Дельта-модулятор

Изобретение относится к импульсной технике, технике связи и может быть использовано для преобразования в цифровой код аналоговых (речевых) сигналов в системах записи, хранения, воспроизведения и передачи по дискретным каналам связи. Известны дельта-модуляторы, используемые при преобразовании аналоговых сигналов (А.с. №11129732, кл. H02K13/22, №1241478, кл. H03M3/02; книги: Зенедиктов М.Д. Женевский Ю. П., Марков В.В., Эйдус Г.С. Дельта-модуляция. Теория и применение. - М.: Связь, 1976; Р. Стил. Принципы дельта-модуляции. - М.: Связь, 1979). Недостатком указанных дельта-модуляторов является то обстоятельство, что компандирование осуществляется либо по факту появления пачки конкретной длины, либо для пачек разной протяженности используются отдельные каналы обработки. Кроме того, в указанных устройствах производится раздельное распознавание пачек нулевых сигналов и пачек единичных сигналов, что нерационально с точки зрения объема аппаратурных затрат. Из известных дельта-модуляторов наиболее близким по технической сущности является дельта-модулятор, описанный в книге Г.Н. Котовича, В.Ф. Ламекина "Проектирование дельта преобразователей речевых сигналов (М.: Радио и связь, 1986. - С.46). Этот дельта-модулятор включает компаратор, триггер, K-разрядный регистр сдвига, две K-входовые схемы "И", схему "ИЛИ", слоговый фильтр, сумматор, усилитель, амплитудно-импульсный модулятор, интегратор. В рассматриваемой схеме последовательность K символов (1,0) запоминаются в регистре сдвига. При появлении пачки, состоящей из K единиц (нулей) на выходе схемы объединения "ИЛИ" формируется сигнал логической единицы, поступающий далее на вход слогового фильтра. Если напряжение на выходе слогового фильтра больше некоторого порогового значения B 0, то обеспечивается увеличение скорости изменения аппроксимирующего напряжения на выходе интегратора (режим компандирования). В рассматриваемом устройстве сигнал на вход слогового фильтра поступает лишь при заполнении одинаковыми символами (пачкой) всех K разрядов регистра сдвига. Это означает, что при появлении перегрузки по крутизне только через K шагов начнет проявляться эффект компандирования. Использованный принцип бинарного квантования сигнала, поступающего на вход слогового фильтра является основным недостатком прототипа, ограничивающим динамический диапазон преобразуемых сигналов. Задачей настоящего изобретения является получение нового технического результата: расширения динамического диапазона преобразуемых сигналов при малом объеме аппаратурных затрат. Новый технический результат достигается тем, что в дельта-модулятор, содержащий компаратор, первый вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с тактовым входом устройства, а первый выход которого является выходом устройства, регистр сдвига, слоговый фильтр, амплитудно-импульсный модулятор, первый вход которого соединен с выходом слогового фильтра, второй вход соединен с первым выходом триггера, а выход соединен со входом интегратора, выход интегратора соединен со вторым входом компаратора введены формирователь импульсов начала и конца пачки, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым (прямым) и вторым (инверсным) выходами триггера и вторым и третьим входами амплитудноимпульсного модулятора, а выход соединен с первым (установки в 0) входом регистра сдвига, второй (информационный) вход которого соединен со входом напряжения логической единицы, а третий (синхронизирующий) вход соединен с тактовым входом устройства, весовой многовходовый сумматор, k входов которого соединен с k выходами регистра сдвига, а (k + 1) - й вход соединен со вторым входом регистра сдвига, выход высокого многовходового сумматора соединен со входом слогового фильтра. В качестве формирователя импульсов начала и конца пачки используется схема, состоящая из двух дифференцирующих цепей, входы которых являются первым и вторым входами формирователя, селектора положительных импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первой и второй дифференцирующих цепей, а выход является выходом формирователя импульсов начала и конца пачки. В известных источниках авторами не выявлено применение формирователя импульсов начала и конца пачки, весового многовходового сумматора и используемой в заявке схемы включения регистра сдвига для расширения динамического диапазона преобразуемых сигналов. На фиг.1 представлена блок-схема дельтамодулятора, на фиг.2 - схема формирователя импульсов начала и конца пачки, на фиг.3 принципиальная схема дельта-модулятора. Дельта-модулятор (фиг.1) содержит компаратор 1, триггер 2, формирователь импульсов начала и конца пачки 3, регистр сдвига 4, весовой многовходовый сумматор 5, слоговый фильтр 6, амплитудно-импульсный модулятор 7, интегратор 8, 9 - сигнальный вход устройства, 10 - тактовый вход устройства, 11 - выход устройства, 12 - вход напряжения логической единицы. Входной сигнал 9 поступает на первый вход компаратора 1, на второй вход которого поступает напряжение с интегратора 8. При превышении входным сигналом напряжения с интегратора 8 на выходе компаратора 1 формируется напряжение логической единицы, которое поступает на первый (информационный) вход триггера 2. Тактовые импульсы 10, поступая на второй (синхронизирующий) вход триггера 2 производят фиксацию его входного сигнала на первом (прямом) выходе, являющемся выходом 11 всего устройства. Первый (прямой) и второй (инверсный) выходы триггера 2 соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя импульсов начала и конца пачки 3. Формирователь 3 вырабатывает импульсы в моменты смены логических уровней на выходах триггера 2. Импульсы с выхода формирователя 3 поступают на первый (установки в "0") вход регистра сдвига 4, осуществляя сброс в нулевое состояние всех его К разрядов. Второй (информационный) вход регистра сдвига 4 подключен к источнику напряжения логической единицы 12. На третий (синхронизирующий) вход регистра сдвига 4 поступают тактовые импульсы 10, обеспечивающие последовательное заполнение логическими единицами разрядов регистра сдвига 4. Выходы (НК) регистра сдвига 4 и его второй (информационный) вход соединены с K + 1 входами весового многовходового сумматора 5. Выходное напряжение весового многовходового сумматора 5 через слоговый фильтр 6 поступает на первый вход амплитудноимпульсного модулятора 7, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера 2, а выход соединен со входом интегратора 8. С выхода интегратора 8 напряжение поступает на второй вход компаратора 1. Формирователь импульсов начала и конца пачки 3 (фиг.2) состоит из двух дифференцирующих цепей 13, входы которых являются входами формирователя 3, и выходы соединены со входами селектора положительных импульсов 14, в качестве которого может служить, например, диодная мостовая схема. Выход селектора 14 является выходом формирователя 3. Весовой многовходовый сумматор 5 может быть реализован на операционном усилителе, коэффициент передачи которого по каждому из K входов различен и задается в соответствии с весом (номером) разряда регистра сдвига 4. С увеличением номера входа сумматора увеличивается и коэффициент передачи, например, по закону 1X, 2X, 4X, 8X (X коэффициент передачи по первому входу). Шумы незанятого канала определяются в основном коэффициентом передачи сумматора по (K + 1) му входу и значением коэффициента передачи K по первому входу сумматора. На принципиальной схеме фиг.3 показан пример реализаций блоков заявляемого устройства. Проводились экспериментальные исследования эффективности заявляемого устройства при преобразовании речевого сигнала с последующей его документацией. Качество преобразования - восстановления оценивалось по результатам измерений разборчивости речи в соответствии с ГОСТ 16600 - 72. Для исследуемого образца устройства воспроизведенный речевой сигнал при тактовой частоте выше 16кГц полностью удовлетворяет 1 классу разборчивости речи (понимание передаваемой речи без малейшего напряжения внимания). Демодуляция цифрового сигнала осуществлялась подачей из ОЗУ сформированной ранее дельта-модулятором последовательности импульсов на первый вход триггера 2. Аналоговое напряжение речевого сигнала снималось на выходе интегратора 8, выход компаратора 1 при этом был отключен от входа триггера 2.