Главная » Книги и журналы

1 ... 10 11 12 13 14 15 16

помощью триггера 8 и элемента ИР. Одновременно триггер 8 делит на 2 частоту синхроколебания, вырабатываемого ГУН. Напряжение (/g, снимаемое с выхода триггера 8, стробируется импульсами нуль-пересечений (/ на элементе И9. На выходе элемента И9 появляется импульс Ug только при фазовом рассогласовании между входным и опорным сигналами. Импульсы с задержкой распространения в элементе ИР поступают на нулевой установочный вход триггера 8 и манипулируют фазу опорного колебания Ug (см. стрелки на временных диаграммах).

Такую подсистему тактовой синхронизации практически полностью можно выполнить в виде интегральной микросхемы, что

особенно удобно при многодорожечной цифровой магнитной звукозаписи. Однако подсистема об-

Синтнт-

I 11ьтд ?KUm ГУН !

и, Us

Uz Us

		г п				1 t
7\Щ
л	л		П			П

Рис. 5.16. Структурная схема подсистемы тактовой синхронизации на основе устройства выборки-хранения (а) и временные диаграммы ее работы (б) (сплошными линиями показаны сигналы при номинальном положении нуль-пересечений входного сигнала, т. е. нулевой фазовой ошибке, штриховыми - при отклонении частоты входного сигнала от номинальной)

ладает недостатком, который заключается в том, что временной интервал, в течение которого формируется сигнал ошибки, не превосходит 7/4. Эти пределы расширяются при использовании подсистемы тактовой синхронизации с фазовым дискриминатором в виде устройства выборки-хранения (рис. 5.16).

Из всех нуль-пересечений входного сигнала (Увх с помощью формирователя импульсов 1 вырабатываются короткие импульсы Uy. Эти импульсы поступают на один вход фазового дискриминатора-дискретизатора 2, выполненного в виде устройства выборки-хранения, на другой вход которого подается опорное пилообразное напряжение (/5, снимаемое с ГУН 4. Устройство выборки-хранения формирует ступенчатый сигнал (/j. амплитуда и полярность которого пропорциональны величине и знаку фазового рассогласования между входным и опорным сигналами.

Сигнал ошибки (/j фильтруется ФНЧ 5 и поступает на вход ГУН 4. Управляемый генератор состоит из интегратора 5, компаратора 6 и формирователя 7 импульсов сброса. Когда напряжение (/5, снимаемое с интегратора, становится равным пороговому f/nop, компаратор 6 срабатывает и через формирователь 7 сброса возвращает интегратор 5 в первоначальное положение. В результате на выходе интегратора 7 формируется пилообразное напряжение U с изменяемой крутизной нарастания между выборками. Это напряжение

и используется для работы устройства выборки-хранения. В качестве выходного можно использовать сигнал U, снимаемый с выхода формирователя 7. Для такой схемы временной интервал, в течение которого вырабатывается сигнал ошибки, не может быть меньше длительности рабочего хода пилообразного напряжения. Применение аналоговых схем выборки-хранения связано с принципиальным противоречием точности выборки и точности хранения. Устранение этого противоречия существенно усложняет схему, а значит снижа* ет надежность.

8xoS >-1

т т ш		Q0 U2
с

г
т

	стг
С

Выход

Ui VP Ul

□ l ILXILZl

Л

□ :LiLn n iLii

П

Рис. 5.17. Структурная схема цифро-аналоговой подсистемы тактовой синхронизации (а) и временные диаграммы ее работы (б)

Хорошим компромиссом является применение цифро-аналоговых подсистем тактовой синхронизации. Один из возможных вариантов такой подсистемы приведен на рис. 5.17. В .этой схеме фазовым дискриминатором-дискретизатором служат взаимосвязанные счетчик 6 импульсов, статический регистр 2, ЦАП 5, формирователь 1 сигнала загрузки регистра. Счетчик 6 выбирается /п-разрядным и осуществляет деление исходной частоты в д' раз [q ~ 2 - основание кода). Выходным сигналом подсистемы синхронизации является сигнал переноса счетчика, формируемый один раз за цикл деления частоты, поэтому номинальная частота ГУН 5 должна быть в q раз выше выходной тактовой частоты. При отсутствии искажений

			г
Р		а
	п		О	п
Ы		<
ь
п		п		п

воспроизведенных сигналов загрузка регистра производится при значении счетчика, равном q /2. Если, например, частота воспроизведенного сигнала уменьшится, то сигнал загрузки регистра будет выработан позже и в регистре запомнится большее значение счетчика. Это, в свою очередь, вызовет увеличение сигнала ошибки после ЦАП. При необходимости изменения знака сигнала ошибки достаточно применить реверс счетчика. ФНЧ 4 выполняет такие же функции, как и в других подсистемах синхронизации и может быть как активным, так и пассивным. Формирователь / управляет загрузкой регистра 2 таким образом, чтобы она происходила в то время, когда значения всех разрядов счетчика 6 неизменны. В результате подстройки частоты ГУН 5 осуществляется захват частоты сигнала

воспроизведения, т. е. заканчивается цикл последовательных приближений к номинальному значению содержимого регистра. При этом частота ГУН 5 устанавливается кратной входной частоте с точностью, определяемой погрешностью дискретизации. Если различие частот входного сигнала и ГУН относительно велико, или сигнал на входе появился до переключения старшего разряда счетчика в то время, когда входная частота меньше, чем выходная тактовая частота, происходит колебательный процесс захвата. Цифроаналоговая подсистема тактовой синхронизации реализуется на серийно выпускаемых ИМС. Например, если выбраны ТТЛ элементы ГУН - на К531ГГ1П, счетчик -на К531ИЕ17П, регистр - на К531ИР18П, ЦАП -на КИ18ПА1, формиооватеяь - на К531ТМ2П. Преимуществом цифроаналоговой подсистемы ФАП является высокая линейность дискриминационной характеристики, не изменяющаяся под воздействием различных дестабилизирующих факторов. К недостаткам следует отнести необходимость выработки высокой внутренней частоты подсистемы в q раз выше тактовой, определяющей ошибку дискретизации.

Основным недостатком инерционных подсистем синхронизации является низкая помехоустойчивость по отношению к нестабильности скорости носителя записи. Допустимые пределы колебаний скорости можно значительно расши ить при использовании безынерционных подсистем синхронизации. Однако последние обладают низкой помехоустойчивостью по отношению к аддитивным помехам и ИО из-за жесткой привязки фронтов синхросигнала к флуктуирующим во времени фронтам информационного сигнала.

Особенности работы безынерционных подсистем самосинхронизации видны из простой схемы, изображенной на рис. 5.18. Импульсы нуль-пересечений входного сигнала U n многократно задержи-

Рис. 5.18. Схема устройства, реализующего [.безынерционный метод самосин.хрониза111!И (а) и временные диаграммы его работы (б)

ваются, суммируются элементом ИЛИ 2, после чего с помощью счетчика-делителя 3 из них формируются синхроимпульсы U3. Надежность безынерционных устройств самосинхронизации тем выше, чем меньшее количество задержек необходимо выполнить для формирования синхросигнала.

Безынерционные подсистемы синхронизации позволяют поддержать работоспособность аппаратуры магнитной записи-воспроизве-дония при значениях коэффициента колебаний скорости порядка 15 %.

4. ДЕМОДУЛЯЦИЯ СИГНАЛОВ ЦИФРОВОЙ МАГНИТНОЙ ЗВУКОЗАПИСИ

После формирования воспроизведенный сигнал в идеальном случае принимает форму, совпадающую с формой записываемого сигнала. Преобразование этого сигнала в цифровой код для прямых способов записи заключается только в определении моментов изменения полярности импульсного сигнала. Для модуляционных способов записи и демодуляция сложнее, так как в качестве модулируемого параметра используются амплитуда, частота или фаза сигнала. Если в качестве критерия сравнения принять мощность сигнала, необходимую для обеспечения заданной помехоустойчивости при аддитивных помехах, то ЧМ оказывается в два раза выгоднее AM, а ФМ - в два раза выгоднее ЧМ. Фазовая модуляция обеспечивает и большую скорость передачи информации в одинаковой полосе частот и при одинаковой помехоустойчивости [19]. Эти преимущества не должны быть утеряны при демодуляции.

Рассмотрим оптимальные способы демодуляции, обеспечивающие при соответствующих условиях ньибольшую помехоустойчивость. Под способом демодуляции обычно понимаются математические алгоритмы обработки сигнала для определения символа, переданного источником сообщения.

Под демодулятором понимается устройство, реализующее некоторый алгоритм приема. Типов демодуляторов значительно больше, чем способов демодуляции, так как каждый из них может быть реализован различными техническими средствами. В цифровой магнитной звукозаписи в основном применяются двухуровневые сигналы, а сами системы воспроизведения строятся так, что при этом известны начало и конец каждой посылки сигнала. Наличие этой информации используется для повышения помехоустойчивости демодуляции ввиду возможности применения оптимальных методов приема сигналов.

Известны три основных математических алгоритма, т. е. три способа демодуляции сигналов: автокорреляционный (способ сравнения фаз), корреляционный (ортогональный), когерентный (способ сравнения полярностей, синхронный способ, способ Н. Т. Петровича).

Существующие демодуляторы отличаются только способами технической реализации (более или менее точной) рассмотренных

алгоритмов. В порядке снижения помехоустойчивости по отношению к флуктуационной помехе они располагаются следующим образом: когерентный, корреляционный, автокорреляционный.

Рассмотрим способы демодуляции при использовании ФМ сигналов [19].

При автокорреляционном способе демодуляции демодулятор содержит элемент задержки на один тактовый интервал, перемножитель и интегратор (рис. 5.19, а). Название автокорреляционный

применяется ввиду аналогии между математическим определением автокорреляционной функции и алгоритмом

f/вых = sign ] х„ (О х„ 1 (О dt

BxoS

BxoS

Рис. 5.19. Демодуляторы цифровых сигналов:

а - автокорреляционный; б - коррьля-ционный; в - когерентный

где х„ (/) - входная функция в л-м такте; Тд - интервал времени, на котором задан сигнал.

При автокорреляционном способе используется сравнительно мало априорных сведений о сигнале. Необходимо лишь знать, что частота сигнала принимает одно из дискретных значений О) = k2n!T. Несмотря на простоту, использование такого демодулятора для приема многочастотных сигналов затруднительно.

Корреляционный способ демодуляции используется при точно известной частоте сигна-

ла. В соответствии с алгоритмом обработки

f/вых = sign j х„ {t) sin (ntdt j x i if) sin (ntdt -f-

(5.8)

j x {t) cos (ntdt j x ! {t) cos (ntdi

0 с

строится схема демодулятора (рис. 5.19, б). Координатные функции sin (i>t и cos (i>t вырабатываются задающим генератором и фазовращателем на я/2.

Термин корреляционный применяется вследствие аналогии между взаимной корреляционной функцией и интегралами в алгоритме (5.8). Различие состоит в том, что результатами вычислений здесь являются не функции, а числа, соответствующие значению взаимной корреляционной функции при совмещении их во времени.

При когерентном способе демодуляции необходимо определять начальную фазу сигнала. Для этого необходимо сформировать когерентное опорное колебание. Реальные схемы формирователей когерентного колебания подвержены действию помех и вносят дополнительную ошибку, что снижает реальную помехоустойчивость когерентного способа демодуляции. В соответствии с алгоритмом когерентной обработки

t/вых = sign ] х„ 1 (О sin (со + фо) dt sign х„ {t) sin {at -f фо) dt

строится схема демодулятора (рис. 5.19, в).

Достоинством когерентного способа демодуляции является то, что при его использовании отпадает необходимость в применении элемента задержки на один такт, а достаточно запомнить знак напряжения на выходе первого перемножителя.

В зависимости от способа самосинхронизации - инерционного или безынерционного - к величине искажений длительностей характеристических интервалов воспроизведенных сигналов предъявляются различные требования. При демодуляции с использованием безынерционных способов самосинхронизации допустимые пределы флуктуации временных интервалов сигналов АТдоп! ~Г mTJ{2n).

Применение инерционных способов самосинхронизации предъявляет менее жесткие требования к искажениям длительностей временных интервалов, т. е. Атдоп? mTJn.

Рассмотрим некоторые наиболее характерные демодуляторы сигналов цифровой звукозаписи. Пиковый демодулятор BBHJ сигнала (рис. 5.20, а, б) позволяет устранить кратковременные импульсные помехи и слабо реагирует на уменьшения амплитуд воспроизводимых импульсов. Воспроизведенный сигнал выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 1, дифференцируется дифференциатором 2 и подвергается двустороннему усилению-ограничению по амплитуде ограничителем5. Одновременно продифференцированный сигнал подвергается одностороннему усилению-ограничению по амплитуде в ограничителе 4, фильтрации в фнч 5 и формированию в компараторе 6. Сигналы Ь'з и Ug перемножаются в элементе И 7, в результате чего формируется сигнал U, в которо.м отрицательные перепады соответствуют пикам воспроизведенного сигнала, т. е. информационным единицам.

Просты в схемной реализации демодуляторы фм сигналов. Например, схема демодулятора фм? сигнала (рис. 5.20, в) состоит из формирователя импульсов / положительных фронтов воспроизведенного сигнала, формирователя импульсов 2 отрицательных фронтов, элементов ИЛИ 5, И 5, б и инерционной подсистемы тактовой синхронизации (ИТС) 4. Принцип действия этой схемы ясен из временных диаграмм (рис. 5.20, г). Из рисунка видно, что временные флуктуации фронтов воспроизведенного сигнала не должны превосходить 0,57;,.

5 0-4002 129

При проектировании демодуляторов УБВН1-2/3 сигнала с безынерционной подсистемой тактовой синхронизации (БТС) необходимо учитывать следующие особенности этого сигнала: наличие трех характеристических интервалов, относящихся между собой как 1:2:3; наличие переходов уровня сигнала как на границах тактов, так и внутри них; через каждые два такта всегда имеется переход уровня сигнала.

Один из возможных вариантов схемной реализации такого демодулятора и временные диаграммы его работы показаны на рис. 5.20, д, е. Из всех нуль-пересечений входного сигнала Ux вырабатываются короткие импульсы Ui , отрицательными фронтами которых запускается одновибратор 2. Одновибратор формирует импульсы U2 длительностью 5TJ3. Импульсами и инвертированными импульсами U, стробируются импульсы нуль-пересечений Ui на эле.ментах И 5, . В результате на выходе элемента 3 вырабатываются импульсы Ug, указывающие на наличие информационных единиц в демодулируемом сигнале, а на выходе элемента 4 образуется равномерная последовательность импульсов U половинной тактовой частоты. Из импульсов U в подсистеме БТС 5 формируются синхроимпульсы тактовой частоты t/, задержкой их на один такт и суммированием. Выходная информационная последовательность единиц f/g, синхронных с синхропоследовательностью f/ образуется с помощью 5-триггера 8 и элемента И 9.

Несложный в схемной реализации и демодулятор УФМ? сигнала, несмотря на существенно более громоздкий алгоритм формирования. Единственная трудность, которую необходимо преодолеть при демодуляции, заключается в наличии некратных длительностей характеристических интервалов. В то же время задача облегчается тем, что характеристические интервалы длительностью 2Т^. начинаются и оканчиваются всегда в серединах тактовых интервалов.

SxoS
>-			и

SbixoS 1

С/* Us

		Ц	Ч	Ч
А
			П г

ИТС

чох

Сиихронизирдю-щий вмод

иг из У* Us Ue

Us Ug

		М
		п	п
п	П					п
Я			1 f!				п
п	п	п	П	п	п	п	п
		г п			п		п
п
				Г
		] р					п
					~1 г~
					п
					] р
					п
			if ]

USxf

г

	Г
С

- с

У) иг Us У*

р		п
п	п	п	п	1 г	1 г
п	п		п	п	п
		п

ИТС

Синхронизации строВироВаний

С

	стг
й		г

п т

ш

С

Дополнитешый маркер конца тнец Ьпока

г- /?

Синхронизация

Маркер i

Маркер г

Выход информации Выход информации иШерти-

роданный

Синхронизация Маркер 1

Информация

I I t 1 1 I I о о I 1 1 О 1 о 1 1 I 1 I о 1 о I I О 1 1 1 ППППППП ППП П ППППП П ПП ппг

ul у/

щ

щ

у/ ul

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I М I I I I

±1

п п п п п п п.

хшппппа

ППППП..

п

п ППП п па

ЖГПППП П ППППП

ИТС

и

	Т
С

Синхронизирующий дыход 7

1-55

Информационный быход

и, иг из У* Vynp Us Us

Щ щ

щ

п

п

п

п

л

г

г

г

г

г

Рис. 5.20. Структурные схемы некоторых демодуляторов сигналов и временные диаграммы их работы:

я, б - БВН) сигнал (/ - нормальный информаиионный; 2 - искаженный информационный; 3 - информационный малой <шилитуды); в, г - ФМ?; д, е - УБВн{-2/3; ж, з- УФМ?; и, к - УБВн[-4/5; а. м - (2,7)

Принцип действия схе.мы демодулятора УФМ? сигнала (рнс. 5.20,

ж, з) заключается в следующем.

Импульсы нуль-пересечений воспроизведенного сигнала подаются на вход подсистемы 2 инерционной тактовой синхронизации,

1 ... 10 11 12 13 14 15 16