185434. lajstromszámú szabadalom • Interpoláló analóg-digitál átalakító
1 löO À találmány tárgya interpoláló analóg-digitál átalakító digitális hír ködő berendezések, különösen előfizetői vonali hangfeldolgozó áramkörök számára. Ez. az átalakító abba a típusba tartozik, amely integrátort, komparátort, billenőkört, léptető regisztert és digitál-analóg átalakítót foglal magában. Az említett komparátor első bemeneté az integrátor kimenetére, második bemenete egy referencia potenciálra, kimenete pedig a billenőkor bemenetére, a léptető regiszter egyik adatkimenete a digitálanalóg átalakító adatbemenetére, míg az utóbbi analóg kimenete az integrátor első bemenetére csatlakozik. Az eddig ismert azon hírközlőberendezések, amelyek a hangjeleket digitális alakban viszik át, általában tartalmaznak egy előfizetői vonali interfész áramkört, amely a kéthuzalosról-négyhuzalosra való átalakítást, és a vonalnak transzformátoros csatolás útján való meghajtását végzi el. Egy további áramkör látja el az ellenőrző vizsgálatot és a csengetési funkciót. Ezenkívül vannak még a berendezésben analóg adó- és vevőszűrők valamint egy CODEC (= kódoló-dekódoló egység), amely az analóg jeleket digitális PCM jelekké alakítja át, illetve a PCM jeleket analóg jelekké alakítja vissza. Az integrált áramköröket gyártó cégek mostanában sorm megkísérlik ezeket az egyedi áramköröket olyan integrált áramkörökkel helyettesíteni, amelyek a különböző funkciókat ugyanúgy osztják meg egymás között ahogy az eddigi áramkörök tették, vagyis az egycsatornás monolitikus CODEC a CODEC funkcióját helyettesíti, az egycsatornás szűrők a csatornaszűrők funkcióját látják el, és egy monolitikus interfész áramkör a transzformátort és a hozzátartozó hardware-t helyettesíti. Miután az említett régebbi berendezések alapja egy olyan rendszer architektúra volt, ami sok évvel ezelőtt fejlődött ki és az akkor kapható alkatrészek előnyeit aknázta ki, az LSI technológiával készült alkatrészekkel való egyszerű helyettesítés nem képes az ilyen technológia előnyeit teljesen kihasználni. Az eddigi rendszerek által végzett funkciókat három fő csoportba lehet sorolni: (1) nagy feszültségű analóg illesztés az előfizetői vonalhoz, (2) a hangjel feldolgozása, beleértve a kéthuzalosról négyhuzalosra történő átalakítást, a szűrést és a kódolást is, végül (3) illesztés a digitális rendszerhez és azon beiül a PCM jelutakhoz, valamint a processzorból vagy kontrollerből eredő vezérlő vonalakhoz. Egy új rendszer kidolgozásakor célszerű a funkciók felosztását az alkalmazott technológiákhoz igazodva végezni. Az előfizetői vonalhoz csatlakozó analóg illesztő egység egyaránt tartalmaz nagyáramú és nagyfeszültségű eszközöket, tehát a megvalósítására bipoláris nagyfeszültségű technológia a legalkalmasabb. A nagyfeszültségű bipoláris technológiák viszont nem teszik lehetővé a sűrű beültetést, tehát az említett eszközöket a lehető legegyszerűbbre kell tervezni. Ezzel szemben a jelfeldolgozó és a digitális interfész funkciók csak kisfeszültségű eszközöket igényelnek, tehát kisfeszültségű és nagy beültetési sűrűségű LSI technológiával valósíthatók meg, méghozzá a legjutár.yosabban az n-csatornás MOS változattal. A jelenlegi állapotot tekintve a jelfeldolgozás alatt az analóg kéthuzalos/négyhuzolos átalakítást és az utána következő analóg szűrést, analóg mintavevő és tartó műveletet és az analóg-digitál, ill. digitál-analóg átalakításokat értjük. A kompandálási műveletek végrehajtása szintén analóg módon történik az analóg-digitál és a digitálanalóg átalakítókban. Mivel az n-csatornás MOS eszközök főleg digitális műveletekre alkalmasak, nyilvánvalóan praktikusabb volna az új rendszeri a digitális jelfeldolgozásra alapítani, vagyis a szűrési funkciók túlnyomó részét, a kiegyenlítést, szintbeállítást, kompandág lást, stb. digitálisan végezni. Az ilyen rendszerek tervezői azonban mindeddig vonakodtak a digitális szűrők használatától, mert az ilyen eszközök igen bonyolult szerkezetűek, nagymennyiségű hardware-t igényelnek és jelentős mértékű teljesítményt dísszipálnak. Egy digitális szűrőstruktúra létrehozásához szükség van többek között analóg-digitál és digitál-analóg átalakítókra, amelyeket a továbbiak során röviden A/D, ill. D/A átalakítóknak fogunk nevezni. Azonban az előfizetői vonali hangfeldolgozó funkciót végző analóg szűrőkhöz I - is kell A/D és D/A átalakítókat mellékelni, ezért az ilyen átalakítók beépítése nem igényel külön ráfordítást. A rendszer különböző pontjain már ugyanis el vannak helyezve. A digitális szűrők mindazonáltal jelentős értékű kezdeti üzemköltséget okoznak. Az ilyen szűrők 2,) megvalósításához szükség van egy aritmetikai processzor egységre, egy fixmemóriára (ROM) és egy közvetlen hozzáférésű memóriára (RAM) is. Ezért egy egészen egyszerű szűrőhöz is csaknem ugyanannyi hardware kell mint egy bonyolulthoz. Miután az előfizetői vonal funk- 2r, cióinak ellátásához inkább bonyolult szűrők kellenek, a digitális szűrők jutányosabbak ezen a helyen, mint az analóg szűrők. A szűrők árának alakulását a bonyolultság és a kívánt teljesítőképesség függvényében vizsgálva (a szilíciumot véve alapul) megállapíthatjuk, hogy az analóg típusú szűrők ára egyenes arányban nő a bonyolultsággal. A digitális szűrők esetén azonban, mégha kezdetben sokba is kerülnek, a járulékos bonyolultság ára lényegesen csökken. Ennek egyik oka az, hogy a digitális szűrők multiig plexelhetők, analóg szűrők esetén viszont az időosztásos hardware használhatatlan. A digitális szűrők építéséhez nem kellenek precíziós alkatrészek, míg az analóg szűrők esetén a specifikációk betartásához nagy mennyiségű olyan precíziós alkatrész szükséges, amelyekhez ezen- 4q kívül még beállíthatóknak és igen csekély drifttel bíró kivitelűeknek is kell lenniük. À digitális szűrőket egyébként még pontosabbá tehetjük csupán azáltal, hogy több bitre képezzük ki a programozó bemenetűket. A digitális szűrők ilyen módon való alkalmazása ese- 45 tén problémát jelentene a nagymennyiségű aritmetikai művelet által okozott teljesítmény disszipáció. A tipikus digitális szűrőkhöz nagysebességű szorzók szükségesek, amelyek sok teljesítményt disszipálnak. A hírközlőrendszerektől lehetőleg minél kisebb teljesítmény- 50 fogyasztást kívánnak, márpedig ezt analóg szűrőkkel feltétlenül könnyebben el lehet érni, mint a digitűlisokkal. Következésképp a mostanáig megvalósított rendszerekben inkább a hagyományos analóg szűrőket alkalmazták és nem a digitálisakat. 55 Mielőtt továbbhaladnánk, röviden tekintsük át a digitális szűrők fontosabb típusait. A digitális szűrők komplex aritmetikai processzorok, amelyekre általános esetben a következő alapvető szűrő:gyenietet írhatjuk fel: 6° :«u + ai/'1 + a2z^ + ... anz " Y; =---------------------------------------------TM—Xj, (1) 1 4- biz"' + b2z~2 + ... bmz‘ rhol Xj a bemeneti mintákat, Yj pedig a kimeneti mintá- 65 l at képviseli. 2 2
