с равномерной и неравномерной шкалой квантования.

В ОЦТС с ИКМ используют три основных метода построения аналого-цифровых преобразователей:

- матричный;

- последовательного счета;

- поразрядного взвешивания.

Матричный кодер.

Образуется кодовое поле, состоящее из пространственно разнесенных элементов, число которых равно числу разрешенных уровней. Кодовое поле может представлять собой набор пороговых устройств (при m5), либо кодовую маску в специальной электронно-лучевой кодирующей трубке (m=8, 9).

Недостатком матричных АЦП, построенных на обычных элементах, является низкая точность преобразования (т.к. mмало). Необходимость использования специальных электронно-лучевых приборов для повышения точности ограничивает возможность применения таких кодеров.

Кодер счета (рис. 8.4.).

Рис. 8.4. Схема кодера счета

На вход кодера подаются импульсы сигнала АИМ2, которые затем преобразуются в импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), длительность которых пропорциональна высоте отсчетов. Модулированные по длительности импульсы подаются на один из входов логической ячейки И, на другой вход которой от генераторного оборудования подается последовательность коротких импульсов. На выходе ячейки И получаются пачки импульсов. Причем, количество импульсов в каждой пачке будет пропорционально длительности импульсов ШИМ и, следовательно, пропорционально высоте отсчетов АИМ сигнала. Максимальное число импульсов в пачке 2^m. Число импульсов в единицу времениN·f_д.

Ячейки двоичного счетчика производят счет импульсов, содержащихся в каждой пачке, формируя двоичную кодовую группу. Скорость работы счетчика может быть определена как N·f_д2^m. Например, дляN=30,f_д=8 кГц, скорость 30·8·10³·2⁸=6·10⁶имп/с.

Таким образом, по своему принципу действия кодеры счета требуют высокого быстродействия – основной недостаток. Достоинство – простота, надежность и высокая точность работы.

Кодеры взвешивания.

1. Линейный кодер.

В таких кодерах величина отсчета сигнала выражается суммой определенного набора эталонных сигналов

, где

U_этi= U_k2^m-I – эталонный сигналi-го разряда

U_k– шаг квантования

a_i– кодовый символi-го разряда.

Структурная схема кодера приведена на рисунке, она содержит число ячеек, равное разрядности кода m.

Рис. 8.5. Кодер поразрядного взвешивания

Каждая ячейка содержит решающее устройство РУ с порогами, равным эталонным напряжениям данного разряда и схему вычитания. В РУ амплитуда импульса сравнивается с эталонным пороговым напряжением данного разряда U_этi. ЕслиU_c>U_эт, на выходе РУ формируется «1», а на схему вычитания подается импульс с амплитудойU_эт, т.е. на следующую ячейку подается сигналU_i-U_этi. Если жеU_c<U_этi, на разрядном выходе РУ будет символ «0», а импульс сигнала пройдет через схему вычитания без изменения амплитуды.

Символы отдельных разрядов кодовой группы формируются последовательно, начиная с символа старшего разряда.

ПРИМЕР. Пусть нужно закодировать с помощью кодера поразрядного взвешивания импульс с амплитудой 100U_k.

Рис. 8.6. Пример кодирования

Таким образом, на выходе кодера формируется кодовая группа 1100100, имеющая условный вес (64+32+0+0+4+0+0) U_k=100U_k.

Требуемое быстродействие ячеек кодера поразрядного взвешивания определяется произведением f_д·N, поэтому гораздо меньше, чем для кодеров счета. Такой кодер может быть построен на одной ячейке. Кодовые символы будут формироваться последовательно с помощью цепи обратной связи. В ЦАП с высокой точностью формируются и суммируютсяU_этi, соответствующие весам отдельных разрядов.