Устройство объединения и разделения двух аналоговых сигналов Советский патент 1992 года по МПК H04J3/02 

(Л

С

Изобретение относится к устройствам объединения и разделения двух аналоговых сигналов посредством широтно-имп.ульс- ной модуляции. Цель -уменьшение искажений сигналов путем ослабления взаимного влияния сигналов и упрощение устройства - достигается посредством введения на передающей стороне первого и второго преобразователей уровня 9 и 10 и последовательно соединенных блока 12 синхронизации и генератора 11 ni/лообразного напряжения, а на стороне разделения - последовательно соединенных первого формирователя импульсов 20, элемента И-НЕ 15, счетчика 19, первого и второго элементов И 16 и 17, элемента ИЛИ 18 и второго формирователя импульсов 21.3 ил.

Изобретение относится к устройствам для передачи и приема двухканальной информации по одному каналу связи и может быть использовано в системах телеметрии и телеуправления.

Известны устройства для передачи и приема нескольких сигналов по общему каналу связи, основанные на частотном разде- лении каналов. Недостатком данных устройств являются междуканальные помехи, возникающие из-за нелинейности характеристик модуляторов и демодуляторов, а также за счет конечной селективности канальных фильтров.

Известны устройства для передачи и приема нескольких сигналов по общему каналу связи, основанные на временном разделении каналов. Недостатком данных устройств является относительная сложность аппаратуры, осуществляющей коммутацию каналов

Известно устройство объединения и разделения двух аналоговых сигналов, выбранное в качестве прототипа, содержащее на стороне объединения первый и второй преобразователи напряжение - временной интервал, генератор тактовых импульсов, сумматор, коммутаторы и генераторы под- несущих колебаний, а на стороне разделения разделительные фильтры, амплитудные детекторы, триггеры и фильтры нижних частот В этом устройстве объединение двух аналоговых сигнглов происходит путем преобразования в каждом канале аналогового напряжения в псследовательность широт- номодулированных импульсов, которые осу- ществляют частотную манипуляцию гармонических поднесущих колебаний, складывающихся в оэщем сумматоре. Разделение сигналов осуществляется путем фильтрации в каждом канале поднесущих, их детектирования с целью получения шиМ

со

fe

IK

,.ютномодулированных видеоимпульсов и последующего преобразования видеоимпульсов в аналоговый сигнал.

Недостатком данного устройства являются существенные искажения сигнала, возникающие из-за биений между каналами, поскольку реальные фильтры обладают конечной селективностью, кроме того, это устройство достаточно сложно, так как содержит четыре генератора поднесущих час- тот, четыре разделительных фильтра, четыре амплитудных детектора.

Целью изобретения является уменыие- пие искажения сигнала путем ослабления взаимного влияния каналов и упрощение устройства. Положительный эффект от использования изобретения заключается в повышении достоверности информации, передаваемой и принимаемой с помощью слою устройства, а тзкже в улучшении мас- сслабэригных показателей аппаратуры, в которой используется данное изобретение, повышение ее надежности, экономичности технологичности изготовления и настройки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство объединения и разделения двух аналоговых сигналов, на стороне объединения содержащее первый и второй преобразователи напряжение-временной интервал, генератор тактовых импульсов и сумматор, а на стороне разделения содержащее первый и второй демодуляторы, на L, орсне объединения введены первый и блоки преобразования уровня и последовательно соединенные блок синхронизации и генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первым входам первого и второго преобразователей напряжение-временной интервал к вторым входам которых подключены выходы соответствующих первого и второго блоков преобразования уровня, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу блока синхронизации, второй и третий выходы которого подключены к первому и второму входам сумматора, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы первого и второго преобразователей напряжение-временной интервал, а на стороне разделения введены последовательно соединенные первый формирователь импульсов, элемент И-НЕ и счетчик, выходы которого через первый и второй элементы И подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого подключен к входу сброс счетчика, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к второму выходу первого формирователя импульсов, вход которого объединен со вторым входом элемента И-НЕ и с третьими входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены ко входам соответствующих первого и второго демодуляторов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства объединения и разделения двух аналоговых сигналов; на фиг. 2,

0 3 - временные диаграммы напряжений в характерных точках соответственно на стороне объединения и стороне разделения этого устройства.

Устройство объединения и разделения

5 двух аналоговых сигналов на стороне объединения 1 содержит первый 2 и второй 3 преобразователи напряжение-временной интервал, генератор тактовых импульсов 4, сумматор 5, первый 6 и второй 7 блоки пре0 образования уровня, блок синхронизации 8, генератор пилообразного напряжения 9, первую 10 и вторую 11 входные шины, выходную шину 12. Блок синхронизации 8 соединен последовательно с генератором

5 пилообразного напряжения 9, выход которого подключен к первым входам первого 2 и второго 3 преобразователей напряжение- временной интервал, к вторым входам которых подключены выходы соответствующих

0 первого 6 и второго 7 блоков преобразования уровня. Выход генератора тактовых импульсов 4 подключен к входу блока синхронизации 8, второй и третий выходы которого подключены к первому и второму

5 входам сумматора 5 к третьему и четвертому входам которого подключены выходы первого 2 и второго 3 преобразователей напряжение-временной интервал. Вход первого 6 и вход второго 7 преобразователей

0 уровня подключены соответственно к первой 10 и второй 11 входным шинам. Выход сумматора 5 соединен с выходной шиной 12

Устройство объединения и разделения

5 двух аналоговых сигналов на стороне разделения 13 содержит первый формирователь импульсов 14, элемент И-НЕ 15, счетчик 16, первый 17 и второй 18 элементы И, элемент ИЛИ 19, второй формирователь импульсов

0 20, первый 21 и второй 22 демодуляторы, входную шину 23, первую 24 и вторую 25 выходные шины. Первый формирователь импульсов 14, элемент И-НЕ 15 и счетчик 16 соединены последовательно, при этом вы5 ходы счетчика 16 через первый 17 и второй 18 элементы И подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ 19, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов 20, выход которого подключен к входу сброс счетчика 16.

Вторые входы первого 17 и второго 18 элементов И объединены и подключены ко второму выходу первого формирователя импульсов 14, вход которого объединен со вторым входом элемента И-НЕ 15 и с третьими входами первого 17 и второго 18 элементов И, выходы которых подключены к входам соответствующих первого 21 и второго 22 демодуляторов. Входная шина 23 соединена с входом первого формирователя импульсов 14, первая 24 и вторая 25 выходные шины соединены соответственно с выходом первого 21 и второго 22 демодуляторов.

Сторона объединения 1 и сторона разделения 13 соединены между собой посредством канала связи 26.

Устройство объединения и разделения двух аналоговых сигналов работает следующим образом.

Первый и второй аналоговые сигналы, подлежащие передаче по общему каналу связи 26, поступают на стороне объединения 1 соответственно на первую 10 и вторую 11 входные шины (на фиг. 2 U10, 1)11), а с них соответственно на вход первого 6 и второго 7 блоков преобразования уровня. Первый 6 и второй 7 блоки преобразования уровня преобразуют сигналы, поступающие на их вход.таким образом, что на выходе каждого из этих блоков образуется сигнал, имеющий переменную составляющую, несущую информацию об амплитуде сигнала в данном канале и постоянную составляющую, причем постоянные составляющие выходного сигнала первого 6 и второго 7 блоков преобразования уровня обоих каналов равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку: первый канал имеет отрицательную постоянную составляющую, а второй - положительную (на фиг. 2 U6, U7).

Генератор тактовых импульсов 4 вырабатывает прямоугольные импульсы (на фиг. 2 U4), поступающие на вход блока синхронизации 8. На первом, втором, третьем выходах блока синхронизации 8 формируются три различные последовательности импульсов, при этом период следования импульсов на первом выходе блока синхронизации 8 (на фиг. 2 U81) превышает период тактовых импульсов в шестнадцать раз. На втором выходе блока синхронизации 8 формируются импульсы, длительность которых равна длительности импульсов, снимаемых с выхода генератора тактовых импульсов 4, а период следования превышает их период в шестнадцать раз (на фиг. 2 U82). На третьем выходе блока синхронизации 8 образуется последовательность сдвоенных импульсов (на фиг. 2 U83), равных по длительности

импульсам, вырабатываемым генератором тактовых импульсов 4. При этом период следования последовательности сдвоенных импульсов также равен шестнадцати периодам тактовых импульсов, но сдвинут во времени относительно импульсов, снимаемых со второго выхода блока синхронизации 8 на восемь периодов тактовых импульсов.

0Прямоугольные импульсы с первого выхода блока синхронизации 8 поступают на вход генератора пилообразного напряжения 9, на выходе которого образуются биполярные пилообразные импульсы (на фиг. 2

5 U9), период следования которых совпадает с периодом следования импульсов, поступающих с первого выхода блока синхронизации 8. При этом длительность пилообразных импульсов такова, что пилообразные им0 пульсы не перекрываются во времени с прямоугольными импульсами, снимаемыми со второго и третьего выходов блока синхронизации 8 (на фиг. 2 U9, U82, U83),

С выхода генератора пилообразного на5 пряжения 9 биполярные пилообразные импульсы поступают на первый вход первого 2 и второго 3 преобразователей напряжение- временной интервал. На второй вход первого 2 преобразователя напряжение-времен0 ной интервал с выхода первого 6 блока преобразования уровня подается напряжение с отрицательной постоянной составляющей (на фиг. 2 U6), а на второй вход второго 3 преобразователя напряжение-временной

5 интервал с выхода второго 7 блока преобразования уровня подается напряжение с положительной постоянной составляющей (на фиг. 2 U7). Первый 2 преобразователь напряжение-временной интервал сравнивает

0 напряжение отрицательной полярности на его втором входе с величиной напряжения отрицательных пилообразных импульсов, поступающих на его первый вход, а второй 3 преобразователь напряжение-временной

5 интервал сравнивает напряжение положительной полярности на его втором входе с величиной напряжения положительных пилообразных импульсов, поступающих на его первый вход (на фиг. 2 U6, U7, U9). Если

0 абсолютная величина пилообразного напряжения на первом входе первого 2 и второго 3 преобразователей напряжение-временной интервал превышает абсолютную величину напряжения на их вторых входах,

5 то на выходе первого 2 и второго 3 преобразователей напряжение-временной интервал появляется напряжение положительной полярности, в противном же случае на выходе первого 2 и второго 3 преобразователей напряжение-временной интервал будет напряжение нулевого уровня. В результате этого первый и второй аналоговые сигналы, поступающие на соответствующие входные шины 10 и 11, преобразуются в две последовательности не перекрывающихся во времени широтно-модулированных импульсов (на фиг. 2 U2, U3).

Сумматор 5 производит логическую операцию ИЛИ, в результате выполнения которой все четыре последовательности импульсов U2, U3, U82, U83, поступающие на его входы, преобразуются в одну последовательность импульсов, содержащую ши- ротно-модулированные импульсы первого и второго сигналов, а также синхроимпульсы, расположенные таким образом, что перед каждым широтно-модулированным импульсом первого сигнала имеются два синхроимпульса, а второго сигнала - один синхроимпульс (на фиг. 2 U5). Причем одиночные синхроимпульсы второго сигнала и первые из сдвоенных синхроимпульсов первого сигнала располагаются от соответству- ющих им широтно-модулированных импульсов на одинаковых временных интервалах, равных двум периодам колебаний генератора тактовых импульсов 4.

Последовательность синхроимпульсов и широтно-модулированных импульсов первого и второго сигналов с выхода сумматора 5 поступает на выходную шину 12 и далее через канал связи 26, которым может быть, например, радиоканал, подается на входную шину 23, расположенную на стороне разделения 13.

Допустим, что первым импульсом, поступающим в начальный момент времени на входную шину 23, является синхроимпульс, соответствующий второму сигналу, а счетчик импульсов ,16 находится в нулевом состоянии. При поступлении синхроимпульса на вход первого 14 формирователя импульсов, на первом выходе этого блока формируется импульс, длительность которого в четыре раза превышает длительность синхроимпульса (на фиг. 3 U141). На втором выходе первого 14 формирователя импульсов формируются импульсы, инверсные по отношению к импульсам на его первом выходе (на фиг. 3 U142). С входной шины 23 последовательность синхроимпульсов и широтно-модулированных импульсов, соответствующих первому и второму сигналам, поступает на второй вход элемента И-НЕ 15, на первый вход которого подаются импульсы с первого выхода первого 14 формирователя импульсов. В результате выполнения логической операции И-НЕ на выходе элемента 15 образуется последовательность импульсов, обозначенная на фиг 3 U15, которая

подается на тактовый вход счетчика 16. На первом выходе счетчика 16 появляется логическая единица лишь в том случае, если на его тактовый вход за временной интервал,

сформированный первым формирователем импульсов 14, поступят последовательно два импульса, в остальных случаях на первом выходе счетчика 16 присутствует логический нуль, при этом второй выход

0 счетчика 16 является инверсным по отношению к его первому выходу. В момент времени ТО, соответствующий окончанию первого синхроимпульса входной импульсной последовательности, и лежащий внутри

5 временного интервала, сформированного первым формирователем импульсов 14, на тактовом входе счетчика 16 появляется передний фронт импульса, поступающего с выхода элемента И-НЕ 15 (на фиг. 3 U15),

0 поэтому в этот момент времени на первом выходе счетчика 16 будет по-прежнему логический нуль, а на втором выходе - логическая единица, которые приложены соответственно к первым входам первого 17

5 и второго 18 элементов И.

В момент времени Т1, соответствующий появлению первого широтно-модулирован- ного импульса (на фиг. 3 U23), состояние счетчика 16 не изменяется. Однако в этот же

0 момент времени Т1 на первом выходе первого формирователя импульсов 14 появляется логический нуль(на фиг. 3 U 141), а на втором выходе - логическая единица (на фиг 3 U142), которая приложена к вторым

5 входам первого 17 и второго 18 элементов И, на третьи входы которых поступает импульсная последовательность с входной шины 23. Таким образом, в момент времени Т1 на первом, втором и третьем входах второго

0 18 элемента И присутствуют логические единицы, поэтому второй 18 элемент И открыт и на его выходе появляется широтно- модулированный импульс, соответствующий второму сигналу (на фиг. 3 U 18). В это

5 же самое время Т1 первый 17 элемент И закрыт логическим нулем, подаваемым на его первый вход с первого выхода счетчика 16, и на выходе первого 17 элемента И импульсы отсутствуют.

0 В момент времени Т 2 происходит окончание широтно-модулированного импульса, соответствующего второму сигналу (на фиг. 3 U 23), поэтому в этот момент времени на третий вход второго 18 элемента И поступа5 ет логический нуль, который запирает второй 18 элемент И. Таким образом, за интервал времени от Т1 до Т2 на выходе второго 18 элемента И формируется импульс, длительность которого равна длительности широтно-модулированного

импульса, соответствующего второму сигналу (на фиг. 3D 18). На выходе первого 17 элемента И в это время импульсы отсутствуют (на фиг, 3 U 17). С выхода второго 18 элемента И широтно-модулированный импульс, соответствующий второму сигналу, поступает на второй вход элемента ИЛИ 19, на первый вход которого подается напряжение с выхода первого 17 элемента И, поэтому на выходе элемента ИЛИ 19 также появляется широтно-модулированный импульс, соответствующий второму сигналу (на фиг. 3D 19), который поступает на вход второго формирователя импульсов 20. Второй формирователь импульсов 20 формирует короткий импульс, время появления которого совпадает с временем окончания импульса, поступившего на его вход. Поэтому в момент времени Т2 на выходе второго формирователя импульсов 20 будет сформирован короткий импульс, совпадающий по времени появления с задним фронтом ши- ротно-модулированного импульса, соответствующего второму сигналу (на фиг. 3 U 20). С выхода второго формирователя импульсов 20 короткий импульс поступает на вход сброс счетчика 16 и устанавливает его в нулевое состояние. Таким образом, к моменту прихода на тактовый вход очередного импульса счетчик 16 находится в исходном состоянии.

В момент времени ТЗ и Т4 на тактовый вход счетчика 16 последовательно поступают два импульса (на фиг. 3 U 15), поэтому в момент времени Т4 на первом выходе счетчика 16 устанавливается логическая единица (на фиг. 3 U 161), а на его втором выходе - логический нуль (на фиг, 3 U 162). В момент времени Т5 на первом выходе первого формирователя импульсов 14 заканчивается формирование импульса, поэтому в момент времени Т5 на первом выходе первого формирователя импульсов 14 появляется логический нуль (на фиг, 3 U 141), а на втором выходе этого формирователя - логическая единица (на фиг, 3 U 142). Таким образом, в момент времени Т5 на первом, втором и третьем входах первого 17 элемента И присутствуют логические единицы, поэтому первый 17 элемент И открывается, и на его выходе появляется широтно-модулированный импульс, соответствующий первому сигналу (на фиг. 3 U 17). В это время второй 18 элемент И закрыт логическим нулем, подаваемым на его первый вход со второго выхода счетчика 16 (на фиг. 3 U 162), поэтому на выходе второго 18 элемента И импульсы отсутствуют (на фиг. 3 U 18). В момент времени Т6 происходит окончание широтно- модул ированногоимпульса.

соответствующего первому сигналу (на фиг. 3 U 23), поэтому в этот момент времени на третий вход первого 17 элемента И поступает логический нуль, который запирает первый 17 элемент И. Таким образом, за интервал времени от Т5 до Т6 на выходе первого 17 элемента И формируется импульс, длительность которого равна длительность широтно-модулированного

0 импульса, соответствующего первому сигналу (на фиг, 3 U 17). С выхода первого 17 элемента И этот импульс поступает на первый вход элемента ИЛИ 19 и с его выхода (на фиг, 3 U 19) на вход второго формирова5 теля импульсов 20, на выходе которого в момент времени Т6, совпадающий с задним фронтом широтно-модулированного импульса, соответствующего первому сигналу, формируется короткий импульс (на фиг.

0 3 U 20), устанавливающий счетчик импульсов 16 в исходное состояние.

С приходом следующего синхроимпульса процесс, описанный выше-вновь повторяется. Таким образом, на выходе первого

5 17 и второго 18 элементов И образуются две последовательности широтно-модулиро- ванных импульсов, соответствующих первому и второму сигналам (на фиг, 3 U 17, U 18). С выхода первого 17 и второго 18 эле0 ментов И широтно-модулированные импульсы, соответствующие первому и второму сигналам, поступают на вход соответственно первого 21 и второго 22 демодуляторов, которые преобразуют широтно5 модулированные импульсы в аналоговый сигнал. На выходе первого демодулятора 21 образуется аналоговое напряжение (на фиг. 3 U 21), совпадающее по форме и пропорциональное по амплитуде напряжению, посту0 пающему на первую 10 входную шину (на фиг. 2 U 10), а на выходе второго демодулятора 22 - аналоговое напряжение (на фиг.З U 22), соответствующее по форме и амплитуде напряжению, поступающему на вторую

5 11 входную шину (на фиг. 2 U 11), которые затем подаются соответственно на первую 24 и вторую 25 выходные шины.

Применение данного устройства объединения и разделения двух аналоговых сиг0 налов позволит уменьшить ошибки при передаче и приеме информации, снизить массу и габариты аппаратуры, повысить ее надежность и экономичность.

Формула изобретения

5 Устройство объединения и разделения двух аналоговых сигналов, на стороне объединения содержащее первый и второй преобразователи напряжение-временной интервал, генератор тактовых импульсов и сумматор, а на стороне разделения содержащее первый и второй демодуляторы, отличаю щеесятем, что, с целью уменьшения искажения сигнала путем ослабления взаимного влияния сигналов и упрощения устройства, на стороне объединения введены первый и второй блоки преобразования уровня и последовательно соединенные блок синхронизации и генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первым входам первого и второго преобразователей напряжение - временной интервал, к вторым входам которых подключены выходы соответствующих первого и второго блоков преобразования уровня, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу блока синхронизации, второй и третий выходы которого подключены к первому и второму входам сумматора, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы первого и второго преобразователей напряжение-временной интервал, а на стороне разделения введены последовательно соединенные первый формирователь импульсов, элемент И-НЕ и счетчик, выходы которого через первый и второй элементы И подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого подключен к входу сброс счетчика, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к второму выходу первого формирователя импульсов, вход которого объединен с вторым входом элемента И-НЕ и с третьими входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены к входам соответствующих первого и второго демодуляторов.

U4 US

1- .. .. -

Ьпппппппппппппппгппппппппппппппппппп

1- , - ..Г t

Фиг 2

U23

uut um

Ш5 WSi ШБ2 U17 U/2

им

1/20 U21 U2J

т т г

т

25

LJUПП

т-/

re

оп

та

го

TJ Т

П

П