Заключение

Рассмотренный в лекции материал позволяет представить принципы работы автогенераторов, используемых в средствах связи различного назначения. Материал данной лекции важен для дисциплин «Устройства приема и обработки радиосигналов в системах подвижной радиосвязи», «Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной связи», а также в дисциплинах родственных связных кафедр.

Лекция №14 схемотехника аналого-цифровых устройств

Современные системы связи, телевидение, аудио-, видеоаппаратура нового поколения переходят на цифровой стандарт качества, который предусматривает прием, передачу и обработку сигналов в цифровой форме. Однако окружающий мир – звук и изображение – является носителем информации в аналоговой (непрерывной) форме. Возникает задача перейти от аналоговых сигналов к цифровым и обратно без потери качества. Такую задачу решают цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, принцип построения и работы которых будет рассмотрен в данной лекции.

Вопрос №1 Аналого-цифровые устройства

Цифровые системы связи постепенно заменяют аналоговые. Соответственно в цифровых системах для обмена информации используют цифровое представление сигналов в виде логической единицы − «1» и логического нуля − «0».

Однако, как правило, по своей физической природе природные явления носят непрерывный (аналоговый) характер. Поэтому появляется необходимость в преобразовании непрерывных сигналов в цифровые и обратно.

Наибольшее распространение получило преобразование непрерывных сигналов в последовательности двоичных кодов (в упомянутые выше логическую единицу «1» и логический ноль «0»).

Быстрое развитие систем с цифровыми методами передачи сигналов обусловлено их важными достоинствами:

− метод позволяет кардинально решить проблемы автоматической коммутации каналов связи с помощью ЭВМ (интеграция каналов связи и систем коммутации), что необходимо для создания автоматизированных систем связи и автоматизированных систем управления;

− высокая помехоустойчивость приема: она выше, чем при других методах передачи;

− регенерация цифровых сигналов при ретрансляции их в кабельных, радиорелейных и радиосистемах большой протяженности, что практически не ограничивает дальность связи (в аналоговых и импульсно-аналоговых системах шумы при ретрансляции суммируются, что ограничивает дальность связи);

− возможность повышения достоверности передаваемых сообщений путем использования помехоустойчивого кодирования;

− возможность унификации и стандартизации узлов цифровых систем на основе интегральной микросхемотехники, цифровой вычислительной техники, что в свою очередь обеспечивает высокую надежность, малые вес и габариты оборудования;

− возможность приведения всех видов передаваемых сообщений к цифровой форме и создания унифицированных цифровых каналов связи для передачи и хранения любого сообщения по кабельным, спутниковым, радиорелейным и другим системам связи;

− низкая чувствительность к нелинейным искажениям в групповом тракте многоканальных систем связи;

− применение малогабаритных цифровых фильтров для селекции сигналов;

− слабое влияние неидеальности и нестабильности характеристик аппаратуры на качество передачи сообщений.

Недостатками систем с цифровыми способами передачи сигналов являются:

− значительное расширение (примерно в 10−20 раз) занимаемой полосы частот (однако применение некоторых систем устраняет этот недостаток);

− усложнение схемотехники аппаратуры.

Результаты исследований последних лет показывают, что эти недостатки не играют определяющей роли, и область применения цифровых методов передачи будет постоянно расширяться.

Для перехода от аналоговых (непрерывных) сигналов к цифровым необходимо выполнение следующих операций:

1. Дискретизация сигналов.

2. Квантование сигналов.

3. Кодирование дискретной величины.

Дискретизация сигналов

Эта операция основывается на реализации теоремы Котельникова, согласно которой непрерывная функция может быть полностью восстановлена по своим выборкам при условии, что период дискретизации Т удовлетворяет соотношению

,

где Δf – ширина спектра сигнала.

Исходя из этой теоремы можно построить эпюры (рис.14.1).

U(t)

t

T

U_T

t

U_T(t)

t

Рис.14.1. Эпюры напряжения (пояснение теоремы Котельникова)

В результате наложения на непрерывный сигнал сигнала частоты U_Т с периодом Т появляются выборки этого непрерывного сигнала. Каждая выборка будет иметь свое значение, соответственное уровню непрерывного сигнала. Эта совокупность выборок будет представлять собою исходный сигнал U_Т(t).

Выражение, определяющее период Т, подходит для идеального ограниченного спектра. На практике сигналы имеют неограниченный спектр, поэтому при дискретизации потеря информации неизбежна. Для выбора Т на практике вводится поправочный коэффициент К_Т, зависящий от скорости затухания спектра функций U(t) и допустимой погрешности дискретизации

, 1 < K_T < 2,

(например, Δf_ЗВУКА ≈ 20 кГц, f_Тср= 44 кГц).