Рис. 1.24а. Функциональная  схема параллельного АЦП.

Принципы аналого – цифрового преобразования на основе ИКМ были предложены в 1940 г. французским инженером А. Ривсом. В ИКМ аналоговый первичный сигнал подвергается преобразованию в цифровую форму с помощью трех операций:

- дискретизации по времени;

- квантования по амплитуде (уровню);

- кодирования.

Первый шаг при оцифровке сигнала: формирование последовательности дискретных моментов времени, в которые осуществляется дискретизация сигнала. Способы аналого-цифрового преобразования (АЦП) основываются на использовании периодических моментов дискретизации, размещен­ных на равных расстояниях. Если дискреты формируются достаточно часто, то исходный сигнал может быть полностью восстановлен из последовательности дискретов путем применения ФНЧ.

Рис.2.

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) заключается в изменении приращения амплитуды «несущих» импульсов пропорционально функции управляющего сигнала при постоянной длительности импульсов и периоде их следования, т. е. огибающая импульсов повторяет форму модулирующего сигнала (рис.1).

В соответствии с теоремой Котельникова частота дискретизации f_Д=1/ T должна быть не менее чем вдвое больше максимальной частоты спектра непрерывного сигнала. Например, для речевого сигнала со спектром 0,3 ... 3,4 кГц выбрана частота f_Д = 8 кГц.

В квантователе устанавливаются уровни, разрешенные для передачи. Разница между двумя ближайшими уровнями называется шагом квантования Δ_i. Если шаги квантования одинаковы и не зависят от уровня квантования, то квантование является равномерным. При различных шагах получается неравномерное квантование. При квантовании отсчеты непрерывного сигнала, попадающие в интервал между разрешенными уровнями, округляются до ближайшего разрешенного уровня. Из – за округления в процессе квантования возникает погрешность , поскольку квантованное значение отсчета отличается от истинного . Эта погрешность является специфической помехой любого АЦП и называется шумом квантования.

Квантованный сигнал уже, в принципе, можно считать кодовым основанием кода , равным числу разрешенных уровней квантования. Однако многоуровневые сигналы очень не удобны для передачи, так как приемник должен уверенно различать все разрешенные уровни. Кроме того, такие сигналы трудно регенерировать при воздействии помех, поэтому в системах ИКМ обычно используют двоичный код.

АЦП параллельного типа осуществляют квантование сигнала одновременно с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику входного сигнала. С помощью трех двоичных разрядов можно представить восемь различных чисел, включая нуль. Необходимо, следовательно, семь компараторов. Семь соответствующих опорных напряжений образуются с помощью резистивного делителя.

Кодер АЦП преобразует квантованные отсчеты в кодовые комбинации, обозначающие соответствующие уровни. Чаще всего кодирование сводится к записи номера уровня в двоичной системе счисления.

приоритетный шифратор основан на логических элементах «исключающее ИЛИ» (также их называют: XOR, сложение по модулю 2) – это булева функция, при которой в случае двух переменных результат выполнения операции является истинным тогда и только тогда, когда лишь один из аргументов является истинным.

Рис. 2. Обозначения логического элемента «исключающее ИЛИ»,

таблица истинности и временные диаграммы.

На рисунке 3 приведен пример реализации элемента «исключающее ИЛИ» из отдельных стандартных логических элементов 2 И-НЕ (умножение с инверсией). На рисунке 3 схема «исключающее ИЛИ» показана в четырех ее состояниях. Здесь показаны все возможные логические уровни.

Рис. 3. Пример реализации элемента «исключающее или»

на элементах 2И-НЕ.

В свою очередь 2И-НЕ реализуется на радиоэлементах, его принципиальная схема показана на рисунках 4 и 5.

Рис. 4. 2И-НЕ на примере ТТЛ технологии.

Рис. 5. 2И-НЕ на примере КМОП технологии.

Также, в исследуемом нами АЦП используются диоды в прямом включении для того, чтобы не допускать напряжения логического нуля и питания схем «исключающее ИЛИ» на выход шифратора.  

Обратное преобразование цифрового сигнала в непрерывный при ИКМ осуществляется декодером и фильтром нижних частот (ФНЧ).

В состав декодера входит преобразователь последовательного кода в параллельный, на выходе которого появляется набор единиц и нулей принятой кодовой комбинации. Каждая единица (токовый импульс) поступает на вход сумматора с весом , где – номер разряда единицы в кодовой комбинации для натурального двоичного кода. На выходе сумматора возникает импульс, амплитуда которого определяется кодовой комбинацией на входе декодера. Например, при декодировании кодовой комбинации 01101 с 2-го и 5-го выходов преобразователя на входы сумматора напряжение не подается (нулевые импульсы), а с 1-го, 3-го и 4-го выходов подаются импульсы напряжения, увеличенные соответственно в 2⁰, 2², 2³ раза. На выходе сумматора появится напряжение пропорциональное 2³+2²+2⁰=13 уровню, то есть квантованный АИМ сигнал.

Выделение из АИМ сигнала непрерывного первичного сигнала эквивалентно детектированию АИМ и осуществляется обычно ФНЧ.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры