185634. lajstromszámú szabadalom • Előfizetői vonali hangfeldolgozó áramkör
1 185 634 2 verier Having 15-Segment g-255. Companding” című közleményükben, amely az IEEE Trans, on Communications, Vol. COM-24, No. 1,1976 januári számában található, a fenti kódok úgy lettek kiválasztva, hogy a ju-karakterisztikát alkotó szegmensek végpontjai 4/3-szorosának feleljenek meg, vagyis bármelyik két ponthoz tartozó kódok átlaga éppen az illető szegmens végpontját adja meg. A léptető regiszter vezérlése csak 17 szintet enged létezni a rendszerben, pl. 8 pozitív szintet, 8 negatív szintet és az egy zérusszintet. A visszacsatoló hurok hatására az A/D átalakító az integrátor kimenetét a zérus felé kényszeríti, úgyhogy a q(t) jel integrálja igyekszik azonos lenni az x(t) bemenőjel integráljának értékével. Egyenfeszültségű bemenőjelek esetén, ha az R ellenállással és C kondenzátorral megfelelő csillapítást állítottunk be, a rendszer az 5a. ábrán illusztrált hullámalakot fogja gerjeszteni. Ez tulajdonképpen egy, a bemenőjelre szuperponált háromszintes oszcilláció. Az említett szerzők leírnak egy 256 kHz-es rendszert, amelyben 32 minta célszerűen páronként egyidejűleg átlagolódik. Mindegyik pár átlagolása úgy megy végbe, hogy a két minta közül a kisebbiket vesszük és elhagyjuk a 4/3-as arányossági tényezőt. Például, ha az egyik minta az n végpont értékének 4/3-a, a legközelebb eső kisebb minta pedig 2/3-része a végértéknek, akkor az átlag éppen az n végpont maga, amelynek kódja azonos a kisebb mintáéval. Ez az átlagolási mód a minták számát 16-ra csökkenti, és egy párhuzamos 12-bites összeadóban végrehajtva 12-bites eredményt ad. Az összeadóval elérhető felbontás az átlagolt minták N számának és az egyes minták felbontásának a függvénye, vagyis az eredmény felbontása nem más mint a log2N érték szorozva egyetlen minta felbontásával. Kawahara és társai és még mások is leírtak olyan 512 kHz-es rendszert, amely az átlagolást már csak kHz-es válogatásban hajtja végre. Mindezekben a rendszerekben azonban több probléma merül fel, amelyek okait a jelen találmány alapján javasolt megoldások ismertetése során most fogjuk elemezni, 1. Frekvenciafüggő erősítés. Ezzel a problémával kapcsolatban tételezzük fel, hogy a mintavételi frekvencia és az átalakítóban megkülönböztetett szintek száma megfelel az alapvető rendszer-előírásoknak, A bemeneti frekvencia növekedésével a rendszer egyre több hibával képes csak követni a jelet, amint azt a 6a. és 6b. ábrák szemléltetik. A 6a. ábrával kapcsolatban megjegyezzük, hogy a rendszer a 250 Hz-es jelet elég jól követi. Azonban, amikor a frekvenciát 4 kHz.-re növeljük, a követés tökéletlenné válik, amint a 6b. ábra illusztrálja. Ahhoz, hogy egy jelnek a + végértéktől a - végértékig tartó változása követhető legyen, legalább (2M-1)T idő szükséges, tehát a maximális frekvencia, amit a rendszer még teljes amplitúdóval feldolgozhat FS(2/2M-U) értékű, ahol M a kvantálási szintek száma és T = 1/FS a mintavételi periódus. 8-szintes rendszer esetén ez a frekvencia Fs/30- ra adódik. Mind amellett ehhez a frekvenciához közeledve egyre hibásabb hullámalakot kapunk, és ráadásul még kisfrekvenciákon is számottevő a jeltorzítás. A frekvenciafüggő erősítés az A/D átalakító kimenőjelének mérésével állapítható meg. A 7. ábrán egy 256 kHz-es mintavételi frekvenciájú és nyolcszintes rendszerre vonatkozó erősítés-frekvencia görbét mutatunk be. A mintavételi frekvenciát 512 kHz-re növelve kis jelfrekvenciáknál ugyan javul a karakterisztika, de nagyobb frekvenciáknál még mindig frekvenciafüggő az erősítés. Ez a körülmény jelentős problémákat okozhat a rendszerben, ha nem korrigáljuk. 2. Az egyenáramú jelek a mintavételi frekvenciától függően korlátozódnak. A korlátozott DC felbontóképesség oka az egyes kvantálási lépcsőkhöz tartozó mintavételek számbeli eltéréseire vezethető vissza. A fentebb leírt rendszerben minden szint felezőszintet jelent két másik szint között. Az 5a. ábrán látható háromszintes oszcillációt helyettesíthetjük az 5b. ábra szednti kétszintes oszcillációval, amely Fs/2 frekvenciájú. A kétféle szint egymáshoz képest 2:1 arányban tér el a nullvonaltól. A felbontás finomságát az átlagolt minták száma határozza meg. A Candy és társai (lásd fentebb) által követett megközelítésben 16 mintát átl; goinak, úgyhogy a jel felbontása közelítőleg 1/32, vagyis hasonló a g-törvényű vagy A-törvényű kvantálás: al nyert felbontáshoz. Nagyobb mintavételi frekvenciával, pl. 532 kHz-cel kétszer annyi mintát lehetne áthgolni, és kétszer finomabb felbontás, vagyis 1/64 vál ia lehetővé. Az ilyen rendszerekkel elérhető felbontás' l:(Fs/F0Ut) arányúnak fogadhatjuk el, ahol Fout a k menőjel mintavételi frekvenciája. 3. A dinamika tartomány is korlátozott a mintavételi frekvencia függvényében. A korlátozott dinamika tartomáty szintén problémát jelent, akárcsak a korlátozott felbontás. A dinamika tartomány nem más mint a legkisi bb felbontott szintnek a legnagyobbhoz való viszonya. A legkisebb még felbontott szint közel van a zérushoz és XoíFout/FJ értékű, ahol X0 a 00000001 kódnak megfelelő kimenőszint. A legnagyobb szint pedig 2MX0, ahol M a (pozitív vagy negatív) szintek száma a 4 D/A átalakítóban. A dinamika tartomány mérőszáma tehát 2MFs/Fout, és vagy az M, vagy az Fs növelése útján fokozató. Azonban ha M-et anélkül növeljük, hogy Fs-t változtatnánk, a követési problémák az eddigihez képest má:, kisebb frekvenciánál fognak jelentkezni. 4. Korlátozott nagyfrekvenciás jelkövetés. Amikor olyan nagyfrekvenciás jeleket adunk az átalakítóba, amelyeket az már nem tud követni, a kimenőjel összezsugorodik, és fázisa a bemenethez képest 180°-kai eltolódik. Az ilyen követésből-kiesett állapotban bizonyos körülmények között sávonbelüli (kisfrekvenciás) zavarjelek is keletkezhetnek, amelyek nem egészen 30 iiB-lel vannak csak a bemenőjel szintje alatt. 5. Sávonkívüli jelek által gerjesztett sávonbelüli komponensek. A fentebb leírt áramkörben az A/D átalakító után alkalmazott átlagoló digitális szűrő nem optimális típusú, mert nem nyomja el kielégítően az összes sávonkívüli jelet, és így azok átfedési torzítást oko ihatnak az áteresztősávban. Sávonkívüli jelek nemcsak mint bemenőjel-kompcnensek juthatnak be a rendszerbe, hanem a nagy mintavételi frekvencián (256 kllzen vagy 512 kHz-en) végzett A/D átalakítás miatt is felléphetnek. Ha a 4 és 8 kHz közötti jel komponensek nincsenek kellően csillapítva, akkor a mintavételezés jelekkel (feltéve, hogy az áteresztősáv 0-tól 3,4 kHz-ig tart). A 12 kHz körüli komponensek átfedése útján szintén bejuthatnak az áteresztősávba, miközben mindössze 13 dB-lel csillapodnak. Tehát úgy tűnik, hogy ezt az A/D átalakítót egy precíziós előszűrővel kell ellátni, mer* csak így lesz alkalmasa beszédsávi jelfeldolgozásra. Az A/D átalakító által gerjesztett és a bemenőjelhez képes* -20.. . —50 dB-es szintű sávonkívüli jelek egy rész . .'0 dB-nél kisebb csillapítással transzponálódik az 5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
