Программируемый формирователь последовательности импульсов с цифровой индикацией количества импульсов

Особенности передачи цифровых сигналов по линиям связи

В процессе функционирования цифровых телевизионных и радиокомплексов периодически возникает необходимость передачи цифровых сигналов по линиям связи, например кабельным, между отдельными аппаратными, студиями. Цифровые сигналы могут передаваться и на более дальние расстояния — между отдельными зданиями комплексов.

Возможны два способа передачи бит двоичных чисел, соответствующих отсчетам ИКМ сигнала. Если каждый бит отсчета передастся по отдельной линии, то это параллельная передача. Сигнал тактовой частоты в этом случае также передастся по отдельной соединительной линии. Потребность в большом числе кабельных линий является серьезным недостатком параллельной передачи, особенно для доставки сигнала на значительные расстояния. Требуются специальные многопарные кабели, сложные соединители. Этот метод практически используется только для соединений внутри аппаратуры и в меньшей степени в случае внутристудийных соединений.

Для передачи сигналов между аппаратными и на более далекие расстояния используется более экономичная последовательная передача, когда все биты отсчета передаются по одной физической линии методом временнόго уплотнения (мультиплексирования). При этом значительно возрастают тактовая частота и затухание в кабеле. Переход от параллельной к последовательной передаче и обратно производится с помощью соответствующих преобразователей, называемых в инженерной практике параллельно-последовательными и последовательно-параллельными преобразователями.

При передаче по реальной линии с шумами и помехами прямоугольная форма импульсов на приеме искажается, фронты растягиваются и как бы размываются шумом. При прохождении через приемный коммутатор точка соответствия пороговому уровню из-за влияния шума может хаотично сдвигаться, возникает дрожание фазы, приводящее, как и при наличии постоянной составляющей, к неточному восстановлению тактовой частоты. При длинных кабелях и значительном дрожании переход может сдвинуться в область соседнего тактового интервала — возникает межсимвольная интерференция.

Один из надежных способов добиться синхронности — применить для выделения тактовой частоты узкополосную цепь фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В этой цепи источником сигнала тактовой частоты служит высокостабильный генератор, управляемый по частоте напряжением с выхода фазового детектора, сравнивающего частоту и фазу генерируемого колебания и сигнала тактовой частоты, и обеспечивается надежная синхронизация.

Особенности передачи высокочастотных сигналов по коаксиальному кабелю

Сравнительные АЧХ кабельной линии, эквалайзера и АЧХ выходного сигнала после эквалайзера. Коэффициенты передачи кабеля и эквалайзера

Современный телевизионный коаксиальный кабель имеет внутренний проводник из омедненной стали, внутренний диэлектрик из вспенненного полиэтилена и экранирование фольгой и стальной оплеткой. Некоторые кабели имеет два слоя фольги, между которыми находится стальная оплетка.

Эталоном 75-Ом коаксиального кабеля для передачи цифровых сигналов считается кабель 1694A фирмы Belden Inc. Его отличают низкий уровень потерь сигнала на высоких частотах. Затухание сигнала на частоте 3 ГГц составляет 10,67 дБ/100 футов.

В зависимости от длины кабеля происходит различное затухание сигнала, которое определяется уровнем поглощения в диэлектрике, уровнем излучения, нагрузочной емкостью и скин-эффектом.

Главным фактором, ограничивающим передачу высокоскоростных сигналов в коаксиальном кабеле, является скин-эффект — ослабление прямо пропорционально частоте сигнала. Частотная зависимость затухания сигнала в кабеле — причина искажения формы сигналов и межсимвольной интерференции.

Следовательно, для того чтобы полностью восстановить форму сигнала, нужно скомпенсировать все потери, обусловленные различными эффектами. Эту функцию обеспечивает кабельный приемник — эквалайзер. В эквалайзере используется усилитель, АЧХ которого имеет обратную зависимость от затухания сигнала в кабеле. Специальные фильтры в структуре эквалайзера обеспечивают измерение двух компонент степени затухания и синтез управляющего сигнала для усилителя с частотно-зависимым и управляемым коэффициентом усиления.

Формирователь импульсов на элементах логики с использованием RC-цепи.

RC цепи широко применяются в импульсной технике для формирования сигналов различной
формы. RC-цепь — это цепь состоящая из сопротивления R и конденсатора С. Постоянная времени этой цепи определяется как t = RC. В зависимости от сочетания соединений RС цепь может выполнять функцию как укорачивающей, так и
удлиняющей цепей. Формирователь импульса с удлиняющей RC цепью и его
временные диаграммы приведены на рис. 4.

Рис. 4 — Схема формирователя импульса с удлиняющей RC-цепью (а) и его
временные диаграммы (б)

Длительность выработанного
формирователем импульса можно вычислить исходя из условия разряда
конденсатора С. Действительно, пока конденсатор С разряжается до
уровня порогового напряжения U_пор, напряжение
U₂ воспринимается элементом Э₂ как уровень
логической “1” и на его выходе поддерживается “0”. С течением
времени t_и напряжение на конденсаторе С становится равным
U_пор и на выходе элемента Э₂ появится “1”.
Если считать, что напряжение до начала разряда на конденсаторе было
равно напряжению уровня “1”, т.е. U1, то изменение
напряжения U_с с течением времени можно представить
как

отсюда имеем

Длительность импульса равна времени разряда конденсатора до
порогового значения U_пор

Для ускоренного восстановления заряда конденсатора в
схему может быть включен дополнительный диод D1 (рис. 4.4, а). Из-за
большого обратного сопротивления диода его влияние в процесс разряда
конденсатора можно не учитывать, т.е. разряд конденсатора будет
осуществляться только через сопротивление R.

В тех
случаях, когда требуется получить импульсы большой длительности и в
схеме используется конденсатор большой емкости, последовательно с
диодом включают дополнительное сопротивлени R_доб,
ограничивающее ток заряда конденсатора. Величину сопротивления R
выбирают исходя из следующих условий:

во-первых, величина сопротивления R не должна превышать
максимально допустимого значения, при котором на этом сопротивлении
за счет обратного входного тока элемента логики может создаться
напряжение, сравнимое с напряжением U_пор (для элементов
ТТЛ структуры максимальное значение R_мак = 2,2 кОм);

во-вторых, минимальное значение сопротивления ограничено
допустимой нагрузочной способностью логического элемента
Э₁ и определяется как

где

U1 — напряжение на выходе элемента Э₁ в
состоянии логической “1”;

n — коэффициент разветвления (нагрузочная
способность) выхода логического элемента;

I_вх — входной
ток одного элемента.

Номинал добавочного сопротивления имеет ограничение “снизу”, и определяется
из условия

где

U_{пр D1} — прямое падение напряжения на диоде D1;

I1_доп — допустимый выходной ток элемента
Э₁ в состоянии логической “1”.

Формирователь импульсов от механических контактов

При проектировании цифровых устройств
часто возникает задача четкого формирования импульсов от
механических контактов (при срабатывании реле, кнопок,
переключателей и т.д.), так как непосредственная подача этих
сигналов на входы цифровых устройств недопустима из-за “дребезга”
контактов. Дребезг контактов — это явление многократного
неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в моменты их
соприкосновения и расхождения. Это явление приводит к формированию
пачки импульсов (вместо требуемого одиночного импульса или перепада
напряжения), могущих вызвать многократное непредсказуемое
срабатывание триггеров и счетчиков схемы цифрового устройства.

Существует множество вариантов построения цепей подавления
импульсов дребезга контактов с помощью статического триггера,
дифференцирующей и интегрирующей цепей, а также узла, обладающего
свойствами интегрирующей цепи и триггера Шмитта. На рис. 7
приведены примеры схем подавления “дребезга” контактов.

Наиболее надежной и простой в схемном решении является схема подавления
дребезга на статическом RC — триггере (рис. 7, а). Сигнал “0”,
подаваемый с помощью переключателя к одному из входов этого триггера
опрокидывает его. Причем при каждом срабатывании переключателя
(кнопки) триггер реагирует на первое же замыкание соответствующей
контактной пары и последующие замыкания уже не изменяют его
состояние.

Рис. 7 — Схема формирователей импульсов от механических контактов

Недостатком такой схемы подавления дребезга является
необходимость использования контактов на переключение, что не всегда
приемлемо. В тех случаях, когда кнопка (переключатель) имеет всего
одну пару контактов только на замыкание, применяются схемы,
использующие постоянную времени перезаряда конденсатора.

Формирователь, показанный на рис. 7, б лишен этого
недостатка. Он состоит из триггера Шмитта, на входе которого
включена интегрирующая цепь (R2C). При замыкании контактов кнопки
SB напряжение на входе цепи R2 C падает до нуля. Возникающее в
процессе переключения кратковременные импульсы, вызванные
“дребезгом”, сглаживаются интегрирующей цепью. Постоянная времени
интегрирующей цепи выбирается так, чтобы амплитуда пульсаций сигнала
на её выходе была меньше порога чувствительности триггера
Шмитта.

Рассматриваемый формирователь может работать и без
сопротивления R2 (его включают в качестве токоограничивающего
сопротивления через замкнутые контакты кнопки). Благодаря малому
сопротивлению замкнутых механических контактов первое же их
замыкание приводит к полному разряду конденсатора. Последующие же
размыкания контактов, вызванные дребезгом, практически не
увеличивают напряжение на конденсаторе вследствие относительно
большой постоянной времени его заряда.

Формирователь импульсов на
одном инверторе (рис. 7, в) позволяет получить относительно
большую постоянную времени перезаряда конденсатора при малой его
емкости. При замыкании контактов кнопки конденсатор С быстро
разряжается через R2. В отличие от рассмотренных выше
формирователей, здесь на выходе вырабатывается импульс, длительность
которого определяется постоянной времени RC цепи.

Для формирования импульсов от механических контактов можно использовать
также одновибратор.

Триггер Шмитта.

Триггер Шмитта применяется для формирования входного сигнала произвольной
формы в сигналы, принимающие два стандартных уровня ”0” и “1”.
Варианты схем таких формирователей показаны на рис. 6.

Рис. 6 — Схема триггеров Шмитта

На рис. 6, а показана схема триггера Шмитта, в которой применены два инвертора, входящие в серию
логических транзисторно-транзисторных интегральных схем.
Положительная обратная связь между инверторами обеспечивается за
счет резистора R1, включенного в общую цепь питания элементов. Для
увеличения влияния цепи обратной связи, ток через второй инвертор
увеличен путем включения дополнительного резистора R2 между выходом
Э2 и источником питания. Подобный формирователь на интегральных
схемах серии К1533 удовлетворительно работает до частоты несколько
мегагерц при подаче на вход синусоидального напряжения амплитудой
0,5 — 0,8 В.

В триггерах Шмитта положительную обратную связь можно ввести также
путем включения резистора между выходом второго инвертора и входом
первого (рис. 6, б). Входное напряжение в этом формирователе
подается через дополнительный резистор R1, сопротивление которого
также влияет на глубину положительной обратной связи. Увеличение
сопротивления этого резистора увеличивает коэффициент положительной
обратной связи и уменьшает чувствительность формирователя к входному
напряжению.

На практике, в качестве формирователей импульсов, часто применяют
специальные интегральные схемы формирователей (рис. 6, в).
Обозначение функционального назначения таких интегральных схем
содержит две буквы “ТЛ”. Например, в серии К155: это интегральные
микросхемы (ИМС) К155ТЛ1, К155ТЛ2, К155ТЛ3.

Реферат патента 1984 года Цифровой формирователь сигнала с линейной частотной модуляцией

I. ЦИФРОВОЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛА С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий блок сопряжения, первые выходы которого соединены с входами блока синхронизации, первые выходы которого подключены к входам блока сопряжения, вторые выходы которого соединены с первыми входами формирователя кодов фазы, вторые входы которого подключены к вторым выходам блока синхронизации, первьп и второй полосовые фильтры, выходы которых соединены с первьми входами соответственно первого и второго умножителей, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого через третий полосовой фильтр подключен к входу третьего умножителя, гетеродин, выход которого соединен с вторым входом второго умножителя и с входом фазовращателя, выход которого подключен к второму входу первого умножителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фор1 3% tr t Л л ..ЦЛ мирования, введены первый и второй формирователи импульсов, первьй и второй регистры, первый и второй блоки записи и первьй и второй формирователи кода знака, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго блока записи, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго регистров, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго формирователей импульсов, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго полосовых фильтров, причем третьи выходы блока синхронизации подключены к синхронизирующим входам первого и сл второго формирователей кода знака, с к синхронизирующим входам первого и второго блоков записи, к синхронизирующим входам первого и второго регистров и к синхронизирующим входам первого и второго формирователей импульсов, а выход формирователя кодов со со фазы соединен с входами первого и второго формирователей кода знака. 4 2. Цифровой формирователь по п.1, отличающийся тем, что формирователь кодов фазы содержит первьй, второй, третий и четвертый сумматоры и блок памяти, первый выход которого соединен с первым входом первого сумматора и с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом блока памяти и с первым входом третьего сумма-тора, выход которого соединен с вторым входом блока памяти и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с третьим

Формирователи цифровых телевизионных сигналов

Рассмотрим два варианта структурной схемы формирователя цифрового телевизионного сигнала.

В устройстве, показанном на рис. 2.1 а, сигналы основных цветов Е_R, Е_G, Е_B с источника телевизионных сигналов (телекамеры) вначале поступают на гамма-корректоры (ГК). Сформированные сигналы Е’_R, Е’_G, Е’_B в кодирующей матрице (КМ) преобразуются в сигнал яркости Е и цветоразностные сигналы Е’_R-Y и Е’_B-Y. Далее эти сигналы преобразуются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в цифровые сигналы Y_D, C_R и С_B, соответственно. На входах АЦП имеются дополнительные аналоговые устройства, выполняющие масштабирование и сдвиг сигналов в соответствии с соотношениями:

Число разрядов каждого АЦП в большинстве случаев равно 8.

Синхроимпульсы с устройства развертки источника телевизионных сигналов поступают на формирователь цифровых синхроимпульсов (ФЦСИ), вырабатывающий синхросигналы НАС и КАС. Кроме того, синхроимпульсы используются для синхронизации генератора тактовых импульсов (ГТИ), который вырабатывает импульсы с частотами 27, 13,5 и 6,75 МГц, поступающие на другие узлы устройства. ГТИ содержит схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), с помощью которой обеспечивается требуемое число периодов тактовых импульсов за период строчной развертки источника телевизионных сигналов.

Рис. 2.1. Варианты структурной схемы формирователя цифрового телевизионного сигнала

Мультиплексор (MS) в заданной последовательности передает на выход цифровые сигналы Y_D, C_R и С_B и цифровые синхросигналы. В результате на выходе устройства оказывается сформированным цифровой телевизионный сигнал (ЦТС).

В другом варианте устройства формирования (рис. 2.1 б) сигналы основных цветов Е_R, Е_G, Е_B сразу преобразуются в цифровые сигналы R_d, G_d, B_d. При этом каждый ЛЦП должен иметь по меньшей мере 10, а лучше 12 двоичных разрядов. Далее цифровые сигналы R_d, G_d, B_d поступают на цифровые гамма-корректоры (ЦГК), в которых выполняются нелинейные преобразования. Число двоичных разрядов прошедших гамма-коррекцию цифровых сигналов равно 8. Затем сигналы R’_d, G’_d, B’_d в цифровой кодирующей матрице (ЦКМ) преобразуются в цифровой сигнал яркости Y_d и цифровые цветоразностные сигналы С_R и С_B.

Формирование синхросигналов и тактовых импульсов и работа мультиплексора осуществляются аналогично первому варианту устройства. Выполнение гамма-коррекции цифровыми средствами обеспечивает более точное задание требуемой функции преобразования, но при этом требуются имеющие больше двоичных разрядов и, следовательно, более дорогие АЦП.

Одним из явлений, неблагоприятно сказывающемся на процессе дискретизации, является дрожание (jitter — джиттер), которое заключается в неточности следования дискретных отсчетов по времени. При быстро меняющихся сигналах дрожание может привести к ошибкам в квантованных значениях, что, в свою очередь, приводит к шуму.

Похожие патенты SU1099407A1