Устройство согласования цифрового передатчика с физической линией связи

Полезная модель относится к области электросвязи, в частности к устройствам, обеспечивающим согласование работы передатчиков цифровой информации и физических линий связи. Техническим результатом полезной модели является сокращение времени готовности устройства и повышение точности согласования при переменных скоростях передачи информации путем автоматизации процессов управления фильтрацией цифровых сигналов. Технический результат достигается за счет того, что в устройство согласования, содержащее оптимальный фильтр, первый вход которого подключен к выходу ключа, а выход ко входу формирователя выходных сигналов, выход которого соединен со входом блока гальванической изоляции линии связи, дополнительно введены измеритель скорости передачи, коммутатор и дешифратор, выход которого подключен ко входу коммутатора, а вход соединен с выходом измерителя скорости передачи, вход которого объединен со входом ключа, причем второй вход оптимального фильтра подключен к выходу коммутатора. При этом, в зависимости от особенностей условий эксплуатации устройства, блок гальванической изоляции может представлять трансформатор согласования с определенным коэффициентом трансформации или оптоэлектронный линейный усилитель на основе диодного оптрона; оптимальный фильтр может выполняться по одной из схем активных фильтров Баттерворта, Чебышева, Бесселя или на переключаемых конденсаторах; коммутатор может быть реализован в виде схемы демультиплексора; ключ может быть построен на основе комплементарной пары МДП-транзисторов с изолированными затворами.

Полезная модель относится к области электросвязи, в частности к устройствам, обеспечивающим согласованную работу передатчиков дискретной информации и физических линий связи.

Предлагаемое устройство согласования может быть использовано в терминальном оборудовании, обеспечивающем обмен сигналами данных на стыке С1-ФЛ. При синхронной передаче информации по этому стыку на скоростях от 1200 до 144000 бит/с обмен производится двухполярными посылками с избыточным перекодированием в биимпульсный сигнал с параметрами, определенными требованиями стандарта (ГОСТ 27232. Стык аппаратуры передачи данных с физическими линиями).

Известно устройство согласования (Чепиков А.П. и др. «Передача дискретной информации по кабелям ГТС». М. Связь, 1979, стр.96-98, рис.9.10), выполняющее функцию передающего реле в аппаратуре для передачи дискретной информации импульсами постоянного тока низкого уровня в физическую линию связи, содержащее двухтактную схему управления, два ждущих блокинг-генератора, два амплитудных детектора, двусторонний ограничитель и фильтр низкой частоты LC-типа, подключенный к выходу устройства согласования. Выход известного устройства является двухпроводным, симметричным и гальванически изолированным от входной цепи устройства. Известное устройство обеспечивает передачу информационных сигналов, спектральный состав которых (частоты среза) определяется параметрами фильтра LC-типа. В соответствии с требованиями стандарта (ГОСТ 27232. Стык аппаратуры передачи данных с физическими линиями) частоты среза ограниченных по

спектру сигналов определены для каждого диапазона скоростей. Поэтому, при практической реализации известного устройства согласования на весь диапазон скоростей передачи требуется применение нескольких LC-фильтров нижних частот, каждый из которых рассчитан на свою скорость передачи. Для обеспечения электромагнитной совместимости LC-фильтры, как правило, должны размещаться в экранированном отсеке.

Недостатками известного устройства являются значительные массогабаритные параметры, обусловленные в основном конструкцией LC-фильтров, и невысокая надежность, связанная с необходимостью применения коммутационных элементов для переключения звеньев LC-фильтров для разных скоростей передачи.

Кроме того, при изменении скорости передачи в известном устройстве согласования требуется определенное время на изменение (переключение) параметров LC-фильтров, что приводит к значительному времени готовности устройства в условиях эксплуатации.

Известно устройство согласования (Авторское свидетельство СССР №882015, М. Кл³ Н 04 L 25/18, Н 03 К 5/01. Устройство согласования, опубл. 15.11.81. Бюл. №42.), выбранное в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащее оптимальный фильтр, один вход которого подключен к выходу ключа, а выход - ко входу формирователя выходных сигналов, выход которого соединен со входом блока гальванической изоляции линии связи (в частности, это может быть оптоэлектронный ключ). Известное устройство обеспечивает высокую точность согласования цифрового передатчика с физической линией связи и оптимальную помехоустойчивость. Благодаря возможности ручной регулировки параметров оптимального фильтра, возможна настройка устройства на формирование сигналов с заданной частотой среза (спектральным составом) при изменении скорости передачи информации.

Недостатком известного устройства согласования является значительное время его готовности при изменении скорости передачи информации цифровым передатчиком. Указанный недостаток обусловлен тем, что для оптимального согласования устройства с линией связи требуется предварительное знание скорости, на которой должно работать устройство, для того, чтобы осуществить соответствующую регулировку оптимального фильтра, а в ряде случаев такая регулировка требует значительных временных затрат даже при плановых изменениях скорости передачи. В тех же случаях, когда скорость работы цифрового передатчика изменяется по случайному закону (заранее неизвестному оператору), точная настройка оптимального фильтра вообще становится невозможной, что приводит к снижению точности согласования.

Целью полезной модели является сокращение времени готовности устройства согласования цифрового передатчика с физической линией связи при плановом изменении скорости передачи цифрового передатчика и повышение точности согласования при изменении скорости передачи по случайному закону.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство согласования цифрового передатчика с физической линией связи, содержащее оптимальный фильтр, первый вход которого подключен к выходу ключа, а выход - ко входу формирователя выходных сигналов, выход которого соединен со входом блока гальванической изоляции линии связи, введены измеритель скорости передачи, коммутатор и дешифратор, выход которого подключен ко входу коммутатора, а вход соединен с выходом измерителя скорости передачи, вход которого объединен со входом ключа, при этом второй вход оптимального фильтра подключен к выходу коммутатора.

Для повышения эффективности согласования при высоких скоростях передачи информации блок гальванической изоляции может представлять собой трансформатор согласования, первичная обмотка которого является

входом блока, вторичная обмотка - выходом, а оптимальный коэффициент трансформации n определяется соотношением:

где - волновое сопротивление физической линии связи,

z - выходной импеданс формирователя выходных сигналов.

При работе устройства в телеграфных каналах связи с невысокими скоростями передачи информации целесообразно блок гальванической изоляции выполнять по схеме оптоэлектронного линейного усилителя на основе диодного оптрона, светодиод которого является входом блока, а фотодиод подключен ко входу линейного усилителя, выход которого является выходом блока (Игумнов Д.В. и др. «Особенности применения оптронов в режиме малых токов». М. «Энергия», 1979, стр.49-50, рис.28, 29, 30). При этом, в зависимости от структуры (варианта) исполнения блока гальванической изоляции, оптимальный фильтр целесообразно реализовывать по одной из схем активных фильтров с переключаемыми элементами: Баттерворта, Чебышева, Бесселя. Причем, вне зависимости от структуры блока гальванической изоляции, оптимальный фильтр может быть выполнен по схеме активного фильтра на переключаемых конденсаторах (Лачин В.И., Савелов Н.С. «Электроника». Учебное пособие. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001, стр.242-248, рис.2.59, 2.60, 2.61, 2.62, 2.63). В целях минимизации структуры коммутатора целесообразно выполнять его по схеме демультиплексора, адресные входы которого являются входом коммутатора, а выходы демультиплексора - выходом коммутатора (Опадчий Ю.Ф. и др. «Аналоговая и цифровая электроника» (Полный курс): Учебник для вузов. М.: «Горячая Линия-Телеком», 2000, стр.542, рис.16.6; стр.408, рис.10.28).

С целью повышения к.п.д. ключа предпочтительно выполнять его в виде комплементарной пары МДП-транзисторов с изолированными

затворами, которые объединены и являются входом ключа, а выход ключа соединен с объединенными стоками транзисторов (Опадчий Ю.Ф. и др. «Аналоговая и цифровая электроника» (Полный курс): Учебник для вузов. М.: «Горячая Линия-Телеком», 2000, стр.542, рис.16.6; стр.408, рис.10.28).

Предлагаемая полезная модель представлена на чертеже.

Устройство согласования цифрового передатчика с физической линией связи содержит оптимальный фильтр 1, первый вход которого подключен к выходу ключа 2, а выход - ко входу формирователя 3 выходных сигналов, выход которого соединен со входом блока 4 гальванической изоляции линии связи, измеритель 5 скорости передачи, коммутатор 6, дешифратор 7, выход которого подключен ко входу коммутатора 6, а вход соединен с выходом измерителя 5 скорости передачи, вход которого объединен со входом ключа 2, при этом второй вход оптимального фильтра 1 подключен к выходу коммутатора 6. Вход ключа 2 соединен со входной клеммой 8 устройства. Выходы блока 4 гальванической изоляции линии связи соединены с выходными клеммами 9 и 10 устройства, к которым подключается физическая линия 11 связи. К входной клемме 8 подключается передатчик 12 цифровой информации.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

После включения цифрового передатчика 12 на входную клемму 8 устройства начинают поступать цифровые сигналы, скорость передачи которых задается оператором или устанавливается автоматически по определенному алгоритму. Цифровые сигналы с клеммы 8 поступают на вход измерителя 5 скорости передачи, который определяет скорость передачи с заданной точностью. После завершения процедуры измерения скорости передачи передатчика 12 на выходе измерителя 5 устанавливается кодовое число, находящееся во взаимно однозначном

соответствии со скоростью передачи. Разряды кодового числа с выхода измерителя 5 поступают на вход дешифратора 7, в результате чего на выходе дешифратора 7 вырабатывается команда управления коммутатором 6. Коммутатор 6 осуществляет установку оптимального фильтра 1 по его второму входу путем перекоммутации частотнозависимых элементов фильтра на работу с заданными частотой среза и переходной характеристикой, которые являются оптимальными с точки зрения спектрального состава и формы выходного сигнала для данной скорости передачи. Поэтому выходные сигналы передатчика 12, пройдя через ключ 2 и поступив на первый вход фильтра 1, подвергнутся оптимальной фильтрации, в результате чего на выходе фильтра 1 будут сформированы сигналы с заданными частотой среза и характеристиками во временной области. Выходные сигналы фильтра 1, поступая на вход формирователя 3 выходного сигнала, усиливаются им до заданного уровня мощности. Одновременно формирователь 3 обеспечивает предварительное согласование выходных импедансов устройства с волновым сопротивлением физической линии 11 связи. Блок 4 гальванической изоляции осуществляет окончательное согласование выходных импедансов устройства с волновым сопротивлением линии 11 и обеспечивает гальваническое разделение электрических цепей устройства согласования (в том числе и передатчика 12) и электрических цепей линии 11. В результате на выходных клеммах 9 и 10 устройства будут сформированы сигналы с частотами среза и переходными характеристиками, соответствующими скорости передачи передатчика 12 и соответствующими требованиям нормативно-технической документации и стандартов/например ГОСТ 27232. Стык аппаратуры передачи данных с физическими линиями). Очевидно, что при любом изменении скорости работы передатчика 12 (оператором или автоматически по квазислучайному закону) измеритель 5 каждый раз будет определять установленную скорость и через дешифратор 7 и коммутатор 6

автоматически перестраивать оптимальный фильтр 1. Поэтому в физической линии связи при любой скорости работы передатчика будут действовать сигналы, ограниченные по спектру и с заданными переходными характеристиками.

При работе устройства на высоких скоростях передачи (когда блок гальванической изоляции целесообразно выполнять в виде согласующего трансформатора) необходимо исключать возможность появления отраженных сигналов в линии связи, для чего трансформатор должен обеспечивать согласование выходного импеданса z формирователя 3 выходных сигналов с волновым сопротивлением физической линии 11 связи с максимально возможной точностью. Это может быть обеспечено за счет выбора трансформатора согласования с оптимальным коэффициентом трансформации n, который рассчитывается по классической формуле:

Для этого случая в качестве оптимального фильтра могут быть использованы схемы активного фильтра Баттерворта (если необходимо получить наиболее плоскую амплитудно-частотную характеристику в полосе пропускания) или активного фильтра Чебышева (если необходимо обеспечить более резкий спад амплитудно-частотной характеристики в переходной полосе).

При работе устройства в телеграфных каналах связи, когда скорости передачи информации невелики (до сотен бит/с), через блок 4 гальванической изоляции необходимо обеспечивать передачу сигналов большой длительности (вплоть до постоянного сигнала «стоп»). Это наилучшим образом обеспечивается при выполнении блока 4 гальванической изоляции на основе оптоэлектронных элементов и усилителей, позволяющих работать в линейном режиме (диодный оптрон и линейный интегральный операционный усилитель идеально подходят для решения этой задачи). Для такой структуры блока гальванической

изоляции лучшим вариантом реализации оптимального фильтра является схема активного фильтра Бесселя, так как такой фильтр обладает наилучшей переходной характеристикой (т.е. во временной области), что позволяет обеспечить более качественную форму телеграфных посылок на выходе устройства согласования.

В тех случаях, когда к оптимальному фильтру предъявляются жесткие требования по стоимости и технологии изготовления, такой фильтр целесообразно выполнять по схеме активного фильтра на переключаемых конденсаторах, так как при этом оптимальный фильтр будет наиболее дешевым и технологичным. Кроме того, он будет проще перестраиваться на другие частоты фильтрации.

Поскольку для автоматической перестройки частот среза оптимального фильтра 1 требуется коммутация многих частотнозависимых элементов активных фильтров, реализующих оптимальный фильтр, целесообразно в качестве коммутатора 6 использовать демультиплексор в виде интегральной микросхемы. Это упрощает управление коммутатором 6 сигналами с выхода дешифратора 7 и позволяет минимизировать структуру коммутатора 6.

С целью уменьшения мощности, потребляемой устройством согласования, и повышения входного сопротивления ключа 2 (для уменьшения мощности, отбираемой с выхода цифрового передатчика 12) наиболее выгодно ключ 2 реализовывать в виде комплементарной пары МДП-транзисторов, широко используемой для этих же целей в микроэлектронных схемах с высокой степенью интеграции.

Предлагаемое устройство согласования цифрового передатчика с физической линией связи, в отличие от аналогов и прототипа, позволяет существенно сократить его время готовности в условиях эксплуатации и повысить точность согласования при изменении скоростей передачи информации. Это достигается благодаря автоматической и оптимальной перестройке фильтрующих структур устройства. Качественное улучшение

основных показателей устройства согласования позволит использовать его с высокой эффективностью в автоматизированных системах передачи цифровой информации по каналам связи.

1. Устройство согласования цифрового передатчика с физической линией связи, содержащее оптимальный фильтр, первый вход которого подключен к выходу ключа, а выход к входу формирователя выходных сигналов, выход которого соединен с входом блока гальванической изоляции линии связи, отличающееся тем, что в него введены измеритель скорости передачи, коммутатор и дешифратор, выход которого подключен к входу коммутатора, а вход соединен с выходом измерителя скорости передачи, вход которого объединен с входом ключа, при этом второй вход оптимального фильтра подключен к выходу коммутатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок гальванической изоляции представляет собой трансформатор согласования, первичная обмотка которого является входом блока, вторичная обмотка - выходом, а оптимальный коэффициент трансформации n определяется соотношением

где - волновое сопротивление физической линии связи;

z - выходной импеданс формирователя выходных сигналов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок гальванической изоляции выполнен по схеме оптоэлектронного линейного усилителя на основе диодного оптрона, светодиод которого является входом блока, а фотодиод подключен к входу линейного усилителя, выход которого является выходом блока.

4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оптимальный фильтр выполнен по схеме активного фильтра Баттерворта.

5. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оптимальный фильтр выполнен по схеме активного фильтра Чебышева.

6. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что оптимальный фильтр выполнен по схеме активного фильтра Бесселя.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптимальный фильтр выполнен по схеме активного фильтра на переключаемых конденсаторах.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор выполнен по схеме демультиплексора, адресные входы которого являются входом коммутатора, а выходы демультиплексора выходом коммутатора.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ключ выполнен в виде комплементарной пары МДП-транзисторов с изолированными затворами, которые объединены и являются входом ключа, а выход ключа соединен с объединенными стоками транзисторов.