Дослідження ефективності використанні ДІКМ при передачі сигналів звукомовлення

2 Розробка структурної  схеми Кодека дікм 

      2.1 Вибір частоти дискретизації

        

       Частоту дискретизації обираємо з умови теореми Котельникова. Перед цим потрібно перевірити сигнал на смугу.

    Якщо , то канал вузькосмуговий, а якщо навпаки – ширикосмуговий.

 

. 

     Отже, канал широкосмуговий. 

                                                                                        (2.1) 

де  – частота дискретизації;

     – верхня частота сигналу;

     Для звукомовлення, вищий клас, смуга частот складає:

     Розраховуємо частоту дискретизації:  

       .  

    Нехай величина захищеності від спотворень квантування на виході каналу дорівнює 50 дБ.

    Визначаємо  кількість розрядів у кодовому слові: 

    ,       (2.1) 

   де  – ціла частина числа.

   З (2.1) можна знайти число рівнів квантування: 

    ,      (3.5) 

   де S/N=D=60 (дБ)=1000000 (разів);

   k=10 – пікфактор сигналу звукомовлення вищого класу;

   R(τ)=0,9 – взаємокореляційна функція.

   Всі значення є стандартними і наводяться у завданні, тому пiдставляємо їх у формулу: 

   

 

   Отримане значення підставимо у формулу 3.4 і визначимо, що кількість розрядів у кодовому слові складає: 

   

 

       Отже, кількість розрядів у кодовому слові становить 8. 

    Мінімальна  величина захищеності: 

                                                (2.3) 

дБ. 

    Максимальна величина захищеності: 

 дБ. 

!!!!!!!!!!!!! 
 

    2.1 Структурна схема кодера  

    Кодер АДІКМ – це замкнута система з колом зворотного зв’язку, у якому використовується передбачувачі. Вони дозволяють зменшувати кількість відліків та відповідно частоту вихідного сигналу. Використання кодера АДІКМ дасть можливість отримати виграш системи в 2 рази. Це дозволить з мінімальними затратами отримати найвищу ефективність використаної системи. Оскільки у даній системі тактова частота є невеликою, її не потрібно зменшувати, тому можна використовувати просту схему кодера ДІКМ.

    Загальна  структура кодера АДІКМ зображена на рисунку 2.1. 

  

    Рисунок 2.1 – Загальна структура кодера АДІКМ 

    В структурній схемі:

    ФНЧ – фільтр нижніх частот, котрий подавляє ВЧ сигналу з метою усунення ефекту накладання спектру. Працює на частоті зрізу 6,3 кГц.

      – цифровий суматор виконаний  на операційному підсилювачі,  на інверсний вхід якого подається  сигнал передбачення, а на не  інверсний – вхідний сигнал  після ФНЧ.

    АЦП – аналого-цифровий перетворювач. Він  призначений для перетворення аналогового  сигналу у цифровий код і працює на частоті дискретизації 15 кГц. Повинен  містити 9 розрядів відповідно до вихідного  коду.

    БК  – блок керування, який подає на АЩО прийнятий сигнал, керуючись  його значенням і частотою дискретизації  від ГО. Забезпечує адаптацію сигналу  передбачення для зменшення різниці  сигналів до максимально можливого.

    АЩО – аналізатор щільності одиниць. Він фіксує наявність певного  числа одиниць підряд і залежно  від їх кількості утворює вихідний імпульсний код.

    ЦК  – цифровий компресор, який працює за законом µ-компресії і перетворює кількість розрядів кодової послідовності  від БК з 9 до 8.

    ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач. Він призначений для перетворення цифрового сигналу назад в аналоговий.

    Інт. – інтегратор, призначений для  відновлення початкового сигналу.

    РГ  – регістр послідовного зсуву.

    У АДІКМ присутній зворотний зв’язок, за рахунок якого формується різниця двох відліків. У колі зворотного зв’язку присутній блок керування, цифровий експандер, цифро-аналоговий перетворювач, та інтегратор. На виході ЦАП формується струм, який далі проходить через інтегратор і віднімається від вхідного сигналу. В якості блоку керування і цифрового експандера доцільно обрати сучасний швидкодіючий мікроконтролер, який виконуватиме задані функції.

    На  виході пристрою розміщено регістр зсуву, який перетворює вхідний паралельний код у вихідний послідовний. 
 

       2.1 Структурна схема декодера  

       Декодер для даної системи будуватиметься на базі схеми, наведеної на рисунку 2.2.

 

         Рисунок 2.2 - Структура декодера системи 

     Так як при передачі сигналу спостерігається  затухання, а чутливість перетворювача  коду становить 0,01В, то рівень напруги 0,1В є цілком задовільним. Так  як ФНЧ містить ОП, то напруга  буде підсилюватись. Варто забезпечити  сигнал в межах допустимих значень, які використовуються в цифровій техніці, а саме, порядку 6В. Вхідний та вихідний опір взято відповідно до параметрів сигналів вторинної групи АСП.

     У даній системі для перетворення послідовного коду в паралельний  використовується перетворювач коду, з виходу якого сигнал поступає на формувач імпульсів, після якого сигнал надходить на регістр зсуву, з виходу якого сигнал потрапляє на експандер, на якому проводиться збільшення його розрядності. З виходу експандера сигнал надходить на входи ЦАП, де проводиться перетворення цифрового коду в аналоговий сигнал, який надходить на ФНЧ, задача якого полягає у відсіканні високочастотних складових, які виникають при перетвореннях. Генератор тактових імпульсів забезпечує подачу необхідної частоти для забезпечення роботи на ній перетворювача коду, ФІ, РГ та експандера. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        3 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК КОДЕКА 

         3.1 Електричний розрахунок кодера 

         3.1.1 Розрахунок фільтра нижніх частот

          Фільтр нижніх частот призначений для зменшення високочастотних складових сигналу, який надходить на АЦП. В якості ФНЧ оберемо активний фільтр на операційному підсилювачі ОП, оскільки такі фільтри є високодобротними, мають малий розкид параметрів на результуючу харатеристику, можуть забезпечувати підсилення в смузі пропускання, забезпечують розв’язання входу від виходу, відносно дешеві та легко настроювальні. Крім того, використання ОП дасть змогу отримати досить великий вхідний опір, а отже вхідний сигнал не буде спотворюватись.

    Визначимо мінімально необхідний порядок фільтра  за формулою[10,11]: 

     ,    (4.1) 

    де  – згасання в смузі затримки, 10 дБ;

      – перехідна смуга, 1 кГц;

      – частота зрізу, 6,3 кГц.  

     .     

    Отже, беремо фільтр другого порядку.

    В якості ФНЧ обирається активний фільтр Чебишева другого порядку. Це обумовлено тим, що фільтр Чебишева має найкрутіший спад частотної характеристики в зоні згасання у порівнянні з активними фільтрами Бесселя та Баттерворта при допустимій нерівномірності в смузі пропускання. Зі збільшенням порядку ФНЧ Чебишева пульсації в смузі пропускання зменшуються, а спад в перехідній області стає ще крутішим. Саме при 2-му порядку ФНЧ Чебишева параметри частотної характеристики  є достатніми для реалізації такого фільтра в даній структурі кодера АДІКМ [11].

    Розрахунки  елементів фільтра Чебишева проводяться  з нерівномірністю АЧХ 0,5дБ. Для  розрахунку необхідні наступні показники [12]:

• частота зрізання f_{з дБ} = 6,3 кГц;
• коефіцієнт згасання α = 1,578;
• відношення f_{з дБ} / f_зр =1,390.

    Cхема даного фільтру на ОП зображена на рисунку 4.2.

    Рисунок 4.2 – Фільтр Чебишева другого порядку на ОП 

    Необхідно провести розрахунок резисторів та конденсаторів  та обрати елементи. Для забезпечення вхідного опору задамо , тоді значення визначаються за формулою (4.1): 

     ,                                             (4.2) 

    де  - частота зрізання даного фільтра, 6,3 МГц.

    Підставивши значення опору, отримаємо: 

    

(нФ). 

    Далі  необхідно обрати резистори що визначають підсилення сигналу на виході і його добротність. Приймаючи можна розрахувати за формулою:

     ,                                             (4.3) 

    де  α – коефіцієнт згасання, який є  визначальним для даного фільтра  і становить  .

    Підставивши значення у формулу (4.3), розраховується опір : 

    

. 

    Вибір елементів проводиться на вітчизняній  базі, оскільки їх вартість нижча, ніж  зарубіжних. У порівнянні за характеристиками надійності вітчизняна  елементна база не відрізняється від зарубіжної.

    Отже, вибір елементів згідно стандартного ряду номіналів:

     : С2-23-330 Ом-0,125 Вт 5%;

     :  С2-23-130 Ом-0,125 Вт 5%;

     : КМ-6-М750- 82 нФ -50В ±10%.

    Параметри різних ОП подані в таблиці 4.1[12]. 

    Таблиця 4.1 – Параметри операційних підсилювачів