Устройство для передачи и приема двух сигналов по одному проводу Советский патент 1992 года по МПК H04J3/00 

§ ю

пряжения, инверторы 13, 15, источник 11 отрицательного опорного напряжения, второй резистор 16, линию 17 связи, усилитель- ограничитель 19, одновибратор 21, фильтры 20 и 22. Под воздействием первого входного сигнала с помощью усилителя 4, конденсатора 5 и резистора 2 формируется сигнал, форма которого соответствует интегралу первого входного сигнала. Как только сформированный сигнал достигает значения положительного опорного напряжения, триггер 12 подключает к усилителю 4 источник 9, благодаря чему выходное напряжение усилителя резко падает. Таким образом

формируется пилообразное напряжение, крутизна переднего фронта которого пропорциональна амплитуде первого входного сигнала. На выходе второго компаратора формируется сигнал, равный единице, когда амплитуда второго входного сигнала меньше амплитуды пилообразного напряжения, и равный нулю в противном случае. На приеме сигнал на выходе ФНЧ 22 пропорциог нален скважности импульсов, задаваемой вторым входным сигналом, а на выходе ФНЧ 20 сигнал пропорционален частоте следования импульсов, задаваемой первым входным сигналом, 2 ил.

Изобретение относится к технике проводной связи. Цель - повышение пропускной способности. Устройство содержит триггер 12, первый резистор 2, ключ 3. усилитель 4, конденсатор 5, компараторы 6-8. источник 9 положительного опорного на

Изобретение относится к технике связи и предназначено для одновременной передачи и приема по одному, например, телефонному каналу связи на удаленный диагностический центр двух отведений электрокардиограмм.

Известно устройство для уплотнения речи и данных, представленных в цифровом виде, при использовании аналогового канала связи. Информация передается с помощью схемы мультиплексорной передачи с частотным разделением, которая выделяет подполосу передачи речи, выше или ниже которой расположены подполосы передачи данных в цифровом виде.

Известное устройство отличается сложностью в реализации, поскольку должно включать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на передающем конце и цифроа- налоговый преобразователь (ЦАП) на приемном. Кроме того, если два передаваемых сигнала имеют одинаковый спектр частот, то необходимо использовать дополнительную аппаратуру для переноса полосы сигнала в цифровом виде выше или ниже полосы сигнала в аналоговом виде. Указанные особенности удорожают и усложняют приемопередающую аппаратуру. В этом заключается недостаток известного устройства.

Известно устройство одновременной передачи речевых сигналов и дополнительных данных, в котором для передачи дополнительных данных используется импуль- сно-кодовая модуляция, с помощью которой данные накладываются на речевой сигнал и передаются по одному каналу связи.

Известное устройство отличается теми же недостатками, что и предыдущее.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее последовательно соединенные вычитатель и ограничитель, сумматор и последовательно соединенные регистр сдвига и клапан, выход которого соединен с входами аычитателя и сумматора. В нем введены коммутатор, дополнительный клапан и формирователь корректирующих посылок, при

этом вход коммутатора подключен к выходу ограничителя, а выход - к второму входу сумматора, который через дополнительный клапан подключен к входу регистра сдвига, выход регистра сдвига подключен к второму

входу коммутатора и к входу формирователя корректирующих посылок, другой вход которого подключен к выходу вычитателя, а выходы формирователя корректирующих посылок соединены с соответствующими

входами коммутатора.

В этом устройстве повышение качества восстанавливаемого сигнала достигается за счет использования максимальных и минимальных значений речевого сигнала для дополнительного согласования приемного и передающего устройств по уровням между двумя соседними комбинациями опорного сигнала.

Недостатком этого устройства является

недостаточная пропускная способность.

Цель изобретения - повышение пропускной способности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для передачи двух независимых сигналов по одному проводу, содержащее ключ, первый и второй компараторы, введены последовательно соединенные усилитель, третий компаратор, первый инвертор, линия связи, усилитель-ограничитель, одновибратор и первый фильтр, а

также второй фильтр, вход которого соединен с входом одновибратора, первый и второй источники опорного напряжения, второй инвертор, триггер, первый и второй резисторы, соединенные соответственно с первым и вторым входами ключа, а также конденсатор, выводы которого подключены соответственно к выходу ключа, соединенному с инверсным входом усилителя, и к выходу усилителя, прямой вход которого заземлен, выход усилителя соединен с первым входом первого и второго компараторов, выход первого компаратора соединен с обнуляющим входом триггера, а выход второго компаратора через второй инвертор соединен с установочным входом триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа, причем первый источник опорного напряжения соединен с вторым входом первого компаратора и вторым выводом второго резистора, а второй источник опорного напряжения - с вторым входом второго компаратора.

Увеличение пропускной- способности устройства достигается за счет того, что оба аналоговых сигнала передаются по сигнальному проводу в виде импульсов, частота следования которых пропорциональна величине первого сигнала, а скважность импульсов - величине второго

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, включающего передающий и приемный комплекты, связанные одним сигнальным проводом; на фиг 2 -- временные диаграммы устройства

В передающем комплекте вход 1 первого сигнала - Uex 1 отрицательной полярности через резистор 2 и электронный переключающий ключ 3 подключен к инвертирующему входу усилителя 4, неинвертирующий вход которого заземлен. Между выходом усилителя 4 и его инвертирующим входом включен интегрирующий конденсатор 5. Выход усилителя 4 подключен к первым входам компараторов 6 7 и 8 К вторым входам этих компараторов подключены соответственно выход источника 9 опорного напряжения +Uo положительной полярности, вход 10 второго передаваемого сигнала Uex.2 и выход источника 11 опорного напряжения -Do отрицательной полярности. Выходы компараторов 6-8 соответственно подключены к R-входу триггера 12, через первый инвертор 13 - к выходу 14 передающего комплекта и через второй инвертор 15 - к S-входу триггера 12, выход которого подключен к управляющему входу ключа 3, к второму входу которого через резистор 16 подключен выход источника 9 опорного напряжения +Uo положительной полярности.

Выход 14 передающего комплекта через линию 17 связи подключен к входу 18 приемного комплекта,

5 Вход 18 через усилитель-ограничитель 19 подключен к входам второго фильтра 22 нижних частот и одновибратора 21, выход которого подключен к входу первого фильтра 20 нижних частот. Выходы фильтров 20 и

0 22 нижних частот являются соответственно выходами первого и второго передаваемых сигналов.

Устройство работает следующим образом.

5 Если триггер 12 находится в состоянии Лог.О, то к выходу ключа 3 подключен его верхний по схеме вход, а если триггер 12 находится в состоянии Лог.1 - то нижний (как показано на фиг. 1).

Следовательно, когда триггер 21 находится в состоянии Лог.1, напряжение на выходе интегратора, состоящего в это время из усилителя 4, конденсатора 5 и резистора 2. растет со скоростью, пропорциональной

модулю первого входного сигнала (эпюры 1 и 2 на фиг. 2). Когда напряжение на выходе интегратора достигнет уровня +U0, на выходе первого компаратора 6 появится сигнал Лог.1, которым триггер 12 по R-входу бу0 дет установлен в состояние Лог.О). При этом ключ 3 переключится, и теперь интегратор будет образован усилителем 4, конденсатором 5 и резистором 16 с небольшим сопротивлением, а к входу интегратора бу5 дет подключен мощный источник 9 опорного напряжения +Uo положительной полярности, под воздействием которого напряжение на выходе интегратора начнет быстро уменьшаться. Таким образом, сигнал

0 на выходе интегратора будет представлять собой пилообразное напряжение, имеющее крутизну переднего фронта, пропорциональную амплитуде первого входного сигнала, и большую крутизну обратного хода.

5 Последнее достигается за счет малого значения постоянной интегрирования вновь образованного интегратора и большой величины разрядного Тока от мощного источника 9

0 При достижении напряжением на выходе интегратора уровня -Uo сигнал на выходе второго компаратора 7, который до этого был единичным, становится нулевым, а на выходе второго инвертора 15, наоборот, по5 является единичный сигнал, который устанавливает триггер 12 в единичное состояние.

Начинается новый цикл роста напряжения на выходе интегратора под воздействи0 ем первого входного сигнала UBX.L Таким образом, на выходе усилителя 4 интегратоpa появляется пилообразное напряжение с коротким временем обратного входа (уменьшения напряжения). Учитывая, что продолжительность обратного хода пилообразного напряжения составляет 10-50 мкс, в то время как длительность переднего фронта при самой большой его крутизне измеряется в миллисекундах, можно пренебречь временем обратного хода и сказать, что крутизна переднего фронта пилообразных импульсов пропорциональна модулю первого входного сигнала UBX 1.

Суммарный сигнал, частота которого зависит от первого входного сигнала(-ивх.1}, а скважность-от второго сигнала (Uax 2), фор- мируется на выходе третьего компаратора 8. Процедура формирования этого сигнала показана на фиг. 2 (эпюры а, б, в). На выходе третьего компаратора 8 единичный сигнал появляется при превышении напряжением на выходе интегратора напряжения Uex 2- После его инвертирования первым инвертором 13 в шину 14 поступает сигнал, показанный на эпюре 3. Скважность этого сигнала пропорциональна изменчивости сигнала UBx2, а частота - изменчивости модуля сигнала -Uax1.

На приемной стороне импульсы вначале нормируют по амплитуде с помощью уси- лителя-ограничителя 19, за счет чего снижается влияние амплитудных помех, которые могли воздействовать на сигнал при его прохождении по проводу 17. Затем сигнал поступает на одновибратор 21, который формирует импульсы, нормированные по продолжительности и привязанные к пере- днему фронту передаваемого сигнала (фиг.2г). Информационным параметром здесь является частота импульсов. Выделение полезного сигнала ивых1, соответствую- щего сигналу UBxi, происходит с помощью первого фильтра 20 низких частот, представляющего в общем случае интегратор.

Полезный сигнал 1)вых2. соответствующий сигналу 2, формируется на выходе вто- рого фильтра 22 низких частот, на вход которого поступают нормированные по амплитуде импульсы переменной скважности (эпюра 3), а с выхода снимается амплитудный сигнал.

Предложенное устройство передает низкочастотные сигналы (например, карди- осигналы). верхняя частота которых составляет величину 30-100 Гц. Частоты, на которых ведется передача, занимают поло- су от 1000 до 3000 Гц, т.е. в полосе пропускания телефонного канала.

Учитывая, что входные сигналы меняются очень медленно по сравнению с модулируемым сигналом, можно считать, что во

время передачи одного периода модулируемого сигнала входные напряжения UBxi и Uex2 неизменны.

Определим период пилообразного напряжения на выходе интегратора 4. Учитывая, что напряжение на выходе интегратора линейно растет Uui kUexit, при t - TI можно записать

т,1-У°

1 k U и

(1)

Длительность импульса т определим из условия

kUnri U2i Таким образом,

п

Г| ҐЩ(2)

Выходное напряжение фильтра нижних частот(ФНЧ) при подаче на его вход импульсной последовательности в случае,когда его (фильтра) постоянная времени больше максимального периода импульсной последовательности, есть среднее значение UBX за период.

Тогда на выходе ФНЧ 20 напряжение будет

Uц вых Ur, YI(3)

где Un - напряжение на выходе усилителя- ограничителя 1&,

На выходе ФНЧ 22 напряжение будет равно

U2I вых Un (4)

Подставив Т| из (1) в (3), получим UiBMxi Unr° ,k, Ul -AUii (5)

UQ

Подставив (1) в (4), т из (2)- в (4), получим

По , - 11 U2I k Цц ., U2I 1СЛ U2Bbtxi-Unk.Ulj.Uo- Un-rj (6)

где В

Un Щ

Из (5, 6) следует, что выходные сигналы ФНЧ 20 и 22 прямо пропорциональны входным сигналам Uiaxi и U2exi. т.е. между Uiobixi и UIBXI, а также между и2вых и U2Bxi существует однозначное линейное соответствие. При этом на величину UiBxi не влияет Uaexi, а на величину U2ebixi не влияет Iteexi. Это объясняется тем, что 1)2вых1 зависит только от скважности передаваемого сигнала и не зависит от его частоты, a UIBBIX зависит от частоты передаваемого сигнала и не зависит от его скважности, так как запуск одно- вибратора 21, вырабатывающего импульсы длительностью та, производится в момент обратного хода интегратора 4 (в момент переднего фронта импульса т) и не зависит от величины Unx2 (от положения заднего фронта импульса TI).

Возможность выделения информации из модулированной импульсной последовательности с помощью ФНЧ объясняется тем. что в спектре модулированной последовательности наряду с гармониками частоты повторения содержатся также непосредст- венно модулирующие частоты. Таким образом, задача выделения (восстановления) модулирующего сигнала может быть осуществлена с помощью линейной избирательной системы (фильтра).

Технико-экономическим преимуществом предложенного устройства по сравнению с прототипом является увеличение пропускной способности за счет возможности одновременной передачи по одному сигнальному проводу двух аналоговых сигналов и надежного приема их на приемной стороне при повышении помехозащищенности.

Одновременная передача двух, отведений позволяет повысить надежность диагностирования за счет одновременного наблюдения изменчивости двух сигнальных параметров, что является большим преиму-

ществом предлагаемого устройства при его использовании в медицине.

Простота реализации позволяет использовать его в местах массового использования, например при дистанционном обслуживании (с использованием телефонного канала связи для передачи кардиограмм) санаторных больных одним врачом-кардиологом, находящимся на удаленном диагностическом центре. Формула изобретения Устройство для передачи и приема двух сигналов по одному проводу, содержащее ключ, первый и второй компараторы, отличающееся тем, что, с целью повышения пропускной способности, введены последовательно соединенные усилитель, третий компаратор, первый инвертор, линию связи, усилитель-ограничитель, одновибратор и первый фильтр, а также второй фильтр, вход которого соединен с входом одновиб- ратора, первый и второй источники опорного напряжения, второй инвертор, триггер, первый и второй резисторы, соединенные соответственно с первым и вторым входами ключа, а также конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом ключа и инверсным входом усилители, прямой вход которого заземлен, а выход соединен с вторым выводом конденсатора и первым входом первого и второго компараторов, выход первого компаратора соединен с обнуляющим входом триггера, а выход второго компаратора через второй инвертор соединен с установочным входом ключа, причем выход первого источника -опорного напряжения соединен с вторым входом первого компаратора и вторым выводом второго резистора, а выход второго источника опорного напряжения соединен с вторым входом второго компаратора.

+ Uo

a

-У8x1

в

фиг 2