Дельта-модулятор

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование при спектральном и корреляционном анализе позволяет расширить область применения 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-яы, 3 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 03 М 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4807818/24 (22) 29.03.90 (46) 07.03,92. Бюл. N 9 (71) Львовский научно-исследовательский радиотехнический институт (72) А,В, Тимченко и С.В. Тимченко (53) 621,376.56(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1448411. кл. Н 03 М 3/02, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N. 1257849, кл. Н 03 М 3/02, 1985, (54) ДЕЛЬТА-МОДУЛЯТОР (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование при спектральном и корреляционном анализе позволяет расширить область при,. Ж„„1718383 А1 менения 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.

1718383

20

35

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 вЂ” НЕ 21, выходы элементов

ЗАПРЕТ 30 и 31, элемента ИЛИ 26 элементов И 20 и ИЛИ вЂ” 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 пропорционален

1718383

35

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 x(t) (фиг, 3a), 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 Ug входного сигнала (значение огибающей в текущем периоде дискретизации-сигнал на фиг. Зд) принадлежит интервалу (О, U ), где U — 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, посту-. пэющую 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 Ug на выходе пикдетектора 5 меньше сигнала От 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 = вЂ, где D — коэффициент пропорциоD

fTl нальности, m — состояние счетчика 8, т.е. увеличителя, Это приведет к соответствующему увеличению амплитуды сигнала на выходе преобразователя 3 и увеличению значения сигнала Ug на выходе пик-детектора 5 в следующем интервале дискретизации.

Выходной сигнал компэратора 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 U5, 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 Us > От, на выходе компараторэ 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

Us 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. Он), 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 дельтамодулятора формируется выходной сигнал в формате ИКМ, представленный прямым кодом.

В случае, если происходит полное заполнение реверсивного счетчика 8, а это происходит при превышении значения огибающей входного сигнала номинального

1718383

10 значения 0н, 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 UH, 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

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

100% 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 противоположное. 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 l7 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 на

1718383

5

55 третьем выходе блока 9. Это приводит к разрешению прохождения импульсов компаратора 6 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 7единице дискретности Л(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 сигна. ла (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.

В данном устройстве обеспечивается линейная зависимость между значением огибающей и ИКМ-кодом, Действительно, пусть значение выходного кода реверсивного счетчика 8 равно m, тогда значение выходного кода преобразователя 4

D равно К = —, а значение огибающей выходm ного сигнала преобразователя 4 04 = 0з К, где 0з — амплитуда входного сигнала, Пусть значение 0 увеличилось на единицу дискретности 0з = 0з+ А Тогда значение кода счетчика 8 увеличивается также на единицу m = m + 1, а значение сигнала 04 = 0з х

1 I хК =

0з+Л

О, Поскольку в режиме слежеm+1

0з 0з+ Л ния всегда 0 = А имеем — О = О, m m+1 т,е. выходной ИКМ-код (m), пропорциональный значению огибающей входного сигнала (05) = (0з).

Таким образом, введение в устройство блоков 4, 5 и 7 с соответствующими связями обеспечивает преобразование с высокой точностью в дельта-модулированную и импульсно-кодомодулированную последовательности огибающей входного высокочастотного сигнала или последовательности импульсов.

Формула изобретения

1, Дельта-модулятор, содержащий цифроаналоговый преобразователь, компаратор, выход которого соединен с информационным входом блока шифрации 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 и входом элемента задержки, выход котороro и выход элемента ИЛИ подключены соответственно к тактовому и информационному входам второго триггера, выход которого является первым выходом дельтамодулятора, запрещающий вход элемента

ЗАПРЕТ объединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, первый и второй выходы блока шифрации подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам 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 шийся тем, что, с целью расши1718383 рения области применения за счет преобразования огибающей входного сигнала в дельта-модулированную и импульсно-кодомодулированную 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 юшийся тем, что блок шифрации содержит элемент И, первый и второй элементы ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ вЂ” НЕ и первый и второй элементы НЕ, первые разрешающие входы элементов ЗАПРЕТ объединены и являются информационным

5 входом блока, вход второго элемента НЕ объединен со вторым разрешающим входом второго элемента ЗАПРЕТ и является тактовым входом блока, выход второго элемента

НЕ соединен с вторым разрешающим вхо10 дом первого элемента ЗАПРЕТ, первый вход элемента 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 вЂ” 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 выходами блока, выход элемента И подключен к первому входу элемента ИЛИ, запрещающему входу первого элемента ЗАПРЕТ и является третьим выходом блока, выход элемента

25 ИЛИ вЂ” НЕ соединен с вторым входом элемента ИЛИ, запрещающим входом второго элемента ЗАПРЕТ и является четвертым выходом блока, выход элемента ИЛИ является пятым выходом блока, 30

1718383 а, Составитель А.Тимченко

Редактор С.Патрушева Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М.Демчик

Заказ 890 Тираж . Подписное

В ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

ВНИИП

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5 роизводственна-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101