Глава 2. Основные функциональные узлы цифровых систем передачи с икм-врк

2.1. Канальные амплитудно-импульсные модуляторы и селекторы

Канальные амплитудно-импульсные модуляторы и селекторы (КАИМ-КС) являются основными элементами индивидуального АИМ тракта пе­редачи и приема и представляют собой электронные ключи ЭК (рис. 2.1), срабатывающие от управляющих импульсов амплитудой следующих с частотой дискретизациидлительность которыхменьше периода сле­дования-дискретизациит.е. скважность.

Основные требования, предъявляемые к КАИМ-КС, сводятся к сле­дующему:

• формирование коротких периодических импульсов-отсчетов из ана­логового входного сигнала (обычно первичного);

• сохранение значений этих сигналов в течение заданного промежутка времени;

• малое сопротивление в замкнутом состоянии и большое сопротивле­ние в разомкнутом;

• достаточное подавление импульсного управляющего напряжения Проникновение на выход КАИМ импульсов дискретизации приводит к изменению произвольным образом импульсов отсчетов на входе кодера и росту погрешностей при выполнении операций квантования и кодирова­ния, что вызывает увеличение шумов в каналах. Необходимо, чтобы значение

Рис. 2.1. Электронный ключ - аналог КАИМ-КС

управляющего напряжения на выходе КАИМ-КС не превышало 0,001 величины пикового значения дискретизируемого сигнала. Подавление остатков управляющего напряжения осуществляется применением балансных схем построения КАИМ и КС;

- быстродействие, так как от длительности переднего и заднего фронтов импульсов отсчетов зависит величина переходных помех 1-го и 2-го рода;

- величина затухания, вносимого КАИМ-КС в тракт передачи АИМ сигналов, жестко нормируется, что требует применения специальных ме­тодов дискретизации и демодуляции;

- переходные влияния и шумы, вносимые КАИМ-КС в тракты передачи и приема, должны быть минимальными. Обычно суммарная величина эффективного напряжения этих шумов и помех не должна превышать 0,1 величины минимального шага квантования;

- амплитудная характеристика КАИМ-КС должна быть достаточно линейна, так как нелинейность амплитудной характеристики приводит к искажению формы импульсов отсчетов в широком динамическом диапазоне.

Основной элементной базой для реализации КАИМ-КС являются по­лупроводниковые диоды и транзисторы, их интегральные сборки. Схемы КАИМ-КС на основе полупроводниковых диодов приведены на рис. 2.2.

В последовательно-балансной мостовой схеме диодного КАИМ-КС (рис. 2.2,а) управление работой диодов VD1...VD4 осуществляется управ­ляющим напряжением периодической последовательности импульсов, следующих с частотой дискретизации. Для указанной полярности диоды VD1...VD4 открыты (сопротивление ЭК минимально) и часть сигнала длительностью, равной длительности импульса дискретизациипоступает на выход схемы. При отсутствии импульсов диодыVD1.. ND4 будут закры­ты (сопротивление ЭК максимально) и сигнал на выход схемы не по­ступает.

Рис. 2.2. Диодные канальные амплитудно-импульсные модуляторы и селекторы

Параллельно-балансная (шунтовая) мостовая схема диодного КАИМ. КС представлена на рис. 2.2,б. Эти схемы находят широкое применение так как не требуют трансформаторов. Для исключения проникновения управляющих импульсов на выход схемы осуществляется тщательная подборка диодов по равенству их сопротивлений в направлениях пропус­кания и непропускания. На практике используются интегральные сборки в которых диоды выполнены на одном кристалле и обладают практически одинаковыми параметрами.

Схема КАИМ-КС, выполненная на двух транзисторах, приведена на рис. 2.3. Схема симметрична. Управляющее импульсное напряжение поступает одновременно на базы транзисторовVT1 и VT2, при этом токи их эмиттерных цепей в нагрузке будут противофазными. Следовательно, при идентичности параметров транзисторов суммарный ток управляюще­го сигнала в нагрузке будет равен нулю.

Практически же из-за отличия параметров VT1 и VT2 удается добиться лишь частичного подавления этого тока. Дополнительная балансировка остатка управляющего напряжения на выходе КАИМ-КС может быть дос­тигнута включением небольшого переменного сопротивления . Наи­лучшие результаты балансировки достигаются при изготовлении транзи­сторов на одном кристалле интегральной микросхемы. Аналогичная схе­ма может быть выполнена на одном симметричном транзисторе (рис. 2.4). В точках а обеих схем осуществляется параллельное соединение КАИМ-КС различных каналов системы. Схемы работают следующим образом: воздействие импульса управляющего напряжения переводит транзисто­ры в режим насыщения, сопротивление ЭК резко уменьшается и в течение

Рис. 2.3. КАИМ-КС на двух Рис. 2.4. КАИМ-КС на одном

транзисторах транзисторе

канального интервала, равного на выход схемы проходит сигнал. Снятие управляющего напряжения приводит к прекращению прохождения сигнала.

Сопротивление ключа в открытом состоянии определяется управляющим током базы транзисторов и имеет ярко выраженный минимум. По­этому сопротивлением R подбирают такой ток базы, чтобы обеспечивалось минимально возможное сопротивление в открытом состоянии. Этим достигается минимальное затухание КАИМ-КС. Снижение затухания сиг­нала при его дискретизации может быть достигнуто применением так на­зываемого резонансного способа дискретизации (рис. 2.5).

В структурной схеме индивидуального АИМ тракта передачи, пока­занной на рис. 2.5, выделен КАИМ, в котором реализуется резонансная передача отсчетов. Точка а - точка подключения других каналов системы передачи. К модулятору АИМ-1 подаются импульсы, следующие с часто­той дискретизации , а к формирователю импульсов АИМ-2 - с частотой где- число каналов в индивидуальном оборудовании.

В этой схеме конденсатор представляет собой эквивалентную выходную ем­кость фильтра нижних частот (ФНЧ), а конденсатор - накопительную емкость формирователя импульсов АИМ-2. Указанные конденсаторы со­вместно с катушкой индуктивности L образуют последовательный резо­нансный контур. В течение промежутка времени, когда ключ КАИМ ра­зомкнут, в конденсаторе накапливается энергия передаваемого (дис-кретизируемого) сигнала, пропорциональная его мгновенному напряже­нию. В момент замыкания ключа (поступления импульсов дискретизации) в контуре начинается колебательный процесс, и энергия, накопленная в конденсаторе, начинает передаваться в конденсатор _.Если ключ будет

Рис. 2.5. Резонансный способ дискретизации

замкнут в течение половины периода колебательного процесса, энергия сигнала практически полностью перейдет из конденсатора в конденса­тор . Своевременное размыкание ключа предотвращает обратный пере­ход энергии из конденсатора в конденсатор . Необходимым услови­ем для этого является выполнение следующих соотношений: длитель­ность импульса отсчета

Преимущество резонансного способа дискретизации заключается в сни­жении затухания сигнала с нескольких десятков до нескольких единиц децибел без применения усилителей. Если учесть, что для компенсации таких потерь потребовалось бы включение по крайней мере двухкаскадного усилителя, то эффективность резонансного способа дискретизации становится очевидной. Однако для осуществления этого способа дискре­тизации необходима более высокая стабильность длительности импульсов дискретизации и резонансной частоты контура.