5. Кодек с линейной характеристикой квантования

Существует довольно большое количество схем кодеров и деко­деров. В ЦТС наибольшее распространение получили кодеки взве­шивающего (компенсационного) типа, обладающие относительно высоким быстродействием и удовлетворительной точностью. Вначале рассмотрим действие 8-и разрядного кодека для бипо­лярных сигналов с линейным квантованием и цифровым сигналом в натуральном симметричном коде. Как уже отмечалось, кодек представляет собой комбинацию кодера и декодера. Функциональная схема декодера показана на рис. 18. Его ос­новным узлом является источник эталонных токов ИЭТ, который состоит из набора резисторов с сопротивлениями 2R, R, R/2,...,R/64. Каждый резистор может быть включен в последовательную цепь: источник эталонного напряжения +U_эт или – U_эт резистор и нагрузка декодера. Сопротивление нагрузки пренебрежимо мало по сравне­нию с сопротивлением любого резистора, так что ток указанной це­пи обратно пропорционален сопротивлению данного резистора, а полярность тока определяется полярностью подключенного источ­ника

эталонного напряжения U_3T. Следовательно, ток в нагрузке равен сумме токов, протекающих через те резисторы, которые в данный момент подключены в цепь узлом управляющей логики УЛ. Заметим, что подключенными оказываются только те резисторы, которым соответствует «единичное» состояние разряда. При этом, если ток, определяемый 8-м разрядом, считать за δ₀, то ток, опре­деляемый 2-м разрядом, будет равен 2 δ₀ и так далее и, наконец, 7-м разрядом - 64 δ₀.

В свою очередь, УЛ управляется сигналами, поступающими от преобразователя последовательного симметричного натурального кода в параллельный ПК.

В схеме ИЭТ имеется также некоммутируемый резистор 2R, ко­торый, добавляя к току нагрузки величину δ₀/2, снижает абсолютное значение ошибки кодирования вдвое. Действительно, при кодиро­вании/декодировании мгновенного значения меньше одного шага на выходе декодера получался бы нуль и, следовательно, ошибка лежала бы в пределах от 0 до - δ₀. При прибавлении же к получен­ной величине значения δ₀/2, ошибка оказывается в пределах от + δ₀/2 до - δ₀/2. Таким образом, если на вход декодера поступает комбинация 11011001, то на его выходе получаем импульс с ампли­тудой +64 δ₀ + 16 δ₀+ 8 δ₀ + 1 δ₀+ 0,58 δ₀ = +89,5 δ₀, а при поступлении комбинации 00111110 - -32 δ₀-16 δ₀-8 δ₀-4 δ₀-2 δ₀-0,5 δ₀ = - 62,5 δ₀. Рассмотрим теперь принцип действия кодера взвешивающего типа, функциональная схема которого приведена на рис. 19.

Кодирование методом взвешивания заключается в сравнении кодируемого мгновенного значения со значениями, создаваемыми ИЭТ. Сравнение начинается с определения полярности мгновенно­го значения сигнала, затем продолжается, начиная с наибольшего

эталонного значения, причем, если эталонное значение меньше мгновенного, оно сохраняется, а если больше, то отключается. Сравнение осуществляет компаратор; на его выходе появляется «1», если напряжение на входе (+) больше, чем на входе (-), и «0» -если наоборот. Набор ИЭТ в 8-и разрядном кодере содержит эта­лоны δ₀, 2 δ₀, 4 δ₀,..., 64 δ₀.

Разберем процесс кодирования на конкретном примере. Пусть величина кодируемого отсчета равна +53,4 δ₀. В первом такте все эталоны отключены и на вход 0 компаратора поступает 0, следова­тельно, на его выходе (и выходе кодера) сформируется «1». Одно­временно УР подключит к ИЭТ положительный источник эталонного напряжения + U_эт

Во втором такте отсчет будет сравниваться с наибольшим эта­лоном 64 δ₀. В соответствии с логикой компаратора на его выходе сформируется «0», а эталон 64 δ₀ отключится.

В третьем такте отсчет будет сравниваться со следующим эта­лоном 32 δ₀, На выходе компаратора сформируется «1» и данный эталон останется подключенным.

На четвертом такте сравнение отсчета происходит с суммой эталонов 32 δ₀ и следующего 16 δ₀. На выходе компаратора - «1», а эталон 16 δ₀ сохраняется.

На пятом такте отсчет сравнивается уже с суммой трех эталонов 32 δ₀+16 δ₀+8 δ₀ = 56 δ₀. Поскольку 56 δ₀>53,4 δ₀, на выходе формирует­ся «0», а эталон 8 δ₀ отключается.

Аналогично на шестом такте формируется «1», на седьмом «0» и на восьмом «1». Таким образом, будет получена комбинация 10110101. Возвращаясь к работе декодера, замечаем, что без учета поправки δ₀/2 по данной комбинации будет восстановлен отсчет, равный +(32+16+4+1) δ₀=53 δ₀, а с учетом поправки - +53,5 δ₀.

Из вышеизложенного следует, что, во-первых, важнейшая опе­рация аналого-цифрового преобразования сигнала - квантование технически сочетается с операцией кодирования, и, во-вторых, для нормальной работы кодера на его вход должно подаваться неиз­менное значение сигнала в течение цикла его обработки. Послед­нее достигается при подаче на вход кодера сигналов АИМ-2.