Рис. 18. Структурная схема декодера кодека с линейным квантованием
Существует довольно большое количество схем кодеров и декодеров. В ЦТС наибольшее распространение получили кодеки взвешивающего (компенсационного) типа, обладающие относительно высоким быстродействием и удовлетворительной точностью. Вначале рассмотрим действие 8-и разрядного кодека для биполярных сигналов с линейным квантованием и цифровым сигналом в натуральном симметричном коде. Как уже отмечалось, кодек представляет собой комбинацию кодера и декодера. Функциональная схема декодера показана на рис. 18. Его основным узлом является источник эталонных токов ИЭТ, который состоит из набора резисторов с сопротивлениями 2R, R, R/2,...,R/64. Каждый резистор может быть включен в последовательную цепь: источник эталонного напряжения +Uэт или – Uэт резистор и нагрузка декодера. Сопротивление нагрузки пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением любого резистора, так что ток указанной цепи обратно пропорционален сопротивлению данного резистора, а полярность тока определяется полярностью подключенного источника
эталонного напряжения U3T. Следовательно, ток в нагрузке равен сумме токов, протекающих через те резисторы, которые в данный момент подключены в цепь узлом управляющей логики УЛ. Заметим, что подключенными оказываются только те резисторы, которым соответствует «единичное» состояние разряда. При этом, если ток, определяемый 8-м разрядом, считать за δ0, то ток, определяемый 2-м разрядом, будет равен 2 δ0 и так далее и, наконец, 7-м разрядом - 64 δ0.
В свою очередь, УЛ управляется сигналами, поступающими от преобразователя последовательного симметричного натурального кода в параллельный ПК.
В схеме ИЭТ имеется также некоммутируемый резистор 2R, который, добавляя к току нагрузки величину δ0/2, снижает абсолютное значение ошибки кодирования вдвое. Действительно, при кодировании/декодировании мгновенного значения меньше одного шага на выходе декодера получался бы нуль и, следовательно, ошибка лежала бы в пределах от 0 до - δ0. При прибавлении же к полученной величине значения δ0/2, ошибка оказывается в пределах от + δ0/2 до - δ0/2. Таким образом, если на вход декодера поступает комбинация 11011001, то на его выходе получаем импульс с амплитудой +64 δ0 + 16 δ0+ 8 δ0 + 1 δ0+ 0,58 δ0 = +89,5 δ0, а при поступлении комбинации 00111110 - -32 δ0-16 δ0-8 δ0-4 δ0-2 δ0-0,5 δ0 = - 62,5 δ0. Рассмотрим теперь принцип действия кодера взвешивающего типа, функциональная схема которого приведена на рис. 19.
Рис. 19. Структурная схема кодера с линейным квантованием
Кодирование методом взвешивания заключается в сравнении кодируемого мгновенного значения со значениями, создаваемыми ИЭТ. Сравнение начинается с определения полярности мгновенного значения сигнала, затем продолжается, начиная с наибольшего
эталонного значения, причем, если эталонное значение меньше мгновенного, оно сохраняется, а если больше, то отключается. Сравнение осуществляет компаратор; на его выходе появляется «1», если напряжение на входе (+) больше, чем на входе (-), и «0» -если наоборот. Набор ИЭТ в 8-и разрядном кодере содержит эталоны δ0, 2 δ0, 4 δ0,..., 64 δ0.
Разберем процесс кодирования на конкретном примере. Пусть величина кодируемого отсчета равна +53,4 δ0. В первом такте все эталоны отключены и на вход 0 компаратора поступает 0, следовательно, на его выходе (и выходе кодера) сформируется «1». Одновременно УР подключит к ИЭТ положительный источник эталонного напряжения + Uэт
Во втором такте отсчет будет сравниваться с наибольшим эталоном 64 δ0. В соответствии с логикой компаратора на его выходе сформируется «0», а эталон 64 δ0 отключится.
В третьем такте отсчет будет сравниваться со следующим эталоном 32 δ0, На выходе компаратора сформируется «1» и данный эталон останется подключенным.
На четвертом такте сравнение отсчета происходит с суммой эталонов 32 δ0 и следующего 16 δ0. На выходе компаратора - «1», а эталон 16 δ0 сохраняется.
На пятом такте отсчет сравнивается уже с суммой трех эталонов 32 δ0+16 δ0+8 δ0 = 56 δ0. Поскольку 56 δ0>53,4 δ0, на выходе формируется «0», а эталон 8 δ0 отключается.
Аналогично на шестом такте формируется «1», на седьмом «0» и на восьмом «1». Таким образом, будет получена комбинация 10110101. Возвращаясь к работе декодера, замечаем, что без учета поправки δ0/2 по данной комбинации будет восстановлен отсчет, равный +(32+16+4+1) δ0=53 δ0, а с учетом поправки - +53,5 δ0.
Из вышеизложенного следует, что, во-первых, важнейшая операция аналого-цифрового преобразования сигнала - квантование технически сочетается с операцией кодирования, и, во-вторых, для нормальной работы кодера на его вход должно подаваться неизменное значение сигнала в течение цикла его обработки. Последнее достигается при подаче на вход кодера сигналов АИМ-2.
