АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА

Полезная модель (ПМ) относится к области аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Известные АЦП описаны в различных источниках, например в:
1. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи.- М.; Транспорт, 1994.-С.187,188.
2. Калабеков Б.А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. - М.; Радио и связь, 1987.-С.241-245.
3. Цифровые аналоговые и интегральные микросхемы. Справочник / Под ред. С. В. Якубовского. - М.; Радио и связь, 1991.- С.432-445.
По технической сущности наиболее близкими к данному АЦП является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за его прототип.
Прототип состоит из последовательно включенных источника аналогового сигнала, частотно-импульсного модулятора (ЧИМ), схемы совпадения, счетчика импульсов, регистра сдвига, а также мультивибратора, выход которого соединен через делитель частоты со вторым входом схемы совпадений и входом сброса счетчика в нулевое состояние. Период импульсной последовательности на втором входе схемы совпадений состоит из длительности импульса Ти и длительности паузы Тп. В течение длительности импульса Ти счетчик считает количество импульсов ЧИМ на его входе в двоичной системе исчисления, образуя тем самым цифровой сигнал на своем выходе. Во время паузы Тп регистр сдвига осуществляет преобразование параллельного кода этого цифрового сигнала в последовательный и обнуление счетчика в конце кодового слова. Поэтому импульсы ЧИМ, соответствующие паузе Тп, устраняются, что приводит к существенным искажениям восстановленного аналогового сигнала по такому цифровому сигналу.
Во втором источнике описано устройство, преобразующее колебание с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), сформированное по аналоговому сигналу, в цифровой сигнал. Оно является аналогом изобретения.
В третьем источнике описаны стандартные АЦП, в которых амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) преобразуется в цифровой сигнал с шумом квантования.
Основным недостатком прототипа является относительно большой уровень нелинейных искажений восстановленного аналогового сигнала из-за потери части импульсов ЧИМ.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение качества передаваемой информации путем исключения нелинейных искажений восстановленного аналогового сигнала за счет исключения потерь импульсов ЧИМ.
Сущность полезной модели (ПМ) состоит в том, что в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), состоящий из источника аналогового речевого сигнала (PC) и последовательно соединенных между собой частотно-импульсного модулятора, цифрового счетчика импульсов, регистра сдвига, а также из генератора тактовых импульсов, подключенного к его тактовому входу, дополнительно введены дискретизатор по времени аналогового PC, генератор импульсов малой длительности, расширитель отсчетов, блок задержки импульсов, RS - триггер, и цифровой инвертор, причем, источник аналогового PC подключен к низкочастотному входу частотно-импульсного модулятора через последовательно соединенные дискретизатор по времени PC и расширитель отсчетов, а генератор импульсов малой длительности подключен своим выходом непосредственно к высокочастотному (в.ч,) входу дискретизатора PC, S - входу RS - триггера и R - входу цифрового счетчика импульсов и параллельно - к входу управления расширителя импульсов и R - входу RS -триггера - через блок задержки по времени; выход RS - триггера подключен к входам разрешения частотно-импульсного модулятора непосредственно и параллельно к входам разрешения регистра сдвига и гененратора тактовых импульсов - через цифровой инвертор.
Существенным отличием ПМ является совокупность введенных элементов и их связей, т.к. только они позволяют исключить потерю импульсов ЧИМ и тем самым уменьшить нелинейные искажения восстановленного аналогового PC по цифровому, т.е. достигнуть цели.
Предлагаемая ПМ иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого АЦП, а на фиг.2 -временные диаграммы, поясняющие его работу.
На фиг.1 обозначено:
1 - источник речевого сигнала (PC);
2 - дискретизатор по времени;
3 - генератор импульсов;
4 - расширитель отсчетов;
5 - блок задержки импульсов по времени;
6 - частотно-импулоьсный модулятор;
7 - RS - триггер;
8 - цифровой инвертор;
9 - цифровой счетчик импульсов;
10 - регистр сдвига;
11 - генератор тактовых импульсов;
Введенные элементы обведены пунктирной линией.
На фиг.2 по оси ординат отложено напряжение u на выходе блоков схемы фиг.1, номера которых указаны индексами при u.
Работа схемы происходит следующим образом.
1
Аналоговый речевой сигнал (PC) с блока 1 (u(t) на фиг.2) поступает на низкочастотный (н.ч) вход дискретизатора 2, на высокочастотный (в.ч.) вход которого подаются с генератора 3 периодические импульсы очень малой длительности, частота следования которых определяется теоремой Котельникова. С выхода блока 2 отсчеты PC, имеющие тоже очень малую длительность, поступают на информационный вход расширителя импульсов 4, представляющего собой конденсатор, зашунтированный нормально разомкнутым контактом ключа. Конденсатор заряжается до пикового значения отсчета и остается в этом положении до закорачивания контакта ключа с помощью импульса с генератора 3, задержанного во времени блоком 5 и поступающего на управляющий вход ключа. На выходе блока 4 имеют место прямоугольные отсчеты, представляющие собой видеоимпульсы разной амплитуды и одинаковой длительности, поступающие на информационный вход частотно-импульсного модулятора 6, который нормально заперт и не работает до прихода отсчетов с блока 4. С приходом отсчетов он отпирается импульсами с выхода RS- триггера 7, фронт которого сформирован по сигналу с генератора 3, а срез - этим же сигналом, но задержанным на заданную величину времени в блоке 5; выход блока 5 соединен с R- входом RS - триггера 7. Видно, что видеоимпульс постоянной амплитуды с блока 7 совпадает по времени с отсчетом на выходе блока 4, который является модулирующим сигналом для частотно-импульсного модулятора 6, представляющего собой автогенератор, управляемый по частоте. Блок 6 преобразует видеоотсчеты разной амплитуды в радиоимпульсы постоянной амплитуды, но разной частоты их заполнения (фиг.2). Частота следования радиоимпульсов совпадает с частотой видеоимпульсов - отсчетов с блока 4 и с блока 7. С выхода частотно-импульсного модулятора 6 радиоимпульсы поступают на вход цифрового счетчика 9, показания которого перед этим сброшены в нуль короткими импульсами с генератора 3. Блок 9 записывает число импульсов заполнения в двоичной системе счисления параллельным кодом, с выхода которого цифровой сигнал параллельного кода поступает на вход регистра сдвига 10. В течение длительности радиоимпульса блоки 10 и 11 не работают, так как на их входах разрешения сигнал равен нулю из-за того, что их входы разрешения соединены с выходом блока 7 через цифровой инвертор 8. Как только радиоимпульс закончится и наступит пауза, на входах разрешения блоков 10 и 11 появится импульс и они начнут работать, преобразуя параллельный код ЦС в последовательный без потерь импульсов заполнения. Когда же закончится пауза, то на выходе генератора 3 появится очередной короткий импульс, который поступит на R- вход счетчика 9, сбрасывая его показания в нуль. После этого сразу появляется радиоимпульс на S - входе счетчика 9 и процесс повторяется.
Технико-экономическим эффектом ПМ является повышение точности работы АЦП за счет исключения потерь импульсов заполнения, что достигается использованием дискретного сигнала в качестве модулирующего для частотно-импульсного модулятора.