Фильтрация
Для фильтрации в кофидеках используются цифровые фильтры 5 – 6 порядка, обеспечивающие резкие границы полос пропускания и эффективно реализуемые средствами микроэлектроники (как правило, на коммутируемых конденсаторах). Кроме того, для устранения полос пропускания цифровых фильтров на высших частотах дополнительно используют активные RC фильтры.
В заключение отметим, что помимо рассмотренного выше классического ИКМ–кофидека в цифровой телефонии используются кофидеки с дельта–модуляцией (ДМ), дифференциальной ИКМ (ДИКМ), в основном адаптивные (АДМ и АДИКМ), с дельта–сигма модуляцией и др., позволяющие в два раза снизить требуемую скорость цифровых потоков (32 кбит/с). Еще более эффективные кофидеки со скоростями 12 и даже 6 кбит/с используются в системах сотовой и космической связи.
2. Порядок выполнения работы
1. Подготовить лабораторную установку к проведению измерений. Для этого:
1.1. С помощью гибкой перемычки подать контрольный сигнал на вход передающего фильтра (КТ1).
1.2. К контрольной точке КТ1I подключить вход первого канала осциллографа, засинхронизировать сигнал и установить развертку таким образом, чтобы на экране наблюдался один период контрольного сигнала.
1.3. Установить амплитуду контрольного сигнала на входе передающего фильтра Uвх. = 50мВ.
1.4. Переключить первый канал осциллографа к выходу передающего фильтра (КТ3). Замерить амплитуду контрольного сигнала на выходе передающего фильтра (Uвых.) при всех трех положениях переключателя П1. Полученные результаты записать в табл. 1.
Табл.1
Амплитуда сигнала на входе передающего фильтра |
Положение переключателя П1 |
Амплитуда сигнала на выходе передающего фильтра Uвых. (В) |
|
левое |
100 |
Uвх.= 50 мВ |
среднее |
145 |
|
правое |
200 |
1.5. Переключатель П2 поставить в верхнее положение. При этом положении переключателя контрольный сигнал с выхода передающего фильтра подключается на вход кодера.
1.6. Переключатель П4 поставить в верхнее положение. При этом цифровой выход кодера подключается ко входу декодера.
1.7. Подключить второй канал осциллографа к выходу декодера (КТ7). Переключатель П3 поставить в верхнее положение. Расположить изображение сигнала первого канала в верхней части экрана осциллографа, а изображение второго канала – в нижней части экрана. Развертку осциллографа выбрать такой, чтобы на экране укладывался один период контрольного сигнала. Зарисовать осциллограммы сигналов первого и второго каналов, соблюдая временные соотношения.
Рис. 1. Контрольный сигнал и сигнал с кодера.
1.8. Переключить вход второго канала осциллографа к контрольной точке КТ13. Зарисовать импульсы Fsх, расположив их под рисунком осциллограмм.
Рис. 2. Контрольный сигнал и сигнал с декодера.
1.9. Переключить вход второго канала осциллографа к выходу приемного фильтра (КТ2). Зарисовать осциллограмму сигнала на выходе приемного фильтра.
Рис. 3. Исходный сигнал и последовательно кодированный и декодированный сигнал прошедший через кофидек.
2. Снять АЧХ фильтров на передающей и приемной стороне. Для этого:
2.1. Собрать лабораторную установку по схеме приведенной ниже.
2.2. Подать на вход фильтра передающей стороны гармонический сигнал с Г3–112 с амплитудой 50 мВ.
2.3. Изменяя частоту колебаний сигнала генератора Г3–112 определить зависимость амплитуды колебаний на выходе фильтра от входной частоты. Полученные результаты занести в таблицу, построить график АЧХ.
2.4. Повторить описанную выше процедуру для фильтра приемной стороны.
Рис. 4. АЧХ приемного фильтра.
3. Снять характеристику преобразования кодера. Для этого:
3.1. Установить переключатель П2 в нижнее положение. С помощью гибкой перемычки соединить выход источника постоянного напряжения с контрольной точкой КТ4I .
3.2. Подключить к контрольной точке КТ4 цифровой вольтметр.
3.3. Вращая ручки регулировки выходного напряжения источника и контролируя выходной код с помощью контрольного регистра, определить начальную точку характеристики, установив на контрольном регистре код 11010101 или 01010101. (Этот код теоретически соответствует нулевому уровню входного напряжения, однако на практике, за счет технологического разброса параметров микросхем, это напряжение отличается от нуля). Измерить напряжение на входе кодера (КТ4) и занести его в табл. 2.
Таблица 2
Выходной код кодера |
Напряжение на входе кодера |
Шаг внутри сегмента |
10101010 |
2.57 |
|
10100101 |
1.28 |
0.080625 |
10110101 |
0.67 |
0.038125 |
10000101 |
0.34 |
0.020625 |
10010101 |
0.17 |
0.010625 |
11100101 |
0.10 |
0.004375 |
11110101 |
0.06 |
0.0025 |
11000101 |
0.04 |
0.00125 |
(1/0)1010101 |
0.02 |
0.00125 |
01000101 |
-0.04 |
0.00375 |
01110101 |
-0.05 |
0.000625 |
01100101 |
-0.10 |
0.003125 |
00010101 |
-0.17 |
0.004375 |
00000101 |
-0.34 |
0.010625 |
00110101 |
-0.66 |
0.02 |
00100101 |
-1.31 |
0.040625 |
00101010 |
-2.50 |
0.074375 |
3.4. Изменяя постоянное напряжение на входе кодера установить последовательно коды, соответствующие началам сегментов передаточной характеристики кодера, фиксируя значения этих напряжений с помощью вольтметра. Полученные результаты занести в табл. 2.
3.5. Рассчитать шаг внутри сегментов разделив разность напряжений между точками начала сегментов на 16 (число шагов внутри сегмента).
Например: коду 11000101 соответствует входное напряжение 20.1 мВ, а коду 11110101 соответствует входное напряжение 40.3 мВ, следовательно, шаг внутри сегмента равен:
Uшаг=
= 1,26 (мВ)
Результаты расчетов занести в табл. 2.
3.6. Построить передаточную характеристику по результатам, полученным в результате измерений.
Рис. 5. Передаточная характеристика кодера.
4.Снять характеристику преобразования декодера. Для этого:
4.1. Установить переключатели П3 и П4 в нижнее положение. Подключить цифровой вольтметр к контрольной точке КТ9.
4.2. С помощь кнопочных переключателей установки входного кода установить последовательно коды начала сегментов, фиксируя напряжения, соответствующие этим кодам на выходе декодера (КТ9).
Замеренные значения напряжений занести в табл. 3.
Таблица 3
Входной код декодера |
Напряжение на выходе декодера |
Шаг внутри сегмента |
10101010 |
1.88 |
|
10100101 |
1.00 |
0.055 |
10110101 |
0.50 |
0.03125 |
10000101 |
0.25 |
0.015625 |
10010101 |
0.12 |
0.008125 |
11100101 |
0.06 |
0.00375 |
11110101 |
0.03 |
0.001875 |
11000101 |
0 |
0.001875 |
(1/0)1010101 |
-0.02 |
0.00125 |
01000101 |
-0.04 |
0.00125 |
01110101 |
-0.06 |
0.00125 |
01100101 |
-0.09 |
0.001875 |
00010101 |
-0.16 |
0.004375 |
00000101 |
-0.31 |
0.009375 |
00110101 |
-0.60 |
0.018125 |
00100101 |
-1.19 |
0.036875 |
00101010 |
-2.20 |
0.063125 |
4.3. Рассчитать шаг внутри сегментов аналогично п.2.5. Расчетные данные занести в таблицу 3.
4.4. Построить передаточную характеристику по результатам, полученным в процессе измерений.
Рис. 6. Передаточная характеристика декодера.
Выводы
В данной лабораторной работе были изучены процессы преобразования сигналов в системе импульсно-кодовой модуляции, аналогово-цифровое и цифрово-аналоговое преобразования сигналов. Рассмотрены передаточные характеристики компандирования сигналов кодера и декодера. Сравнили исходный сигнал с сигналами на различных этапах АЦП и ЦАП.