Дельта-модулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 718383 А Я)5 Н 03 НИЕ ИЗОБРЕТЕН О вательский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике. Его использование при спектральном и корреляционноманализе позволяет расширить область при 2менения за счет преобразования огибающей входного сигнала в дельта-модулированную и импульсно-кодомодулированную последовательности, Дельта-модулятор содержит генератор 2 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, компаратор 6, реверсивный счетчик 8, блок 9 шифрации, формирователи 10, 11 импульсов, триггеры 12, 17, элемент 13 запрета, элемент И 14, элемент ИЛИ 15 и элемент 16 задержки. Благодаря введению преобразователя 4 кодов. пик-детектора 5, источника 7 постоянного сигнала и выполнению ЦАП 3 умножающим в дельта-модуляторе обеспечивается преобразование огибающей входного сигнала, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.10 15 20 30 35 40 45 50 55 Изобретение, относится к автоматике и вычислительной технике и может использоваться для преобразования огибающей радиосигналов в дельта-кодовые и импульсно-кодомодулированные (ИКМ) последовательности при спектральном и корреляционном анализе.Цель изобретения - расширение области применения за счет преобразования огибающей входного сигнала в дельта-модулированную и импульсно-кодомодулированную последовательности.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема дельта-модулятора; на фиг.2 - блок шифрации: на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства для случая, если входной сигнал - синусоидальный,Дельта-модулятор содержит вход 1, генератор 2 тактовых импульсов, умножающий цифроаналоговый преобразователь 3, преобразователь 4 кода, пик-детектор 5, компаратор 6, источник 7 постоянного сигнала, реверсивный счетчик 8, блок 9 шифрации, первый и второй формирователи 10 и 11 импульсов, первый триггер 12, элемент ЗАПРЕТ 13, элемент И 14, элемент И 15, элемент 16 задержки, второй триггер 17, первый 18 и вторые 19 выходы,Блок 9 шифрации содержит элемент И 20, элемент ИЛИ-НЕ 21, первый и второй элементы НЕ 22 и 23, первый и второй элементы 24 и 25, элемент ИЛИ 26, На фиг. 2 также обозначены информационный, тактовый и управляющие входы 27 - 29, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы 30-34.На фиг. 3 приведены следующие сигналы: а - входной синусоидальный сигнал; б - сигнал аппроксимации, соответствующий сигналу на импульснокодомодулированном выходе 19 устройства; в - импульсы тактового генератора 2; г - выходной сигнал умножающего цифроаналогового преобразователя 3; д - выходной сигнал пик-детектора 5; е - импульсы на выходе триггера 12; ж - сигнал на выходе компаратора.6;й - значение сигнала на выходе источника 7; э - сигнал на дельта-кодовом выходе 18 устройства,Масштаб сигналов (фиг. 3 г, д) увеличен вдвое по отношению к входному сигналу (фиг. За).Управляющий вход цифроаналогового преобразователя 3 является входом 1 дельта-модулятора, выход преобразователя 3 соединен с информационным входом пикдетектора 5, выход которого соединен с первым входом компаратора 6, второй вход которого соединен с источником 7 постоянного сигнала, выход компаратора 6 соединен с первым входом элемента ЗАПРЕТ 12 и вторым входом блока 9 шифрации, первый и второй выходы которого сединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика 8, выходы которого являются вторыми выходами 19 дельтамодулятора и соединены со третьими входами шифратора 9 и входами преобразователя 4 кода, выходы которого соединены с информационными входами умножающего цифроаналогового преобразователя 3, Выход генератора 2 тактовых импульсов соединен через элемент 16 задержки с тактовым входом второго триггера 17, непосредственно с тактовыми входами пикдетектора 5, первого триггера 12 и первым входом блока 9, третий выход которого соединен с запрещающим входом элемента ЗАПРЕТ 12 и первым входом элемента И 13, а четвертый и пятый выходы через формирователи 10 и 11 импульсов - с соответствующими установочными входами первого триггера 12, выход которого соединен с вторым входом элемента И 14, выход которого и выход элемента ЗАПРЕТ 13 соединены с входами элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с информационным входом второго. триггера 17, выход которого является первым выходом 18 дельта-модулятора,Первый разрешающий вход элемента ЗАПРЕТ 24 объединен с одноименным входом элемента ЗАПРЕТ 25 и является информационным входом 27 блока 9, тактовым входом 28 которого является второй разрешающий вход элемента ЗАПРЕТ 25, объединенный с входом второго элемента Н.Е 23, выход которого соединен с вторым разрешающим входом первого элемента ЗАПРЕТ 24, Управляющими входами 29 блока 9 являются входы элемента И 20, объединенные, кроме младшего разряда, с.входами элемента ИЛИ-НЕ 21, младший разряд входов 29 соединен с младшим разрядом элемента ИЛИ-НЕ 21 через первый элемент НЕ 22, выход элемента И 20 соединен с запрещающим входом элемента ЗАПРЕТ 24 и первым входом элемента ИЛИ 26, второй вход которого объединен с запрещающим входом элемента ЗАПРЕТ 25 и подключен к выходу элемента ИЛИ - НЕ 21, выходы элементов ЗАПРЕТ 30 и 31, элемента ИЛИ 26 элементов И 20 и ИЛИ - НЕ 21 являются первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами 30 - 34 соответственно блока 9,Дельта-модулятор работает следующим образом.Достигаемая цель реализуется путем применения умножающего цифроаналогового преобразователя 3, код на разрядных входах которого обратно пропорционален5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 амплитуде входного сигнала, изменения которой преобразуются в дельта- и И КМ-коды. Частотный диапазон огибающей входного сигнала практически ограничен только сверху частотой, равной половине частоты несущей, поскольку для выделения значения огибающей достаточно одного периода несущей, Погрешность слежения за огибающей определяется в основном стабильностью параметров пик-детектора 5 и при необходимости может быть обеспечена достаточно низкой,Значение аналогового сигнала на выходе умножающего цифроаналогового преобразователя 3 является пропорциональным мгновенному значению входного аналогового сигнала х(т) (фиг, За), поступающему на вход 1 дельта-модулятора, и коду на выходах преобразователя 4 кода, Этот сигнал (фиг, Зг) поступает на пик-детектор 5, в котором выделяется максимальное значение входного сигнала на текущем интервале дискретизации (т.е, значение огибающей на этом интервале), величина которого задается периодом следования импульсов генератора 2 (фиг. Зв). Значение огибающей на выходе детектора 5 (фиг; Зд) сравнивается компаратором 6 с постоянным значением источника 7,Рассмотрим сначала случай, когда мгновенное значение огибающей О 5 входного сигнала (значение огибающей в текущем периоде дискретизации-сигнал на фиг. Зд) принадлежит интервалу (О, Он), где Он - номинальное значение блока 3, соответствующее полному заполнению реверсивного счетчика 8. В этом случае счетчик 8 заполнен до некоторого значения, которое преобразуется блоком 4 в величину, поступэющую на информационные входы цифроаналогового преобразователя 3. Сигнал на третьем выходе блока 9 шифрации, фиксирующего крайние минимальное состояния реверсивного счетчика 8, отсутствует, что позволяет прохождение выходного сигнала компаратора 6 (сигнал на фиг. Зж) через элемент ЗАПРЕТ 13 и элемент ИЛИ 15 на информационный вход второго триггера 17. Допустим, что в данном периоде дискретизации значение сигнала О 5 на выходе пикдетектора 5 меньше сигнала О 7 источника 7. Это приводит к формированию единичного значения сигнала на выходе компаратора 6 и разрешению прохождения импульсов генератора 2 на вход вычитания реверсивного счетчика 8, уменьшая его состояние на единицу. В результате этого код на выходе преобразователя 4 примет значение, равное К = в , где Р - коэффициент пропорциоОгп нальности, п 1 - состояние счетчика 8, т.е. увеличителя, Это приведет к соответствующему увеличению амплитуды сигнала на выходе преобразователя 3 и увеличению значения сигнала О 5 на выходе пик-детектора 5 в следующем интервале дискретизации.Выходной сигнал компаратора 6 после прихода первого тактового импульса генератора 2 фиксируется в триггере 17 и поступает на первый выход 18 дельта-модулятора. Одновременно производится сброс пик-детектора 5 в исходное нулевое состояние, что обеспечивает формирование сигнала О 5, равного максимальному значению амплитуды сигнала (фиг. Зг) на выходе преобразователя 5 в следующем периоде дискретизации, т,е, мгновенного значения огибающей входного сигнала.В случае, если сигнал О 5О 7, на выходе компаратора 6 формируется нулевое значение сигнала, которое разрешает прохождение импульсов генератора 2 на вход сложения реверсивного счетчика 8, что приводит к увеличению его состояния и соответствующему уменьшению выходного кода преобразователя 4. Это. в свою очередь, приведет к уменьшению сигнала на выходе умножающего цифроаналогового преобразователя 3 и уменьшению значения сигнала О 5 пик-детектора 5 в следующем интервале дискретизации.Таким образом, в дельта-модуляторе осуществляется слежение за огибающей входного высокочастотного (или импульсного) сигнала, причем при монотонном нарастании амплитуды входного сигнала, принадлежащей диапазону (О. О), на первом выходе 18 дельта-модулятора формируется последовательность, содержащая больше единиц, чем нулей. При монотонном спаде амплитуды входного сигнала это соотношение меняется на обратное, а в области, где крутизна огибающей входного сигнала близка к нулю, число единиц и нулей в последовательности на выходе триггера 17 примерно одинаково. На вторые выходы 19 дельта-модулятора поступает код с разрядных выходов реверсивного счетчика 8, который пропорционален значениям огибающей входного сигнала в моменты дискретизации (этот сигнал условно показан на фиг. Зб), т.е. на вторых выходах 19 дельта- модулятора формируется выходной сигнал в формате ИКМ, представленный прямым кодом,В случае, если происходит полное заполнение реверсивного счетчика 8, а это происходит при превышениизначения огибающей входного сигнала номинального10 значения Он, код на выходе преобразователя 4 равен минимальному, т,е, "1", а на третьем выходе блока 9 формируется единичное значение сигнала, которое запрещает прохождение импульсов компаратора 6 через элемент ЗАПРЕТ 13 и разрешает прохождение импульсов первого триггера 12 через элемент И 14 на информационный вход второго триггера 17, Одновременно этот сигнал .блокирует прохождение импульсов генератора 2 на вход сложения реверсивного счетчика 8, а передний фронт этого сигнала с пятого выхода блока 9 через формирователь 11 импульсов устанавливает первый триггер 12 в нулевое состояние. До появления импульса на третьем выходе блока 9 шифрации триггер 12 работал в счет- ном режиме, изменяя после прихода каждого тактового импульса свое состояние на противоположное. Поэтому за счет установки триггера 12 в единичное состояние не допускается случайный сбой в выходном дельта-коде из-за неправильного фазирования выходных импульсов триггера 12,Когда значение огибающей превышает номинальное, импульс генератора 2, воздействуя на вход триггера 12, изменяет его состояние на противоположное. Состояние реверсивного счетчика 8 не изменяется изза блокирования прохождения этого импульса блоком 9 на вход сложения счетчика 8 при полном его заполнении, в результате чего на выходах 19 формируется код в формате ИКМ, соответствующий номинальному значению огибающей входного сигнала, Через период времени, определяемый временем задержки в элементе 16 триггер 17 запоминает значение сигнала триггера 12, т,е, при превышении огибающей номинального уровня на выходе 18 дельта-модулятора формируется код - чередующаяся последовательность единиц и нулей, соответствующая значению Он,Работа дельта-модулятора п ри последующем уменьшении значения огибающей входного сигнала ниже номинального уровня характеризуется тем, что после прихода очередного тактового импульса генератора 2 импульс с второго выхода блока 9 шифрации поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 8. При этом значение кода преобразователя 4 увеличивается, что приводит к появлению на выходе компаратора 6 единичного потенциала и появлению нулевого потенциала на третьем выходе шифратора 9. Это приводит к разрешению прохождения импульсов компаратора 6 через элемент ЗАПРЕТ 13 и запрещению прохождения импульсов триггера 12 на вход второго триггера 17, Благодаря этому на 25 30 35 40 45 50 55 первом и втором выходах дельта-модулятора появляется код, соответствующий знаку приращения и величине огибающей входного сигнала, т.е. дельта-модулятор возвращается в режим слежения за огибающей. При уменьшении значения огибающей входного сигнала ниже некоторого минимального уровня, например при 1000 модуляции несущей, происходит соответствующее уменьшение состояния реверсивного счетчика 8, в результате чего преобразователь 4 кода вырабатывает максимальное значение кода К = Кмакс Одновременно на третьем выходе блока 9 шифрации формируется импульс, запрещающий прохождение выходного сигнала компаратора 6 через элемент ЗАПРЕТ 13 и разрешающий прохождение импульсов триггера 12 через элемент И 14 и элемент ИЛИ 15 на информационный вход второго триггера 17, Одновременно этот сигнал блокирует прохождение импульсов генератора 2 на вход вычитания реверсивного счетчика 8, а передний фронт этого сигнала с четвертого выхода блока 9 через формирователь 10 импульсов устанавливает первый триггер 12 в единичное состояние. Так как до появления этого импульса триггер 12 работал в счетном режиме, то за счет установки триггера 12 в единичное состояние не допускается случайный сбой в выходном дельта-коде из-за неправильной фазировки выходных импульсов триггера 12.Когда значение огибающей ниже минимального, импульс генератора 2; воздействуя на вход триггера 12, изменяет его состояние на проти".оположное. Состояние реверсивного счетчика 8 не изменяется изза блокирования прохождения этого импульса блоком 9 шифрации на вход вычитания счетчика 8, в результате чего на выходах 19 формируется код в формате ИКМ, соответствующий минимальному значению огибающей входного сигнала, Через период времени, определяемый временем задержки в элементе 16, триггер 17 запоминает значение сигнала триггера 12, т.е, при уменьшении значения огибающей ниже минимального уровня на выходе 18 дельта-модулятора формируется код - чередующаяся последовательность нулей и единиц, соответствующая минимальному значению,При последующем увеличении значения огибающей выше минимального импульс генератора 2 с выхода, блока 9 поступает на вход сложения реверсивного счетчика 8, При этом значение кода преобразователя 4 уменьшается, что приводит к появлению нулевого потенциала на выходе компаратора 6 и появлению нулевого потенциала натретьем выходе блока 9, Это приводит к разрешению прохождения импульсов компаратора б через элемент ЗАПРЕТ 13 и запрещению прохождения импульсов триггера 12 на вход второго триггера 17, т,е, дельта-модулятор возвращается в режим слежения за огибающей.Если же на вход дельта-модулятора поступает сигнал с частотой, существенно меньшей частоты дискретизации, то в устройстве осуществляется слежение эа этим сигналом, как описано в режиме слежения за огибающей,Соотношение номинального и минимального значений (последнее задано значением кода, при котором прекращается уменьшения состояния реверсивного счетчика 8, в блоке 9) задают динамический диапазон изменения огибающей входного сигнала, Для получения максимального динамического диапазона минимальное значение кода следует выбрать раным "1", а постоянное значение сигнала источника 7- единице дискретности Ь(изменение амплитуды выходного сигнала преобразователя 3 при амплитуде входного сигнала, равном номинальному, и изменению кода преобразователя 4 на единицу),Погрешность слежения за огибающей определяется линейностью умножающего цифроаналогового преобразователя 3 и стабильностью амплитудной характеристики пик-детектора 5 и при принятии соответствующих мер может быть обеспечена достаточно низкой,В указанном динамическом диапазоне изменения значений огибающей сигнал на выходе преобразователя 3 имеет примерно одинаковую амплитуду, т,е. предлагаемое устройство может одновременно использоваться для автоматической регулировки коэффициента усиления (АРУ), Частота дискретизации в этом случае должна соответствовать постоянной времени АРУ. Частотный диапазон предлагаемого устройства по несущей ограничен только сверху частотным диапазоном преобразователя 3. причем в предлагаемом устройстве возможно выделение огибающей с частотой, равной половине частоты несущей входного сигнала (с учетом временных потерь на сброс пик-детектора 5), поскольку для выделения значения огибающей достаточно одного периода несущей, Получение такой же высокой точности слежения и преобразования значений огибающей в цифровой дельта- и ИКМ-коды в указанном частотном диапазоне другими методами, например при исключении детектора из кольца слежения в дельта-модуляторе, невозможно, 510 В данном устройстве обеспечивается линейная зависимость между значением огибающей и ИКМ-кодом, Действительно, пусть значение выходного кода реверсивного счетчика 8 равно е, тогда значение выходного кода преобразователя 4Оравно К = - , а значение огибающей выходпного сигнала преобразователя 4 О 4 = Оз К, где Оз - амплитуда входного сигнала, Пусть значение О увеличилось на единицу дискретности Оз = Оз+ А Тогда значение кода счетчика 8 увеличивается также на единицу щ = щ + 1, а значение сигнала О 4 = Оз х115Оз+ЛхК = О, Поскольку в режиме слежее+1Оз Оз+ Ьния всегда Од = А имеем - О = О,т оп+1т,е. выходной ИКМ-код гп), пропорциональ ный значению огибающей входного сигнала (О 5) = (Оз).Таким образом, введение в устройствоблоков 4, 5 и 7 с соответствующими связями обеспечивает преобразование с высокой 25 точностью в дельта-модулированную и импульсно-кодомодулированную последовательности огибающей входного высокочастотного сигнала или последовательности импульсов.30 Формула изобретения1, Дельта-модулятор, содержащий цифроаналоговый преобразователь, компаратор, выход которого соединен с информационным входом блока шифрации 35 и разрешающим входом элемента ЗАПРЕТ,выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами блока шифрации первого триггера 40 и входом элемента задержки, выход которого и выход элемента ИЛИ подключены соответственно к тактовому и информационному входам второго триггера, выход которого является первым выходом дельта модулятора, запрещающий вход элементаЗАПРЕТ объединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, первый и второй выходы блока шифрации подключены соответ ственно к суммирующему и вычитающемувходам реверсивного счетчика, выходы которого соединены с управляющими входами блока шифрации, третий и четвертый выходы которого через соответственно первый и второй формирователи импульсов подключены к установочному входу и входу обнуления первого триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента И, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расши 1718383рения области применения за счет преобразования огибающей входного сигнала в дельта-модулированную и импульсно-кодо- модулированную последовательность, в дельта-модулятор введены преобразователь кода, источник постоянного сигнала и пик-детектор, а цифроаналоговый преобразователь выполнен умножающим, тактовый вход пик-детектора соединен с выходом генератора тактовых импульсов; входы преобразователя кодов подключены к выходам реверсивного счетчика, являющимся вторыми выходами дельта-модулятора, выходы преобразователя кодов соединены с информационными входами умножающего цифроаналогового преобразователя, управляющий вход которого является входом дельта-модулятора, выход умножающего цифроаналогового преобразователя подключен к информационному входу пик-детектора, выход которого и выход источника постоянного сигнала соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, пятый выход блока шифрации подключен к первому входу элемента И,2. Дельта-модулятор по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок шифрации содержит элемент И, первый и второй элементы ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ - НЕ и первый и второй элементы НЕ, первые разрешающие входы элементов ЗАПРЕТ объединены и являются информационным 5 входом блока, вход второго элемента НЕобъединен со вторым разрешающим входом второго элемента ЗАПРЕТ и является тактовым входом блока, выход второго элемента НЕ соединен с вторым разрешающим вхо дом первого элемента ЗАПРЕТ, первый входэлемента И объединен с входом первого элемента НЕ и является младшим разрядом управляющих входов блока, выход первого элемента НЕ соединен с первым входом 15 элемента ИЛИ - НЕ; вторые входы элементов И и ИЛИ-НЕ соответственно объединены и являются старшими разрядами управляющих входов блока, выходы первого и второго элементов ЗАПРЕТ являются 20 соответственно первым и вторым выходамиблока, выход элемента И подключен к первому входу элемента ИЛИ, запрещающему входу первого элемента ЗАПРЕТ и является третьим выходом блока, выход элемента 25 ИЛИ - НЕ соединен с вторым входом элемента ИЛИ, запрещающим входом второго элемента ЗАПРЕТ и является четвертым выходом блока, выход элемента ИЛИ является пятым выходом блока,30оставитель А,Тимченкоехред М.Моргентал Тираж . Подписноеного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 35, Москва. Ж, Раушская наб 4/5