187522. lajstromszámú szabadalom • Delta-szigma modulátor kapcsolt kondenzátorokkal
1 1*7 522 2 A találmány tárgya delta-szigma modulátor, amely előnyösen alkalmazható analóg jeleknek digitálisjelekké történő átalakítására és amely megfelelően kapcsolt kondenzátorokat tartalmaz. A modern átviteltechnikai rendszereknél gyakran van szükség arra, és az átvitel gyakran azon alapul, hogy az analóg bemeneti jeleket az átvitelhez digitális jelekké alakítják át, amelyeket egy korlátozott szélességű csatornán visznek át. Mind az analóg jelnek a digitális jellé történő átalakítása, mind pedig a digitális jelnek analóg jellé történő átalakítása során sokféle hibalehetőség lép fel, mivel a bemeneti értékek folyamatosságát az átviteli csatornában diszkrét jelek sorozatával kell megvalósítani. Ez a hiba általánosan ismert, és általában kvantálási zajnak szokták nevezni, amely ezeknek a rendszereknek az egyik legfőbb hiányossága is. H. A. Spang III. és P. M. Schultheiss a „Kvantálási zaj csökkentése visszavezetéssel” című cikkében kvantálási zajokat analizálta és a cikkben javaslatot tett arra, hogy egy kvantáló visszacsatolást alkalmazzanak, amelynek segítségével a kvantálási hiba által okozott pontatlanságot csökkenteni lehet. Ez a cikk az IRE Transactions on Communication Systems című folyóiratban jelent meg 1962. decemberében (CS-10. kötet, 373-380. oldalak). Ebben a cikkben általánosságban tárgyalják a sok diszkrét szinttel átvitt jelek kvantálási karakterisztikáját és az átvitel jellegét. Az analízis egyszerűsítése céljából a szerkeszetők megvizsgálták a deltaszigma modulátor mintavevő és kvantáló időinek problémáját, mint különálló problémát. Ez azonban általánosan elterjedt analóg áramkörökkel nem valósitható meg. Az általánosan elterjedt analóg delta-szigma modulátorokról ír a H. Inosa, Y. Yasuda és J. Murakami az IRE Transactions Space Electronics Telemetry című folyóiratban 1962. szeptemberében (SET-8 kötet, 204-209. oldalak) és cikküknek címe „Telemetrikus rendszer kódmodulációval - delta-szigma moduláció - delta-szigma moduláció”. Ebben a cikkben alapvetően analóg delta-szigma modulátorokról van szó és javaslatot tesznek benne a korábban ismert delta-modulátorok továbbfejlesztésére. Ez utóbbi cikk szerzői azt hangsúlyozzák, hogy a korábbi, úgynevezett delta-modulációs rendszerekben az impulzusokat az átviteli csatornán úgy vitték át, hogy a bemeneti jel amplitúdójának deriváltját képezték. A vevőoldalon ezeket az impulzusokat ismételten integrálták az eredeti formájukba. Az átviteli hibaforrások, mint a zaj, stb. halmozódó hibákat eredményeztek mind az átviteli jelben, mind pedig az integráláskor a vevőoldalon. Az úgynevezett delta-szigma modulációs rendszer a bemeneti jelet azelőtt integrálja, mielőtt az a modulátorba bemegy, azaz a kimeneti, átvitt impulzusok olyan információt hordoznak, amely egyértelműen a bemeneti jel amplitúdójának fele! meg. Alapjában véve az analóg jelekkel megvalósítót) delta-szigma modulátor működése és viselkedése a; áramkörökben alkalmazott kondenzátorok és ellenállások abszolút értékeinek pontosságától függ, és ezért igen nagymértékben érzékenyek az olyan ha tásokra, amelyek ezeket a paramétereket vagy ezeknek az alkatrészeknek az értékeit megváltoztatják. Ilyen például az öregedés és a hőmérsékletváltozás többek között. Az alkalmazott műveleti erősítők, amelyeket analóg jelekhez alkalmazunk, igen jó minőségűek kell hogy legyenek, erősítésük, átviteli frekvenciasávjuk olyan kell legyen, hogy az integrátor átviteli függvényét a bemeneti áramkörben messzemenően kielégítse. Az analóg áramkörökkel megvalósított kialakítás esetén a digitálanalóg átalakítók kimenetén is megfelelően pontos jelátalakításra van szükség és olyannak, amely érzéketlen a mintavételezés iránt, azaz ha egy „1” különálló impulzust kap, akkor az lényegében azonos „l-l”-ek szériáinak impulzusaival. Az általánosságban megvalósított analóg-delta-szigma modulátorok áramköri problémái általában ebből a követelményből fakadnak. A találmányunkkal az volt a célunk, hogy a korábbiakban alkalmazott delta-szigma modulátorok hiányosságait kiküszöböljük és pontosabb jelátvitelt valósítsunk meg. Delta-szigma modulátor, amely digitális delta-szigma modulátor, részletes leírása a 4 270 027 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban olvasható, amelynek címe „Telefon alállomás vonalegységek szigmadelta digitális-analóg átalakítóval”. Ahogy arra már korábban utaltunk, az ismert analóg delta-szigma modulátorok fő hiányossága az, hogy a bennük alkalmazott alkatrészekkel szemben igen komoly követelményeket kellett támasztani a megfelelő jelátalakítás érdekében, és az alkatrészek abszolútértékeinek igen kis tűrésen belül kellett pontosnak lenniük. A találmánnyal az a célunk, hogy egy olyan delta-szigma modulátort hozzunk létre, amelynél az alkalmazott kondenzátorok és ellenállások abszolút értékével szemben nem támasztunk olyan nagy igényt, mint az ismert berendezéseknél, sokkal inkább azok arányával szemben. Az arányok értéke azonban, mivel relatív érték, a hőmérséklet és az öregedés hatására nem változik meg. A találmány szerinti berendezésben alkalmazott kapcsolások, műveleti erősítők csak arra kell alkalmasak legyenek, hogy töltsenek, illetőleg kisüssenek kondenzátorokat egy meghatározott névleges időn belül, a gyakorlatilag a mintavételi intervallum fél időtartama alatt. Ennek az előnye abban mutatkozik meg, hogy a hőmérsékletváltozás és az öregedés hatására az elemekben végbemenő drift-tel szemben érzéketlen lesz az áramkör. A találmány tárgya delta-szigma modulátor analóg jelek digitális kódolására, amely kapcsolt kondenzátorokat, önmaismert órajelgenergtor, erősítőket, 1-bites A/D átalakítót, vezérelt kapcsolókat tartalmaz. A találmány egy előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy bemenetét egy első mintavevő áramkör bemenete képezi, amely az órajelgenerátor kimeneteiről ellenütemben vezérelt sorosan kapcsolt kapcsolókat és a kapcsolók közös pontja és a föld közé kötött első kondenzátort tartalmaz és egy első integrátoron keresztül van a második mintavevő áramkör bemenetére kapcsolva, amely sorbsan kapcsolt, az órajelgenerátorról ellenütemben vezérelt harmadik és negyedik kapcsolót és a kapcsolók 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
