И СЕЛЕКТОРЫ

Канальные амплитудно-импульсные модулятор и селектор (КАИМ-КС) являются основными элементами индивидуального АИМ тракта передачи и приема и представляют собой электронный ключ (ЭК), рис. 2.1, срабатывающие от управляющих импульсов амплитудой U_у, следующих с частотой дискретизации f _д, длительность которых t_и меньше периода следования-дискретизации Т _д, т.е. скважность q = Т _д / t_и <20.

ЭК   Rc Uу Т д tи uc(t) АИМ сигнал   Рис. 2.1. Электронный ключ – аналог КАИМ-КС

Основные требования, предъявляемые к КАИМ-КС, сводятся к следующему:

- формирование коротких периодических импульсов-отсчетов из аналогового входного сигнала (обычно первичного);

- сохранение этих сигналов в течение заданного промежутка времени;

- иметь малое сопротивление в замкнутом состоянии и большое сопротивление в разомкнутом;

- достаточное подавление на выходе КАИМ-КС импульсного управляющего напряжения U_у. Проникновение на выход КАИМ импульсов дискретизации приводит к изменению произвольным образом импульсов отсчетов на входе кодера и росту погрешностей при выполнении операций квантования и кодирования, что вызывает увеличение шумов в каналах. Необходимо, чтобы остаток управляющего напряжения на выходе КАИМ-КС не превышал 0,001 величины пикового значения дискретизируемого сигнала. Подавление остатков управляющего напряжения применением балансных схем построения КАИМ и КС;

- быстродействие, так как от длительности переднего и заднего фронтов импульсов отсчетов зависят величины переходных помех 1-го и 2-го родов;

- жестко нормируется величина затухания, вносимого КАИМ-КС в тракт передачи АИМ сигналов, что требует применения специальных методов дискретизации и демодуляции;

- переходные влияния и шумы, вносимые КАИМ-КС в тракты передачи и приема, должны быть минимальными. Обычно суммарная величина эффективного напряжения этих шумов и помех не должна превышать 0,1 величины минимального шага квантования;

- амплитудная характеристика КАИМ-КС должна быть достаточно линейна, так как вызываемые нелинейностью амплитудной характеристики нелинейные искажения приводят к искажению формы импульсов отсчетов в широком динамическом диапазоне.

Основной элементной базой для реализации КАИМ-КС являются полупроводниковые диоды и транзисторы, их интегральные сборки.

Схемы КАИМ-КС на основе полупроводниковых диодов приведены на рис. 2.2.

В последовательно-балансной мостовой схеме диодного КАИМ-КС (рис. 2.2, а) управление работой диодов VD1…VD4 осуществляется управляющим напряжением U_у периодической последовательности импульсов, следующих с частотой дискретизации. Для указанной полярности диоды VD1…VD4 открыты (сопротивление ЭК минимально) и часть сигнала u_c(t) длительностью равной длительности импульса дискретизации t_и поступает на выход схемы. При отсутствии импульсов диоды VD1…VD4 будут закрыты (сопротивление ЭК максимально) и часть сигнала u_c(t) на выход схемы не поступает. Так осуществляется амплитудно-импульсная модуляция. Параллельно-балансная (шунтовая) мостовая схема диодного КАИМ-КС представлена на рис. 2.2, в. Эти схемы находят широкое применение, так как не требуют трансформаторов. Для исключения проникновения управляющих импульсов на выход схемы осуществляется тщательная подборка диодов по равенству их сопротивлений в направлениях пропускания и непропускания. На практике используются интегральные сборки, в которых диоды выполнены на одном кристалле и обладают практически одинаковыми параметрами.

Схема КАИМ-КС, выполненная на двух транзисторах, приведена на рис. 2.3. Схема симметрична. Управляющие импульсное напряжение U_y поступает одновременно на базы транзисторов VT1 и VT2, при этом токи их эмиттерных цепей в нагрузке будут противофазными. Следовательно, при идентичности параметров транзисторов суммарный остаток тока управляющего напряжения будет равен нулю. Практически же из-за отличия параметров VT1 и VT2 удается добиться лишь частичного подавления остатка тока управляющего напряжения. Дополнительная балансировка остатка управляющего напряжения на выходе КАИМ-КС может быть достигнута включением небольшого переменного сопротивления R_б. Наилучшие результаты балансировки достигаются при единой технологии изготовления транзисторов на одном кристалле интегральной микросхемы. Аналогичная схема может быть выполнена на одном симметричном транзисторе, рис. 2.4. В точках а обеих схем осуществляется параллельное соединение КАИМ-КС различных каналов системы. Схемы работают следующим образом: при формировании отсчета импульса управляющего напряжения переводит транзисторы в режим насыщения, сопротивления ЭК резко уменьшается и в течение канального интервала, равного t_и, на выход схемы проходит сигнал. Снятие управляющего напряжения приводит к прекращению прохождения сигнала.

Сопротивление ключа в открытом состоянии определяется управляющим током базы транзисторов и имеет ярко выраженный минимум. Поэтому сопротивлением R подбирают такой ток базы, чтобы обеспечивалось минимально возможное сопротивление в открытом состоянии. Этим достигается минимально возможное затухание КАИМ-КС.

Снижение затухания сигнала при его дискретизации достигается не только включением усилителей на входе и выходе индивидуального АИМ тракта и в групповом АИМ тракте, но и применением так называемого резонансного способа дискретизации, рис. 2.5.

В структурной схеме индивидуального АИМ тракта передачи, показанной на рис. 2.5, выделен КАИМ, в котором реализуется резонансная передача отсчетов. Точка а – точка подключения других каналов системы передачи. К модулятору АИМ-1 подаются импульсы, следующие с частотой дискретизации f _д, а к формирователю импульсов АИМ-2 – с частотой N_кf _д, где N_к – число каналов в индивидуальном оборудовании. В этой схеме конденсатор С₁ представляет собой эквивалентную выходную емкость фильтра нижних частот (ФНЧ), а конденсатор С₂ – накопительную емкость формирователя импульсов АИМ-2. Указанные конденсаторы совместно с катушкой индуктивности L образуют последовательный резонансный контур. В течение промежутка времени, когда ключ КАИМ разомкнут в конденсаторе С₁ накапливается энергия передаваемого-дискретизируемого сигнала, пропорциональная мгновенному напряжению сигнала. В момент замыкания ключа (поступления импульсов дискретизации) в контуре начинается колебательный процесс и энергия, накопленная в конденсаторе С₁, начинает передаваться в конденсатор С₂. Если ключ будет замкнут в течение половины периода колебательного процесса, энергия сигнала практически полностью перейдет из конденсатора С₁ в конденсатор С₂. Своевременное размыкание ключа предотвращает обратный переход энергии из конденсатора С₂ в конденсатор С₁. Необходимыми условиями для этого является выполнение соотношений длительность импульса отсчета t_и = , .

Преимущество резонансного способа дискретизации заключается в том, что, не применяя усилителей, удается снизить неизбежное при дискретизации затухание сигнала с нескольких десятков до нескольких единиц децибел. Если учесть, что для компенсации таких потерь потребовалось бы включение, по крайней мере, двухкаскадного усилителя, то эффективность резонансного способа дискретизации становится очевидной. Однако для осуществления этого способа дискретизации необходима более высокая стабильность длительности импульсов дискретизации и резонансной частоты контура.