Цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Соке СоветсиикСоциалистическихРеспублик и 879812(5)М. Кл. Н 04 1. 27/14 Государстванны 11 кфнитат СССР пв делан забретенкй н открытий(54) ЦИМОВой ДКтККтОГ ЧАСтотНОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к связи и может использоваться для детектирования сигналов частотной телеграфии (ЧТ), у которых разность .ттериодов частот нажатия и отжатия сравнима с периодом опорнойчастоты. Известен цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов, содер- жащийЮ-уровневый усилитель-ограниО читель, вход которого является входом устройства, реверсивный счетчик, первый вход которого соединен с источни- . ком тактовых импульсов, а выходы реверсивного счетчика соединены с установочными входами первого триггера, выход которого является выходом устройства, и блок установки в ндль, выход которого соединен со вторым входом реверсивного счетчика 11. Однако этот детектор обладает невысокой помехоустойчивостью и имеет . низкую крутизну детектирования. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и крутизны детектирования.Цель достигается тем, что в цифровой детектор частотно-манинулированных сигналов, содержащий щ-уровневый усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, реверсивный счетчик, первый вход которого соединен с источником тактовых импульсов, а выходы реверсивного счетчика соединены с установочными входами первого триггера, выход которого является выходом устройства, и блок установки в ноль, выход которого соединен со вторым входом реверсивного счетчика, введены второй триггер, генератор тока заряда, конденсатор, генератор тока разряда, нуль- орган и о 1 формирователей парных импульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных делителя частоты и формирователя,причем в каждом из ь формирователей"единичном" состоянии. При появлениина выходах ю-уровневого усилителяограничителя 1 перепадов напряже,ния той же .полярности, от которойсрабатывает второй триггер 12(фиг. 2, а, г, д, и). Делитель 3 ча- .30стоты делит опорную частоту до эначе"ния Кс где ор - средняя частотавходного ЧТ сигнала; К - числовойкоэффициент, максимальная величинакоторого зависит от разности периодоввходного ЧТ сигнала. Первый импульс 45 3 87 парных импульсов первый. вход делите ля частоты соединен с выходом блока установки в ноль и тактовым входом первого триггера, второй вход делителя частоты соединен с источником тактовых импульсов, а третий вход делителя частоты соединен со вторым входом формирователя и с соответствующим выходом ю-уровневого усилителя-ограничителя, причем выходы Формирователей парных импульсов соединены с соответствующими входами генератора тока заряда, выход которого соединен с первым выводом конденсатора, генератором тока заряда и входом нуль-органа, выход нуль- органа соединен с третьим входом реверсивного счетчика и первым входом блока установки в ноль, второй вход которого соединен с четвертым входом реверсивного счетчика и выходом второ" го триггера, а счетный вход второго триггера соединен с выходом И 1-уровневого усилителя-ограничителя, имею" щим минимальный уровень ограничения, при этом второй вывод конденсатора соединен с общей шиной.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема описываемого цифрового детектора; на фиг. 2, .3 и 4 " эторы напряжений, поясняющие его работу.Цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов содержит ю-уровневый усилитель-ограничитель 1, ю формирователей 2 парных импульсов, каждый из которых состоит из делителя 3 частоты и Формирователя 4, генератор 5 тока заряда, нуль-орган 6, генератор 7 тока разряда, конденсатор 8, первый триггер 9, блок 10 установки в ноль, реверсивный счетчик 11, второй триггер 12, источник 13 тактовых импульсов и общую шину 14,.Устройство работает следующим образом.На вход детектора приходит синусоидальный ЧТ сигнал, который 1 п-уровневым усилителем-ограничителем 1 преобразутся в 1 т последовательностей импульсов, имеющих различную (зависящую от уровня ограничителя) длительность, и частоту следования, равную частоте входного ЧТ сигнала (фиг. 2, а б, в). Число уровней н и их расположение выбирается опытным путем (теоретических обоснований нет). Рассмотрим случай, когда 1 ч 1=3 и уровней ограничения 0; +0,5 А, где А - амплитуда входного сигнала. Число уровней ограничения и их расположение влияют на помехоустойчивость детектора и выбираются исходя из характера шумов в канале связи.Сигнал с выхода т-уровневого усилителя-ограничителя 1, соответствующий уровню орраничения (-0,5 А) (фиг,2,а) поступает на вход второго триггера 12, на выходе которого получается импульсная последовательность с частотой вдвое меньшей, чем входная и с длительностью импульсов (положительных и отрицательных) равной периоду входного сигнала (фиг. 2, г). Значение входной частоты определяется один раз за период колебания на выходе второго триггера 12. В исходном состоянии делитель 3 частоты закрыт и его выход находится в на выходе делителя 3 частоты послеего открывания, появляется через время(Фиг. 2, д. е, ж), определяемое формулойТ,ру- Тс, гдеТ - максимальный период входногоЧТ сигнала, Тр- период средней.частоты входного ЧТ сигнала. ВеличинаК влияет только на количество микросхем, затрачиваемых на делитель 3частоты (чем больше К, тем меньше количество микросхем). С точки зре-, ния минимального количества микросхем величина К должна быть максимапьной. На величину К наложено только одно ограничение ь+т,т, ,т +тд (К аХ) 11111 п)(Т) где Т - период колебания на выходе делителя 3 частоты. Величины Т и Тв формулах40 5 8798периодов входного ЧТ сигнала под воз действием всех фактотов, включая по"мехи. Диаграммы на фиг. 2 приведеныдля случая Ки целочисленного соотношения между тактовой и среднейчастотами. Первый же появившийся.навыходе делителя 3 частоты импульс /(фиг. 2,.д, е, ж) установит выходформирователя 4 в "нулевое" состояние (фиг. 2, и, к, л).10По первому фронту второго периодасформированного ь-уровневым усилителем-ограничителем 1 сигнала (фиг 2 а,б в) формирователь 4 снова установится в ."единичное" состояние и бу дет сброшен в "ноль" очередным импульсом с выхода делителя 3 частоты(фиг. 2, а, г, д, и).Таким образом, на выходе формирователя 4 сформирована пара импульсов 20(фиг. 2, и, к, л), причем первый импульс пары соответствует положительной полуволне напряжения навыходевторого триггера 12 (фиг. 2, г), авторой импульс пары соответствует 25отрицательной полуволне. В сформированных таким образом парах импульсовразность междУ передними фронтами(из "О" в "1" импульсов равна периоду входного ЧТ сигнала, а разностьмежду задними (из "1" в "О") фронта /ми импульсов. равна периоду средней частоты входного ЧТ сигнала. Если на входе детектора присутствует средняя частота, то оба импульса пары равны между собой (фиг, 2), если на35 входе максимальная частота, та второй импульс пары длиннее первого (фиг. 4), а если на входе минимальная частота, то второй импульс пары короче первого (фиг. 3).Поступая на вход генератора 5 тока заряда каждый из импульсов вызывает появление на выходе генератора 5 тока заряда ток 3 , который в и раз превышает величину тока разряда45 Эр , поступающего с генератора 7 тока разряда, и рост напряжения на конденсаторе 8 (фиг. 2, м). Повышение напряжения на конденсаторе 8 вызь 1- вает реакцию нуль-органа б (фиг. 2, н),50 который при "единичном" напряжении на выходе разрешает тактовым импульсам поступать на счетный вход триггеров реверсивного счетчика 11.Если повышение частоты тактовых 55 импульсов к средней частоте входного ЧТ сигнала целочисленное, то величинап.выбирается из условия отсутст 12 6вия дроблений импульса на выходергана б и н о ( гдмаксимальная длительность импульсана выходе нуль-органа 6. Величина Нвлияет на крутизну детектирования,т.е. чем больше о, тем более близколежащие частоты (при данной среднейчастоте) может различить детектор,Если условия целочисленности отношения тактовой и средней частот нарушено, то на величину Н накладываетсятретье ограничениект-1 Ср е п=М т,п СЭ)где 10 П - период частоты источника .13 тактовых импульсов,й - целое число,На практике, как правило, можновыбирать промежуточнуючастоту, накоторой происходит демодуляция, такой,чтобы условие целочисленности отношения тактовой и средней частот соблюдалось. Величина тактовой частотывыбирается Факой, чтобы разность максимального и минимального периодоввходной частоты была не меньше периода тактовой частоты.Таким образом, в результате суммирования и расширения импульсов навыходе нуль-органа б сформироваласьпара импульсов (фиг. 2, н) г которойинформация об отклонении периода вход"ного колебания от величины периодасредней частоты входного ЧТ сигналаувеличена в щ 6 раз, Суммирование паримпульсов (фиг. 2, и, к, л) приводитк увеличению помехоустойчивости и чувствительности а увеличение разностипериодов между входным ЧТ сигналоми; его средней частотой приводит кдальнейшему повышению чувствительности.Определение какая из частот (нажатиеили отжатие) присутствует навходе угтройства происходит на реверсивном счетчике 11. Для повышенияпомехоустойчивости детектора рекомендуется вводить зону нечувствительности, отвечающую условию У,9((асср С Еф (Ярдгдеи 11 - граничные частоты зоны нечувствительности.Если входная частота отвечаетусловию (1 с , то решение отом, какая из двух частот (нажатиеили отжатие ) присутствует на входе,не принимается, и на выходе устройства остается информация, соответствующая последнему периоду входной частоты, находящемуся вне зоны нечувствительности. Решение о входной частоте принимается, если(илиВ предыдущем цикле работы импульсом с выхода блока 10 установки в ноль (фиг. 2, и) в ренерсивный счетчик 11 записано число г Число у произвольное и выбирается .таким, чтобы не происходило переполнения счетчика при сложении импульсов и обнуления при вычитании.Одновременно с записью в реверсивный счетчик 11 числа г счетчик устанавливается в режим сложения. При появлении на входе реверсивного счетчика 11 первого импульса пары с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) тактовые импульсы, поступающие на вход реверсивного счетчика 11, суммируются с числом ". После окончания первого импульса пары с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) прекращается доступ тактовых импульсов на вход реверсивного счетчика 11 и, спустя определен,ное время (достаточноедля окончания переходных процессов), реверсивный счетчик устанавливаетсяв режим вычитания, Второй импульс пары с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) разрешает поступление тактовых импульсов на счетный вход реверсивного счетчика 11, которые вычитаются из значения, получившегося после суммирования, Реверсивный счетчик 11 содержит две декодирующие схемы, Одна схема подключена к выходам триггеров реверсивного счетчика 11 таким образом, что на выходе цепочки появляется "единичный" .уровень в случае, если в реверсивном счетчике записано число большее с 1. (число с(,) соот ветствует числу записанному в счетчике после окончания пары импульсов (,фиг. 2, н,)если на входе устройстваприсутствует частота 2 , Другая схема подключена к выходам триггеров реверсивного счетчика 11 таким образом, что на выходе схемы. появляется "единичный" уровень в случае, если в реверсивном счетчике записано число, меньшее 9 (число ф соответствует числу, записанному в счетчикепосле окончания пары импульсов (фиг. 2, и), если на входе устройства присутствует частота Я 1 . Величина зоны нечувствительности и ее симметрия влияют на помехоустойчивость устройства. В симметричном канале с "белым" шумом границы зоны нечувствительности симметричныотносительно частотыи величина зоны выбирается из условияр - Я,й (0,3-0,4) (- Едж),Реверсивный счетчик 11 может быть построен по;любому из известных принципов.Непосредственно на входе счетчика присутствуютпачки импульсов, причем длительность пачек определя-, 10 ется длительностью положительного импульса с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н). Числоу записывается в реверсивный счетчик 11, по установочным входам триггеров реверсивного счетчика 11, импульсом с выхода блока 10 установки в ноль (фиг. 2, и), этим же импульсом устанавливается режим работы реверсивного счетчика 11 "Сложение". По окончании положительного импульса с выхода нуль-органа 6(фиг. 2, н) на дополнительном счетчике входящей в состав реверсивного счетчика 11, формируется импульс, задержанный на время, необходимое для завершения переходных процессов в триггерах реверсивного счетчика 11. Сформированный импульс, при наличии , на входе реверсивного счетчика 11 положительной полуволны напряжения с выхода второго триггера 12 (фиг. 2 г) запрещает по логическим входам триггеров реверсивного счетчика 11 изменение их выходного состояния и усанавливает режим работы реверсивноо счетчика 11 "Вычитание". Декодиующие схемы могут строиться на основе логических элементов И и ИЛИ,После окончания второго импульса пары импульсов с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) счет окончен, и в ре версивном счетчике 11 оказывается записанным число, соответствующее значению входной частоты за данныйпериод.После окончания второго импульса пары импульсов с выхода нуль-органа 6 (фиг., 2, н) счет окончен и в реверсивном счетчике 11 оказывается записанным число, соответствующее зна. чению входной частоты за данный пери. од. По заднему фронту второго импульса пары (фиг. 2, н) блок 10 установки в ноль формирует импульс (фиг.2 п) несколько задержанный относительно фронта для завершения всех переходных процессов в реверсивном счетчике 11. Выходы его декодирующих цепочек подключены к логическим входам первого триггера 9, таким образом,25 формула изобретения 40 9 8798если по окончании счета в реверсивном счетчике 11 записано число больше, чем(соответствует Еу( 1),то импульс сброса (фиг. 2, и) запишет на основной выход первого триггера 9 значение "1", а если по окончании счета в реверсивном счетчике11 записано число меньшее, чем д.(соответствует 8111,)1 то импульссброса (фиг. 2, п) запишет на основ Оной выход первого триггера 9 значениеП 11О . Если по окончании счета в реверсивном счетчике 11 записано число,меньшее или равное с( но большее илиравное ф 1 соответствует 1, 6 Я В 4 )5на выходах; обоих декодирующих цепочек прсутсвуе "нуей" уровень,и в этом случае в первом триггере 9останется информация, записаннаяпосле окончания предыдущего цикла,счета так как два "нулевых" уровняна логических входах первого триггера 9 запрещают изменение его выходного состояния, Одновременно с записью информации, в первый триггер9 импульс сброса (фиг. 2, и) заноситв реверсивный счетчик 11 значениеу и устанавливает режим сложения,а также запрещает доступ тактовыхЮимпульсов на счетные входы делителей3 частоты и устанавливает их в исходное состояние (фиг. 2, д, е, ж , заштрихованные участки. Цикл работыдетектора на этом окончен и он готовк следующему циклу,35Введение новых элементов позволяет повысить помехоустойчивостьустройства и увеличить крутизну детектирования. сивного счетчика соединены с установочньпи входаюю первого триггера выход которого является выходом устройства, блок установки в ноль, выходкоторого соединен со вторым входомреверсивного счетчика, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью ловышения помехоустойчивости и крутизны,детектирования, в неговведены второйтриггер, генератор тока заряда, конденсатор, генератор тока разрядд,нуль-орган и е формирователей парныхимпульсов, каждый из которых состоитиз последовательно соединенных делителя частоты и формирователя, причемв каждом из щ формирователей парныхимпульсов первый вход делителя частотысоединен с выходом блола установкив ноль и тактовым входом первоготриггера, второй вход делителя часто-.ты соединен с источником тактовыхимпульсов, а третий вход делителячастоты соединен со вторым входомформирователя и с соответствующим выходом щ -уровневого усилителя-ограничителя причем выходы формирователей парных импульсов соединены с соответствующими входами генератора тока заряда, выход которого соединенс первым выводом конденсатора, гриневратором тока разряда и входом нульоргана, выход нуль-органа соединенс третьим входом реверсивного счетчика и первым входом блока установкив ноль, второй вход которого соединен с четвертым входом реверсивногосчетчика и выходом второго триггера,а счетный вход второго триггера соединен с выходом т -уровневого усилителя-ограничителя, имеющим минимальный уровень ограничения, при этомвторой вывод конденсатора соединенс общей шиной.45 Цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов, содержащий щуровневый усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, реверсивный счетчик, первый вход которого соединен с источником тактовых импульсов, а выходы реверИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шляпоберский В,И. Основы техники передачи. дискретных сообщений.8798 2 м ЯЯЕЯЯ) с Пр ВНИИПИ аказ 9746/3 ир и и фбю "ущеми с Й,о (тя Ттак (р) Фиг,Ю