Цифровой детектор частотно-манипулированных сигналов Советский патент 1981 года по МПК H04L27/14 

Изобретение относится к связи и может использоваться для детектирова ния сигналов частотной телеграфии (ЧТ), у которых разност лериодов частот нажатия и отжатия сравнима С периодом-опорной частоты, Изве.стен цифровой детектор частот но-манипулированных сигналов, содержащий Л-уровневый усилитель-ограничитель, вход которого является входо устройства, реверсивный счетчик, пер вый вход которого соединен с источни ком тактовых импульсов, а выходы реверсивного счетчика соединены с установочными входами первого триггера, выход которого является выходо устройства, и блок установки в нрль, выход которого соединен со вторым входом реверсивного счетчика D 3 Однако этот детектор обладает невысокой помехоустойчивостью и имеет низкую крутизну детектирования. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и крутизны детектирования . Цель достигается тем, что в цифровой детектор частотно-манинулированных сигналов, содержащий т-уровневый усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, реверсивньцЧ счетчик, первый вход которого соединен с источником тактовых импульсов, а выходы реверсивного счетчика соединены с установочными входами первого триггера, выход которого является выходом устройства, и блок установки в ноль, выход которого соединен со вторым входом реверсивного счетчика, введены второй триггер, генератор тока заряда, конденсатор, генератор тока разряда, нульорган и т формирователей парнь1х импульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных делителя частоты и формирователя, причем в каждом из m формирователей 3 парных импульсов первый -вход делителя частоты соединен с выходом блока установки в ноль и тактовым входом первого триггера, второй вход делителя частоты соединен с источником тактовых импульсов, а третий вход делителя частоты соединен со вторым входом формирователя и с соответствующим выходом т-уровневого усилителя-ограничителя, причем выходы формирователей парных импульсов соединены с соответствующими входами генератора тока заряда, выход которого соединен с первым выводом конденсатора, генератором тока заряда и входом нуль-органа, выход нульоргана соединен с третьим входом реверсивного счетчика и первым уходо блока установки в ноль, второй вход которого соединен с четвертым входом реверсивного счетчика и выходом втор го триггера, а счетный вход второго триггера соединен с выходом (п-уровневого усилителя-ограничителя, имеющим минимальный уровень ограничения при этом второй вывод конденсатора соединен с общей шиной. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема описываемого циф рового детектора; на фиг. 2, .3 и -4 эторы напряжений, поясняющие его работу. Цифровой детектор частотно-мани- пулированных сигналов содержит т-уро невый усилитель-ограничитель 1, т формирователей 2 парных импульсов, каждый из которых состоит из делителя 3 частоты и формирователя А, генератор 5 тока заряда, нуль-орган 6, генератор 7 тока разряда, конден сатор 8, первый триггер 9, блок 10 установки в ноль, реверсивный сче1- чик 11, второй триггер 12, источник 13 тактовых импульсов и общую шину Устройство работает следующим об разом. На вход детектора приходит синус идальный ЧТ сигнал, которыйт-уровневым усилителем-ограничителем 1 пр образутся в m последовательностей импульсов, имекщих различную (завис щую от уровня ограничителя) длитель ность, и частоту следования, равную частоте входного ЧТ сигнала (фиг. 2, а,, б, в). Число уровней m ь их расположение выбирается опытным путем (теоретических обосновани нет). Рассмотрим случай, когдат 3 и уровней ограничения 0; 0,5 А, гд 4 А - амплитуда входного сигнала. Число уровней ограничения и их расположение влияют на помехоустойчивость детектора и выбираются исходя из характера шумов в канале связи. Сигнал с выходат-уровневого усилителя-ограничителя 1, соответствующий уровню ограничения (-0,5 А) (фиг.2,а) поступает на вход второго триггера 12, на выходе которого полу1чается импульсная последовательность с частотой вдвое меньшей, чем входная и с длительностью импульсов (положительных и отрицательных) равной периоду входного сигнала (фиг. 2, г). Значение входной частоты определяется один раз за период колебания на выходе второго триггера 12. В исходном состоянии делител 3 частоты закрыт и его выход находится s единичном состоянии. При появлении на выходах т-уровневого усилителяограничителя- 1 перепадов напряже- , кия той же:.полярности, от которой срабатывает второй триггер 2 |(фиг. 2, а, г), делитель 3 частоты открывается, а формирователь 4 устанавливается в единичное состояние (фиг. 2, а, г, д, и). Делитель 3 ча- . стоты делит опорную частоту до значения , где сР средняя частота входного ЧТ сигнала; К - числовой коэффициент, максимальная величина которого зависит от разности периодов входного ЧТ сигнала. Первый импульс н выходе делителя 3 частоты после его открывания,появляется через время f (фиг. 2, д. е, ж), определяемое формулой & Т(.р , где максимальный период входного ЧТ сигнала, период средней, частоты входного ЧТ сигнала. Величина К влияет только на количество микросхем, затрачиваемых на делитель 3 частоты (чем больше К, тем меньше количество микросхем). С точки зре- , ния минимального количества микросхем величина К должна быть максимальной. На величину К наложено только одно ограничение A mch(rтlax («адх-1)ТгтЦп)(г) где Тд - период колебания на выходе делителя 3 частоты. Величины и в формулах (i) и (2) взяты с условием изменения . , 5 периодов входного ЧТ сигнала под воз действием всех фактотов, включая помехи. Диаграммы на фиг. 2 приведены для случая К-1 и целочисленного соот ношения между тактовой и средней частотами. Первый же появившийся на выходе делителя 3 частоты импульс {фиг. 2,.д, е, ж) установит выход формирователя 4 в нулевое состоя, ние (фиг. 2, и, к, л). По первому фронту второго периода сформированного )т-у ровневым усилителем-ограничителем 1 сигнала (фиг..2 б в) формирователь 4 снова установится в единичное состояние и будет сброшен в ноль очередным импульсом с выхода делителя 3 частоты (фиг. 2, а, г, д, и). Таким образом, на выходе формиро- вателя 4 сформирована пара импульсов (фиг. 2, и, к, л), причем первый импульс,.пары соответствует положительной полуволне напряжения на ..выходе второго триггера 12 (фиг. 2, г), а второй импульс пары соответствует отрицательной полуволне. В сформированных таким образом парах импульсов разность между передними фронтами ,(.из О в 1 импульсов равна периоду входного ЧТ сигнала, а разность между задними (из 1 в О) фронтаfмиимпульсов равна периоду средней частоты входного ЧТ сигнала. Если на входе детектора присутствует средняя частота, то оба импульса пары равны между собой (фиг. 2), если на входе максимальная частота, те второй импульс пары длиннее первого (фиг. 4 а если на входе минимальная частота, . то второй импульс пары короче первого (фиг. З). Поступая на вход генератора 5 тока заряда каждый из импульсов вызывает появление на вьрсоде генератора 5 тока заряда ток 3 который в ц раз превышает величину тока разряда , поступающего с генератора 7 тока разряда, и рост напряжения на конденсаторе S (фиг. 2, м). Повьшение напряжения на конденсаторе В шз вает реакцию нуль-органа 6 (фиг. 2, который при единичном напряжении на выходе разрешает тактовым импульс

поступать на счетный вход триггеров реверсивного счетчика 11.

Если повьш1ение частоты тактовых импульсов к средней частоте входного ЧТ сигнала целочисленное, то величина п выбирается из условия отсутстусловию В решение о том, какая из двух частот (нажа.тие 55 или отжажие) присутствует на входе, не принимается, и на выходе устройства остается информация, соответствующая последнему периоду входной час26вия дроблений импульса на выходе нуль-органа 6 к i ,Г. , где.дмаксимальная длительность импульса на выходе нуль-органа 6. Величина ц влияет на крутизну детектирования, т.е. чем больше п , тем более близко лежащие частоты (при данной средней частоте) может различить детектор. Если условия целочисленности отношения тактовой и средней частот нарушено, то на величину м накладьшается третье ограничение A-Tcp/ i- NTon 1(У где ton - период частоты источника 13 тактовых импульсов, Ы - целое число. На практике, как правило, можно выбирать промежуточную частоту, на которой происходит демодуляция, такой. чтобы условие целочисленности отношения тактовой и средней частот соблюдалось. Величина тактовой частоты выбирается акой, чтобы разность максимального и минимального периодов входной частоты была не меньше периода тактовой частоты. Таким образом, в результате суммирования и расширения импульсов на выходе нуль-органа 6 сформировалась пара импульсов (фиг. 2, н), в которой информация об oтклoнeшiи периода входного колебания от величины периода средней частоты входного ЧТ сигнала увеличена в m-n раз. Суммирование пар импульсов (фиг. 2, и, к, л) приводит к увеличению помехоустойчивости и чувствительности а увеличение-разности периодов между входным ЧТ сигналом и;-его средней частотой приводит к дальнейшему повьшгению чувствительности. Определение из частот (нажатие 1 или отжатие) присутствует на входе устройства происходит на реверсивном счетчике 11. Для повышения помехоустойчивости детектора рекомендуется вводить зону нечувствительности, отвечающую условию ,„;, , где f и f - гра , „.„,, - -сч -у ничные частоты зоны нечувствитель- ности. Если входная частота отвечает 7 тоты, находящемуся вне зоны нечувствительности. Решение о входной частоте принимается, если gv или gy li .В предыдущем цикле работы импульсом с выхода блока 10 установки в ноль (фиг. 2, п) в ревер сивный счетчик 1 1 записано число -др . Число у произвольное и выбирается .та ким, чтобы не происходило переполнения счетчика при сложении импульсо и о бнуленияг при вычитании. Одновременно-с записью в реверсив ный счетчик 1 1 числа счетчик устанавливается в режим сложения. При появлении на входе реверсивного счет чика 11 первого импульса пары с выхо да нуль-органа 6 (фиг. 2, н) тактовые импульсы, поступающие на вход ре версивного счетчика 11, суммируются с числом JC . После окончания первого импульса пары с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) прекращается доступ тактовых импульсов на вход реверсивного счетчика 11 и, спустя определенное время (достаточноедля окончания переходных процессов), реверсивный счетчик устанавливается в режим вычитания. Второй импульс пары с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) разрешает поступление тактовых импульсов на счетный вход реверсивного счетчика 11, которые вычитаются из значения, получившегося после суммирования. Реверсивный счетчик 11 содержит две декодирующие схемы. Одна схема подключена к выходам триггеров реверсивного счетчика 11 таким образом, что на выходе цепочки появляется единичный .уровень в случае, если в реверсивном счетчике записано число большее dl (число с1) соот ветствует числу записанному в счетчике после окончания пары импульсов (фиг. 2, н,) если на входе устройству присутствует частота j . Другая схема подключена к выходам триггеров реверсивного счетчика 11 таким образом, что на выходе схемы, появляется единичный уровень в случае, если в реверсивном счетчике записано число, меньшее fb (число 3 соответствует числу, записанному в счетчикепосле окончания пары импульсов (фиг. 2, н) если на входе уйтройства присутствуе частота л . Величина зоны нечувст вительности и ее симметрия влияют на помехоустойчивость устрбйства. В симметричном канале с белым шумом границы зоны нечувствительности сим8метричны. относительно частоты величина зоны выбирается из условия «fb ,(0,3-0,4)( ). Реверсивный счетчик 11 может быть построен по шюбому из известных принципов . Непосредственно на входе счетчика присутствзпот -пачки импульсов, причем длительность пачек определяется длительностью положительного импуль са с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н). Число-jr записывается в реверсивный счетчик 1, по установочным входам триггеров реверсивного счетчика 11, импульсом с выхода блока 10 установки в ноль (фиг. 2, п), этим же импульсом устанавливается режим работы реверсивного счетчика 11 Сложение. По окончании положительного импульса с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) на дополнительном счетчике входящем в состав реверсивного счетчика 11, формируется импульс, задержанный на время, необходимое для завершения переходных процессов в триггерах реверсивного счетчика 11 . Сформированный импульс, при наличии на входе реверсивного счетчика 11 положительной полуволны напряжения с выхода второго триггера 12 (фиг. 2г) запрещает по логическим входам триг- . геров реверсивного счетчика 41 изменение их выходного состояния и ус-, танавливает режим работы реверсивного счетчика 11 Вычитание. ДекодиРующие схемы могут строиться на Осйове логических элементов И и ИЛИ, После окончания второго импульса пары импульсов с выхода нуль-органа 6 (фиг. 2, н) счет окончен, и в реверсивном счетчике 11 оказывается записанным число, соответствующее значению входной частоты за данный период. После окончания второго импульса пары импульсов с выхода нуль-органа 6 (фиг.. 2, н) счет окончен и в реверсивном счетчике 11 оказывается записанным число, соответствующее значению входной частоты за данный период. По заднему фронту второго импульса пары (фиг. 2, н) блок 10 установки в ноль формирует импульс (фиг.2п)/ несколько задержанный относительно фронта для завершения всех переходных процессов в реверсивном счегчи- Jce 11. Выходы его декодирующих цепочек подключены к логическим входам первого триггера 9, таким образом. если по окончании счета в реверсивном счетчике 11 записано число боль ше, чем d (соответствует {gy {jjij, то импульс сброса (фиг. 2, п) запишет на основной выход первого триггера 9 значение 1, а окончании счета в реверсивном счетчике 11 записано число меньшее, чем csL (соответствует{gx fb) то импульс сброса (фиг. 2, п запишет на основной выход первого триггера 9 значени 0. Если по окончании счета в ревер сивном счетчике 11 записано число, меньшее или равное i , но большее ил равное (% (соответствует д(, на/выходах : обоих декодирующих депо чек присутствует нулевой уровень, и в этом случае в первом триггере 9 останется информация, записанная после окончания предыдущего цикла, счета так как два нулевых уровня на логических входах первого триггера 9 запрещают изменение его выходного состояния. Одновременно с записью информации, в первый триггер 9 импульс сброса (фиг. 2, п) заносит в реверсивный счетчик 11 значение . и устанавливает режим сложения, а также запрещает доступ тактовых импульсов на счетные входы делителей 3 частоты и устанавливает их в исход ное состояние (фиг. 2, д, е, ж , заштрихованные участк. Цикл работы детектора на этом окончен и оц готов к следукацсму циклу. Введение новых элементов позволяет повысить помехоустойчивость устройства и увеличить крутизну детектирования. Формула изобретения Цифровой детектор частотно-манипу лированных сигналов, содержащий туровневый усилитель-ограничитель, вход которого является входом устрой ства, реверсивный счетчик, первый вход которого соединен с источником тактовых импульсов, а выходы ревер2МОсивного счетчика соединены с установочными входа о первого триггера выход которого является выходом устройства, блок установки в ноль, выход которого соединен со вторым входом реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью noBoiшения помехоустойчивости и крутизны, детектирования, в неговведены второй триггер, генератор тока заряда, конденсатор, генератор тока разряда, нуль-орган и m формирователей парных иьшульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных делителя частоты и формирователя, причем В каждом из гп формирователей парных иъшульсов первый вход делителя частоты соединен с выходом бло1ча установки в ноль и тактовым входом первого триггера, второй вход делителя часто ты соединен с источником тактовых импульсов, а третий вход делителя частоты соединен со вторым входом формирователя и с соответствуюаи1М выходом m -уровневого уситштеля-ограни штeля, причем выходы формирователей парных импульсов соединены с соoтвeтcтвyющи ш входами генератора тока заряда, выход которого соединен с первым выводомконденсатора, генератором тока разряда и входом нульоргана, выход нуль-органа соединен с третьим входом реверсивного счетчика и первым входом блока установки в ноль, второй вход которого соединен с четвертым входом реверснвного счетчика и выходом второго триггера, а счетный вход второго триггера соединен с выходом m -уровневого усилителя-ограничителя, имеющим минимальный уровень ограничения, при этом второй вывод конденсатора соединен с общей щиной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Шляпоберский В.И. Основы техники передачи дискретных сообщений. Связь, 1973, с. 213-2J5 (прототип) .

9ttt.l

SviJ

л

л.

аи

UTH.V VkvkVVV4v v4 A vVq J

л

л

л

х

6 firtin fcft (71)„ ТГтаж Ctyt)

«MMtaw

ff

ВуУЧЛ.У.Ч. I i Фиг.З

Bsss5a,,j

dssssi LJ

U

fcp (Tax T/nia Тер) Ф(«4