Цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
CoIo3, Соввтсинк
Социалистических
Республик
Опубликовано 07. 11.81 ° Бюллетень М 41 Дата опубликования описания 07 . 1 1. 81 (5I)M. Кл. H 04 L 27/14 Государстваниый кюнитат СССР пв делан изабретеиий и открытий (53) УДК 621.376.,52(088.8) (72) Авторы (54) ЦИф ОВОЙ fgTEKTOP CTOTH0МАНИПУЛИРОВАННЫХ 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. опорной частоты. Известен цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов, содержащийWl-уровневый усилитель-ограни! О 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 ноль, выход которого соединен со вторым входом реверсивного счетчика (1), Однако этот детектор обладает невысокой помехоустойчивостью и имеет . низкую крутизну детектирования. Цель изобретения — повышение по-. мехоустойчивости и крутизны детектирования. Цель достигается тем, что в цифровой детектор частотно-манинулированных сигналов, содержащий rn-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, нульорган и п формирователей парных импульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных делителя частоты и формирователя, причем в каждом из rn формирователей 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 нульоргана 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" ro триггера, а счетный вход второго триггера соединен с выходом 111-уровневого усилителя-ограничителя, имеющим минимальный уровень ограничения, при этом второй вывод конденсатора соединен с общей шиной. На фиг. I приведена структурная электрическая схема описываемого цифрового детектора; на фиг. 2, .3 и 4 " эторы напряжений, поясняющие его работу. Цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов содержит rn-уровневый усилитель-ограничитель 1, rn 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 )О 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, который1п-уровневым усилителем-ограничителем 1 преобразутся в 1т последовательностей импульсов, имеющих различную (зависящую от уровня ограничителя) длительность, и частоту следования, равную частоте входного ЧТ сигнала (фиг. 2, а,, б, в). Число уровней rn ! и их расположение выбирается опытным путем (теоретических обоснований нет). Рассмотрим случай, когда и =3 и уровней ограничения 0; +0,5 А, где 98) 2. "единичном" состоянии. При появлении на выходах ю-уровневого усилителя— ограничителя. 1 перепадов напряже. ния той же .полярности, от которой срабатывает второй триггер 12 (фиг. 2, à, r), делитель 3 частоты открывается, а формирователь 4 устанавливается в "единичное" состояние (фиг. 2, а, г, д, и). Делитель 3 ча- . 30 стоты делит опорную частоту до эначе" я KfñÐ где со средняя частота входного ЧТ сигнала; К вЂ” числовой коэффициент, максимальная величина которого зависит от разности периодов входного ЧТ сигнала. Первый импульс 55 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 l, соответствующий уровню ограничения (-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, r). 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 после его открывания, появляется через время, (фиг. 2, д. е, ж), определяемое формулой 7 > Т„„ - Tcp где Т„„ — максимальный период входного ЧТ сигнала, Tgp- период средней.частоты входного ЧТ сигнала. Величина К влияет только на количество микро° схем, затрачиваемых на делитель 3 частоты (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 где Т вЂ” период колебания на выходе делителя 3 частоты. Величины Т„„,,„ и Т „„ „ в формулах (1) и (2) взяты с условием изменения 5 8798 периодов входного ЧТ сигнала под воз-1 действием всех фактотов, включая помехи. Диаграммы на фиг. 2 приведены для случая К-1 и целочисленного соотношения между тактовой и средней частотами. Первый же появившийся.на выходе делителя 3 частоты импульс / (фиг. 2,. д, е, ж) установит выход формирователя 4 в "нулевое" состояние (фиг. 2, и, к, л). По первому фронту второго периода сформированного w-óðîâíåâûì усилителем-ограничителем 1 сигнала (фиг.:2 а, б> в) формирователь 4 снова устано вится в ."единичное" состояние и бу- 15 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 z0 (фиг. 2, и, к, л), причем первый импульс пары соответствует положительной полуволне напряжения на..выходе второго триггера 12 (фиг. 2, г), а второй импульс пары соответствует 25 отрицательной полуволне. В сформированных таким образом парах импульсов разность между передними фронтами (из "0" в "1" импульсов равна периоду входного ЧТ сигнала, а разность между задними (из "1" в "0") 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 на 35 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 раз превышает величину тока разряда 45 .1р, поступающего с генератора 7 тока разряда, и рост напряжения на конденсаторе 8 (фиг. 2, м). Повьппение напряжения на конденсаторе 8 вызь1вает 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 повьппение частоты тактовых 55 импульсов к средней частоте входного ЧТ сигнала целочисленное, -то величинап.выбирается из условия отсутст12 6 вия дроблений импульса на выходе р н"о CT ; ° í-омаксимальная длительность импульса на выходе нуль-органа 6. Величина Н влияет на крутизну детектирования, т.е. чем больше и, тем более близко лежащие частоты (при данной средней частоте) может различить детектор. Если условия целочисленности отношения тактовой и средней частот нарушено, то на величину накладывается третье ограничение 1k T -т *T J Yfl ï =М TÎÀ 1 ($) где top — период частоты источника . )3 тактовых импульсов, и — целое число. На практике, как правило, можно выбирать промежуточную частоту, на которой происходит демодуляция, такой, чтобы условие целочисленности отношения тактовой и средней частот соблюдалось. Величина тактовой частоты выбирается 1акой, чтобы разность максимального и минимального периодов входной частоты была не меньше периода тактовой частоты. Таким образом, в результате суммирования и расширения импульсов на выходе нуль-органа 6 сформировалась пара импульсов (фиг. 2, н) г которой информация об отклонении периода входного колебания от величины периода средней частоты входного ЧТ сигнала увеличена в щ.n раз. Суммирование пар импульсов (фиг. 2, и, к, л) приводит к увеличению помехоустойчивости и чувствительности а увеличение. разности периодов между входным ЧТ сигналом н; его средней частотой приводит к дальнейшему повьппению чувствительности. Определение какая из частот (нажатие i или отжатие) присутствует на входе угтройства происходит на реверсивном счетчике 11. Для повышения помехоустойчивости детектора рекомендуется вводить зону нечувствительности, отвечающую условию Уп,„< 1 < ° <асср CPS Если входная частота отвечает условию f* В предыдущем цикле работы импульсом с выхода блока 10 установки в ноль (фиг. 2, и) в реверсивный счетчик 11 записано число j 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 ll, 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 (достаточное для окончания переходных процессов), реверсивный счетчик устанавливается в 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 Il 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 cL (число с1,) соот ветствует числу записанному в счетчике после окончания пары импульсов {фиг. 2, н,)если на входе устройства присутствует частота 3 1 . 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 счетчике после окончания пары импульсов (фиг. 2, и), если на входе устройства присутствует частота Я . Величина зоны нечувствительности и ее симметрия влияют на помехоустойчивость устройства. В симметричном канале с "белым" шумом границы зоны нечувствительности симметричны::относительно частоты и СР величина зоны выбирается из условия „- У.,=(О,З-0,4) <а,„- Z «). Реверсивный счетчик ll может быть построен по:любому из известных принципов. Непосредственно на входе счетчика присутствуют - пачки импульсов, причем длительность пачек определя- . ется длительностью положительного импульса с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н). Числоу записывается в реверсивный счетчик ll 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. 2г) запрещает по логическим входам триггеров реверсивного счетчика 11 изменение их выходного состояния и усанавливает режим работы реверсивноо счетчика 11 "Вычитание". Декоди35 ующие 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 ре40 версивном счетчике 11 оказывается записанным число, соответствующее значению входной частоты за данный I период. После окончания второго импульса 45 пары импульсов с выхода нуль-органа 6 (фиг.. 2, н) счет окончен и в реверсивном счетчике 11 оказывается записанным число, соответствующее значению входной частоты за данный пери5О. од. По заднему фронту второго импульса пары (фиг. 2, н) блок 10 установки в ноль формирует импульс (фиг.2п) 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 9 8798 если по окончании счета в реверсивном счетчике 11 записано число больше, чем (соответствует f/ (%1), то импульс сброса (фиг. 2, п) запишет на основной выход первого триггера 9 значение "1", а если по окончании счета в реверсивном счетчике 11 записано число меньшее, чем aL (соответствует 8Õ ъ Й ), то импульс сброса (фиг. 2, п) запишет на основ- 10 ной выход первого триггера 9 значение п О . Если по окончании счета в реверсивном счетчике 11 записано число, меньшее или равное с{., но большее или равное ф (соответствует Р, 6 f gx 4 фy) !5 t на выходах; обоих декодирующих цепоВеК присутствует "нулевой" уровень, и в этом случае в первом триггере 9 останется информация, записанная после окончания предыдущего цикла, счета так как два "нулевых" уровня на логических входах первого триггера 9 запрещают изменение его выходного состояния. Одновременно с записью информации, в первый триггер 9 импульс сброса (фиг. 2, и) заносит в реверсивный счетчик 11 значение и устанавливает режим сложения, а также запрещает доступ тактовых O импульсов на счетные входы делителей 3 частоты и устанавливает их в исходное состояние (фиг. 2, д, е, ж, заштрихованные участки). Цикл работы детектора на этом окончен и он готов к следующему циклу. Введение новых элементов позволяет повысить помехоустойчивость устройства и увеличить крутизну детектирования. 10 сивного счетчика соединены с установочньпи входамн первого триггера выход которого является выходом устройства, блок установки в ноль, выход которого Соединен со вторым входом реверсивного счетчика, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью ловышения помехоустойчивости и крутизны, детектирования, в него введены второй триггер, генератор тока заряда, конденсатор, генератор тока разряда, нуль-орган и m формирователей парных импульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных делителя частоты и формирователя, причем в каждом из щ формирователей парных импульсов первый вход делителя частоты соединен с выходом блола установки в ноль и тактовым входом первого триггера, второй вход делителя часто= ты соединен с источником тактовых импульсов, а третий вход делителя частоты соединен со вторым входом формирователя и с соответствующим выходом YYl -уровневого усилителя ограничителя причем выходы формирователей парных импульсов соединены с соответствующими входами генератора тока заряда, выход которого соединен с первым выводом конденсатора, грине†ратором тока разряда и входом нульоргана, 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 второго триггера, а счетный вход второго триггера соединен с выходом m -уровневого усилителя-ограничителя, имеющим минимальный уровень ограничения, при этом второй вывод конденсатора соединен с общей шиной. Цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов, содержащий гпуровневый 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 экспертизе 1. Шляпоберский В.И. Основы техники передачи. дискретных сообщений. "Связь", 1973, с. 213-215 {прототип). 8798! 2 и и Ец min f (К Ттак > сф Филд М gQQ Щк 4мьак > Уср (7йр Ттурс 7ер) ObrL4 ВНИИПИ Заказ 974б/3! Тираж 701 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4
