Импульсно-кодовая передающая система
Устройство относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в системах передачи сигналов, таких как адаптивные канальные процессоры, для управления их параметрами и обеспечения их синхронизации с приемной стороной. Суть полезной модели заключается в том, что значения амплитуды сигнала передаются в канал связи с оптимальной частотой, обратно пропорциональной минимальному значению времени между пересечениями сигналом апертуры ±Е. Кроме того, в канал связи передаются синхроимпульсы, позволяющие синхронизировать данное устройство с приемником информации на другом конце канала связи. Технический результат достигается путем слежения за поведением сигнала так, чтобы иметь возможность контролировать информацию, поступающую с датчика и передавать в канал связи только значимые отсчеты сигнала. Описание содержит 4 иллюстрации.
Полезная модель относится к автоматике и технике связи и может быть использована в системах передачи сигналов для уменьшения интенсивности потоков от устройств измерения аналоговых сигналов.
Известно устройство преобразования непрерывной звуковой информации в цифровую, патент 
3795900, 1974 г, содержащее блок памяти, блок сравнения и логические элементы. Признаками аналога, совпадающими с существующими признаками заявленной полезной модели, является наличие блока памяти и блока сравнения.
Причиной, препятствующей получению технического результата, является отсутствие возможности сжатия данных, что сужает его функциональные возможности.
Известна импульсно-кодовая передающая система для передачи аналоговых сигналов, авторское свидетельство 1081789, 1982 г, содержащая блок памяти, блок сравнения, формирователь импульсов и логические элементы. Сущностью работы устройства является то, что входной сигнал подвергается дельта модуляции, анализируется в соответствии с апертурой и преобразуется в импульсно-кодово-модулированный сигнал. При этом значение входной величины передается только тогда, когда произойдет превышение сигнала над апертурой.
Признаками аналога, совпадающими с существующими признаками заявленной полезной модели, является наличие блока памяти и блока сравнения.
Причиной, препятствующей получению технического результата, является низкое быстродействие из-за присутствия в устройстве аналоговых элементов.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является импульсно-кодовая передающая система, авторское
свидетельство 1589398, 1990 г, содержащая аналого-цифровой преобразователь, источник аналогового сигнала, регистр, блок формирования импульсов и блок сравнения.
Суть полезной модели заключается в том, что основой устройства сжатия нулевого порядка служит аналого-цифровой преобразователь. Апертура задается значением кратным кванту младшего разряда АЦП, при этом факт смены хотя бы одного разряда АЦП свидетельствует о выходе сигнала за пределы апертуры.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявленной полезной модели, является наличие блока аналого-цифрового преобразования, блока памяти (регистра), формирователя импульсов и блока сравнения.
Причиной, препятствующей получению технического результата, является низкая информативность системы из-за отсутствия данных о текущих параметрах сигнала.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение информативности системы, за счет определения минимального значения времени между моментами пересечения сигналом заданной апертуры ±Е, а также за счет выдачи синхроимпульсов и передачи в канал связи отсчетов сигнала с частотой, зависящей от динамических характеристик передаваемого сигнала.
Для достижения технического результата в импульсно-кодовую передающую систему введен блок определения минимального времени между импульсами (10), информационный вход которого подключен к выходу первого блока сравнения (5), а также к тактовому входу системы (8), причем блок определения минимального значения времени между импульсами (10) реализован на трех двоичных счетчиках (11, 13 и 18), один из которых является реверсивным (13), буферном регистре (12), трех устройствах ИЛИ (14, 16 и 17) и устройстве сравнения (15), при этом тактовый вход системы соединен со входом двоичного
шестнадцатиразрядного реверсивного счетчика (13) и одновременно со входами первого счетчика (11), выходы которого соединены со входами регистра (12), выходы которого соединены с информационными входами реверсивного счетчика (13), в который записывается минимальное время между пересечениями сигналом апертуры, причем выход первого блока сравнения (5) соединен с разрешающими сброс входом первого счетчика (11) и с устройством ИЛИ (17), первый вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика (11), а выход является управляющим входом третьего счетчика (18), выход которого является одним из входов второго элемента ИЛИ (16), вторым выходом которого выход устройства сравнения (15), одновременно являющийся входом управляющего сигнала сброса третьего счетчика (18), при этом выход второго элемента ИЛИ (16) является вторым входом первого элемента ИЛИ (14) и одновременно управляющим входом записи в регистр (12) значения времени с первого счетчика (11), причем первыми информационными входами устройства сравнения (15) являются выходы первого счетчика (11), выходы регистра (12) являются вторыми информационными входами устройства сравнения (15), управляющий вход которого соединен с выходом первого блока сравнения (5), тогда как выходы регистра (12) соединены с информационными входами реверсивного счетчика (13), вход, управляющий сбросом этого счетчика, является выходом первого устройства ИЛИ (14), второй вход которого является выходом реверсивного счетчика (13), выход которого является выходом блока, при этом выход блока определения минимального времени между импульсами (10) соединен с управляющим записью входом регистра (3), информационные выходы которого, а также выход блока (10) и являются выходами системы (11).
Технический результат достигается тем, что в импульсно-кодовую передающую систему, содержащую аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (1), информационный вход которого подключен к источнику аналогового сигнала (2), блок сравнения (5), первые информационные входы
которого являются входами апертуры системы (9), вторые информационные входы которого являются выходами формирователя импульсов (4), входы которого подключены к выходам соответствующих младших разрядов АЦП (1), тактовый вход которого является тактовым входом системы (8), а выход готовности разрешающим входом блока сравнения (5), введен блок определения значений минимального времени (10), являющийся одновременно и блоком формирования синхроимпульсов, входы блока определения минимального значения времени между импульсами (10), выдаваемыми формирователем импульсов (4) в момент пересечения сигналом заданной апертуры соединены с выходом формирователя импульсов (4) и тактовым входом системы (8), а выход блока определения минимального значения времени (10) соединен с разрешающим запись входом регистра (3), причем информационные выходы регистра (3), а также выход блока определения минимального времени между пересечениями сигналом апертуры (10) являются выходами системы 19, при этом блок определения минимального значения времени между импульсами (10) выполнен на элементах ИЛИ (14, 16 и 17), регистре (12) и трех счетчиках (11, 13 и 18), один из которых реверсивный (13), тогда как выходы реверсивного счетчика (13) являются выходами блока, причем тактовый вход системы (8) соединен со входом двоичного шестнадцатиразрядного реверсивного счетчика (13) и одновременно со входами первого счетчика (11), выходы которого соединены со входами регистра (12), выходы которого соединены с информационными входами реверсивного счетчика (13), в который записывается минимальное время между пересечениями сигналом апертуры, причем выход первого блока сравнения (5) соединен с разрешающими сброс входом первого счетчика (11) и с устройством ИЛИ (17), первый вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика (11), а выход является управляющим входом третьего счетчика (18), выход которого является одним из входов второго элемента ИЛИ (16), вторым выходом которого выход устройства сравнения (15), одновременно являющийся
входом управляющего сигнала сброса третьего счетчика (18), а выход второго элемента ИЛИ (16) является вторым входом первого элемента ИЛИ (14) и одновременно управляющим входом записи в регистр (12) значения времени с первого счетчика (11), при чем первыми информационными входами устройства сравнения (15) являются выходы первого счетчика (11), выходы регистра (12) являются вторыми информационными входами устройства сравнения (15), управляющий вход которого соединен с выходом первого блока сравнения (5), тогда как выходы регистра (12) соединены с информационными входами реверсивного счетчика (13), вход, управляющий сбросом этого счетчика, является выходом первого устройства ИЛИ (14), второй вход которого является выходом реверсивного счетчика (13), выход которого является выходом блока, также выход блока определения минимального времени между импульсами (10) соединен с управляющим записью входом регистра (3), информационные выходы которого, а также выход блока (10) и являются выходами системы.
Поставленная задача достигается путем слежения за поведением информационного сигнала так, чтобы иметь возможность определить минимальное время между пересечениями сигналом апертуры ±Е за определенный интервал, с целью последующего управления записью в регистр значений сигнала с АЦП, а также путем выдачи синхроимпульса на выход системы в случае записи в регистр нового значения сигнала с АЦП.
На фигуре 1 - структурная схема устройства; на фигуре 2 - схема блока определения минимального значения времени; на фигуре 3 - временная диаграмма работы устройства; на фигуре 4 - график определения минимального значения времени и формирования синхроимпульсов.
На фигуре 1 представлена структурная схема устройства, в состав которой входят:
1 - аналого-цифровой преобразователь;
2 - источник аналогового сигнала;
3 - регистр;
4 - формирователь импульсов;
5 - блок сравнения, включающий в себя группу 6 элементов И и элемент ИЛИ 7;
8 - тактовый вход;
9 - входы апертуры;
10 - блок определения минимального времени между импульсами.
Блок определения минимального значения времени между импульсами 10 (фиг.2) содержит три двоичных счетчика 11, 13 и 18, один из которых реверсивный (13), регистр 12, элементы ИЛИ 14, 16, 17 и элемент сравнения 15.
Система работает следующим образом. На тактовый вход 8 подаются импульсы с высокой частотой, АЦП при этом преобразует входной аналоговый сигнал. Пусть, например, апертура ±Е задана равной кванту младшего разряда преобразователя 1, тогда при изменении младшего разряда преобразователя 1 на выходе формирователя импульсов 4 появляется импульс положительной полярности. Присутствие положительного уровня на первом и третьем входах элемента И 6.1 разрешает прохождение сигнала со второго входа элемента И 6.1 на первый вход элемента ИЛИ 7 блока сравнения 5 и далее на вход блока 10. При поступлении импульса на вход блока 10 (см. выход блока 5, фиг.3 и фиг.4) счетчик 11 сбрасывается и начинает отсчет времени между импульсами, поступающими с блока сравнения 5, с частотой, равной тактовой частоте системы. Параллельно со счетчиком 11 импульс с блока сравнения 5 через элемент ИЛИ 17 поступает на информационный вход счетчика 18 (см. выход счетчика 18, фиг.3), наращивая таким образом значения в счетчике на единицу. То же происходит в случае переполнения счетчика 11 (см. выход переполнения счетчика 11, фиг.3), выход переполнения которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ 17. Таким образом, при переполнении счетчика 11 значение, находящееся в счетчике 18 наращивается на единицу. При поступлении на вход блока 10 следующего импульса (см. выход блока 5, фиг.3 и фиг.4),
устройство сравнения 15 осуществляет сравнение текущего значения счетчика 11 и значения, записанного в регистр 12, и, в случае, если текущее значение счетчика 11 меньше значения, хранящегося в регистре 12 устройство сравнения 15 через элемент ИЛИ 16 подает сигнал на разрешающий запись вход регистра 12 (см. выход элемента сравнения 15, фиг.3). В то же время осуществляется сбрасывание счетчика 11. Сигнал с устройства сравнения 15 (см. выход элемента сравнения 15, фиг.3) через элемент ИЛИ 16 также поступает на управляющий сбросом вход счетчика 18, в результате чего при осуществлении записи минимального значения времени в регистр 12 счетчик 18 начинает отсчет сначала. При длительном отсутствии импульсов с блока сравнения 5 происходит переполнение счетчика 18 (см. выход счетчика 18, фиг.3) и сигнал о переполнении этого счетчика через элемент ИЛИ 16 поступает на управляющий записью вход регистра 12. Импульсы с тактового входа 8 подаются на реверсивный счетчик 13, который осуществляет обратный отсчет находящегося в нем значения. В момент переполнения счетчика 13 (см. выход блока 10, фиг.3 и фиг.4) сигнал о переполнении подается на элемент ИЛИ 14, выход которого соединен с разрешающим запись входом счетчика 13, что приводит к записи нового значения с регистра 12 в реверсивный счетчик 13. Выход элемента ИЛИ 16 также соединен со входом элемента ИЛИ 14, таким образом осуществляя запись нового значения регистра 12 в счетчик 13 в случае поступления импульса с устройства сравнения 15 (см. выход элемента сравнения 15, фиг.3), если значение на входе регистра 12 будет меньше значения на выходе этого регистра. При этом выход переполнения реверсивного счетчика 13 (см. выход блока 10, фиг.3 и фиг.4) одновременно является выходом блока.
Суть полезной модели заключается в том, что запись текущего значения сигнала с АЦП в регистр происходит с определенной частотой, обратно пропорциональной минимальным промежуткам времени между моментами изменения сигнала относительно предыдущего значения, на величину
апертуры ±Е. Оптимальная частота дискретизации определяется исходя из того, что при восстановлении сигнала экстраполяционным полиномом Тейлора период дискретизации равен:
где |х'(t)| - максимум первой производной в сигнале, поскольку Е представлена здесь, как погрешность дискретизации. Тогда как Е
где Tmin - минимальный период времени между отсчетами за общий период слежения.
Тогда: 
Причем при длительном отсутствии изменения значения сигнала, в случае, если сигнал не выходит за границы заданной апертуры, запись значения сигнала с АЦП в регистр будет производиться с заданной ранее малой частотой, обеспечивая тем самым уменьшение погрешности при восстановлении сигнала. Таким образом, информативность устройства повышается за счет подачи на выход системы синхроимпульсов, период времени между которыми соответствует текущей частоте дискретизации аналогового сигнала.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определить минимальное значение времени между моментами пересечения сигналом заданной апертуры ±Е, а также выдавать синхроимпульсы и передавать в канал связи отсчеты сигнала с частотой, зависящей от динамических характеристик передаваемого сигнала. В результате этого, предлагаемое устройство обладает большей информативностью, в отличие от аналога.
По вопросу внедрения устройства получены определенные результаты. На базе НКБ «Миус» Таганрогского технологического института Южного
Федерального университета разработан на начальном этапе действующий макетный образец, а затем и опытный образец. В данном случае устройство разработано как часть телеметрического комплекса, поставляемого в РКК «Энергия».
Импульсно-кодовая передающая система, содержащая аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (1), информационный вход которого подключен к источнику аналогового сигнала (2), блок сравнения (5), первые информационные входы которого являются входами апертуры системы (9), вторые информационные входы которого являются выходами формирователя импульсов (4), входы которого подключены к выходам соответствующих младших разрядов АЦП (1), тактовый вход которого является тактовым входом системы (8), а выход готовности разрешающим входом блока сравнения (5), отличающаяся тем, что в нее введен блок определения значений минимального времени (10), являющийся одновременно и блоком формирования синхроимпульсов, входы блока определения минимального значения времени между импульсами (10), выдаваемыми формирователем импульсов (4) в момент пересечения сигналом заданной апертуры соединены с выходом формирователя импульсов (4) и тактовым входом системы (8), а выход блока определения минимального значения времени (10) соединен с разрешающим запись входом регистра (3), причем информационные выходы регистра (3), а также выход блока определения минимального времени между пересечениями сигналом апертуры (10) являются выходами системы 19, при этом блок определения минимального значения времени между импульсами (10) выполнен на элементах ИЛИ (14, 16 и 17), регистре (12) и трех счетчиках (11, 13 и 18), один из которых реверсивный (13), тогда как выходы реверсивного счетчика (13) являются выходами блока, причем тактовый вход системы (8) соединен со входом двоичного шестнадцатиразрядного реверсивного счетчика (13) и одновременно со входами первого счетчика (11), выходы которого соединены со входами регистра (12), выходы которого соединены с информационными входами реверсивного счетчика (13), в который записывается минимальное время между пересечениями сигналом апертуры, причем выход первого блока сравнения (5) соединен с разрешающими сброс входом первого счетчика (11) и с устройством ИЛИ (17), первый вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика (11), а выход является управляющим входом третьего счетчика (18), выход которого является одним из входов второго элемента ИЛИ (16), вторым выходом которого является выход устройства сравнения (15), одновременно являющийся входом управляющего сигнала сброса третьего счетчика (18), а выход второго элемента ИЛИ (16) является вторым входом первого элемента ИЛИ (14) и одновременно управляющим входом записи в регистр (12) значения времени с первого счетчика (11), причем первыми информационными входами устройства сравнения (15) являются выходы первого счетчика (11), выходы регистра (12) являются вторыми информационными входами устройства сравнения (15), управляющий вход которого соединен с выходом первого блока сравнения (5), тогда как выходы регистра (12) соединены с информационными входами реверсивного счетчика (13), вход, управляющий сбросом этого счетчика, является выходом первого устройства ИЛИ (14), второй вход которого является выходом реверсивного счетчика (13), выход которого является выходом блока, также выход блока определения минимального времени между импульсами (10) соединен с управляющим записью входом регистра (3), информационные выходы которого, а также выход блока (10) и являются выходами системы.
