3. Аналого-цифровое и цифроаналоговое оборудование оконечных станций цсп. Основы схемотехники кодеров и декодеров с линейной шкалой преобразования.

Структурная схема оконечного пункта системы ЦКС-ИКМ содержит индивидуальное (ИО) и групповое (ГрО) оборудование оконечных станций, а также оборудование линейного тракта (ОЛТ). ИО служит для дискретизации передаваемых аналоговых сигналов на передающей стороне и обратного преобразования – восстановления аналогового сигнала из дискретных отсчетов на приемной стороне. ГрО предназначено для объединения выборок различных абонентов путем временного уплотнения, преобразования полученного дискретного сигнала в цифровую форму и декодирования группового цифрового потока в тракте приема. К ГрО на стороне передачи относятся также блоки, формирующие специальные цифровые синхросигналы и сигналы управления и взаимодействия с АТС. На приемной стороне оконечного пункта устанавливаются блоки, которые разделяют эти сигналы – приемник СС и приемник СУВ. В состав группового оборудования включают также преобразователи кода (ПрК), которые преобразуют на передающей стороне групповой двоичный сигнал в сигнал, который удобно передавать по ЛС (линейный сигнал).

Оборудование линейного тракта включает в себя: стационарные и линейные регенераторы, а также устройства дистанционного питания регенераторов, телеконтроля и служебной связи.

По функциональным признакам можно детализировать следующие основные узлы аппаратуры УСП-ИКМ: кодирующее устройство, преобразователи кода, генераторное оборудование, передатчик и приемник СС, стационарные и линейные регенераторы, декодер и демодулятор.

Основным элементом индивидуального оборудования являются аналого-импульсные модуляторы (демодуляторы). Их назначение: 1) обеспечить формирование коротких периодических отсчетов из непрерывного сигнала; 2) сохранить (запомнить) эти отсчеты в течении заданного промежутка времени.

К одирующее устройство предназначено для преобразования отсчетов напряжения сигнала в эквивалентную кодовую комбинацию. В зависимости от вида преобразования различают кодеры с линейной (1 на рисунке) и нелинейной (2 на рисунке) шкалой квантования. По принципу действия различают кодеры последовательного счета, кодеры поразрядного взвешивания и матричные кодеры.

Линейные кодеры последовательного счета содержат такие элементы:

1 – широтно-импульсный модультор

2 – схема И

3 – генератор импульсов

4 – последовательный счетчик импульсов

5 – буферная память.

В ходной АИМ сигнал преобразуется в широтно-импульсный сигнал, длительность импульсов которого пропорциональна амплитуде импульсов входного АИМ сигнала. Модулированные по длительности импульсы подаются на первый вход логической ячейки И, на второй вход которой подается последовательность коротких импульсов от генераторного оборудования. На выходе ячейки И получаем пачки импульсов, которые поступают на последовательный счетчик. Структура счетчика представлена на рисунке.

Среди достоинств кодера линейного счета можно назвать простоту, надежность и повышенную точность работы. К недостаткам схемы относится то, что необходимы логические элементы с высоким быстродействием.

В линейных взвешивающих кодерах величина квантованного отсчета выражается суммой определенного набора эталонных сигналов. Кодер параллельного действия приведен на рисунке. Схема содержит пороговые устройства (ПУ), сумматоры (∑), аналоговые ключи (Кл), схемы совпадения (U), источники эталонных напряжений (U_ЭТ), схему логического сложения ИЛИ и блок преобразования дискретных отсчетов 1.

К достоинствам такого кодера можно отнести высокую точность и большую скорость кодирования, к недостаткам – сложность построения кодера. В этом отношении преимущества имеют кодеры последовательного действия или кодеры с декодером в цепи ОС.

В звешивающий кодер такого типа можно построить на одной схеме сравнения, когда кодовые символы будут формироваться последовательно с помощью цепи ОС, содержащей декодер. На рисунках приведена структура кодера и пример осциллограмм работы кодера.

Алгоритм работы кодера:

1) подбор напряжения U2, приблизительно равного полезному сигналу, осуществляется за m шагов

2) эталоны включаются последовательно от старшего U_ЭТ1

3) на каждом i-ом шаге включается i-ый эталон, а результат взвешивания оценивается по напряжению на выходе схемы сравнения

4) на каждом i-ом шаге предыдущий эталон отключается или остается включенным (это происходит по определенным условиям).

Н а рисунке выше представлен самый простой способ построения блока эталонов кодера. Другим способом является использование одного U_ЭТ, набора резисторов и аналоговых ключей, с помощью которых обеспечивают получение m источников напряжений.

П ри большом числе разрядов кода применяются схемы с резисторными матрицами напряжений и токов. Рассмотрим схему с матрицей напряжений.

В данной схеме ключами управляет блок логики. Здесь применяются только 2 номинала резисторов. В этой схеме требования к ключам велики. Для их упрощения вместо одного переключающего ключа ставят два на отключение.

Д алее рассмотрим схему с резисторной матрицей токов.

В этой схеме сопротивление ключа мало влияет на выходное напряжение и реализовать его просто. В частности, в качестве генератора тока можно использовать транзистор, а управление этим транзистором легко выполнить с помощью логических ключей.

Л огика управления построена на элементарных блоках памяти – триггерах, логических схемах И и ИЛИ. Триггеры Т запоминают предыдущие результаты взвешивания. Входы установки триггеров непосредственно соединены с генератором управляющих импульсов, а входы сброса переключаются через схемы ИЛИ. На вторые входы схем И поступает сигнал обратной связи от схемы сравнения.

Формирователь кода построен на логических элементах И и ИЛИ.

П остроение матричного кодера основано на использовании кодового поля, в котором отражены все возможные кодовые группы при данном числе разрядов кода. Кодовое устройство может быть выполнено либо в виде набора решающих устройств, либо в виде кодовой матрицы. Кодовая матрица выполняется на основе кодовой таблицы, в которой последовательность десятичных чисел записана в двоичной системе счисления.

Матричные кодеры бывают параллельного и последовательного действия.

В кодере параллельного действия прожектор формирует плоский луч в горизонтальной плоскости. На отклоняющиеся сигнальные пластины подается к одируемый АИМ сигнал, в результате чего луч отклоняется вверх-вниз, попадая на соответствующую строку матрицы-пластины. За каждым столбцом матрицы расположены коллекторы. Возникающие на коллекторах токи вызывают на нагрузках напряжение кодовой комбинации.

В кодере последовательного действия коллекторы соединены в единую пластину, т.е. работают на одну нагрузку и введены горизонтально-отклоняющиеся пластины. Электронная пушка формирует точечный луч.

И звестны различные варианты построения линейных декодеров, но наиболее часто применяются декодеры взвешивающего типа. Они могут быть построены на основе последовательной или параллельной обработки импульсов кодовых групп. Взвешивающий декодер состоит из преобразователя последовательного кода в параллельный, выполненного на триггерах, и блока эталонных напряжений.