185434. lajstromszámú szabadalom • Interpoláló analóg-digitál átalakító
1 185 43< / / / / 32 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 g 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 6(a) és 6(b) ábrák szemléltetik. A 6(a) 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 6(b) ábra illusztrálja. Alihoz, hogy egy jelnek a + végértéktől a — végértékig tartó vál- -j 5 tozása követhető legyen, legalább (2M—1)T idő szükséges, tehát a maximális frekvencia amit a rendszer még teljes amplitúdóval feldolgozhat FS/2(2M-1) értékű, álról M a kvantálási szintek száma és T = 1 /Fs a mintavételi periódus. 8-szintes rendszer esetén ez a frekvencia 20 F3/30-ra adódik. Mindamellett ehhez a frekvenciához közeledve egyre hibásabb hullámokat kapunk, és ráadásul még kisfrekvenciákon is számottevő a jel torzítás. A frekvenciafüggő erősítés az A/D átalakító kimenőjelének mérésével állapítható meg. A 7. ábrán egy 256 25 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 30 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 35 mintavételek számbeli eltéréseire vezethető vissza. A fentebb leírt rendszerben minden szint felezőszintet jelent két másik szint között. Az 5(a) ábrán látható háromszintes oszcillációt helyettesíthetjük az 5(b) ábra szerinti kétszintes oszcillációval, amely Fs/2 frekvenciájú. A két- 40 féle 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 átlagolnak, úgyhogy a jel felbontása közelítőleg 1/32, vagyis hasonló 45 a ju-törvényű vagy A-törvényű kvantálással nyert felbontáshoz. Nagyobb mintavételi frekvenciával, pl. 512 kHz-cel kétszer annyi mintát lehetne átlagolni, és kétszer finomabb felbontás, vagy 1/64 válna lehetővé. Az ilyen rendszerekkel elérhető felbontást 1 :(Fs/Fout) 50 arányúnak fogadhatjuk el, ahol Fout a kimenőjel mintavételi frekvenciája. 3. A Dinamika tartomány is korlátozott a mintavételi frekvencia függvényében. — A korlátozott dinamika tartomány szintén problémát jelent, akárcsak a 55 korlátozott felbontás. A dinamika tartomány nem más mint a legkisebb felbontott szintnek a legnagyobbhoz való viszonya. A legkisebb még felbontott szint közel van a zérushoz és X0(Fout/Fs) értékű, ahol X0 a 00000001 kódnak megfelelő kímenőszint. A legnagyobb 60 szint pedig 2MXo, ahol M a (pozitív vagy negatív) szintek száma a D/A átalakítóban. A dinamika tartomány mérőszáma tehát 2MFs/F0Ut, és vagy az M vagy az Fs növelése útján fokozható. Azonban ha M-et anélkül növeljük, hogy Fs-t változtatnánk, a követési problémák 65 az eddigihez képest más, 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 sávon belüli (kisfrekvenciás) zavarjelek is keletkezhetnek, amelyek nem egészen 30 dB-lel vannak ctak a bemenőjel szintje alatt. 5. Sávon kívüli jelek által gerjesztett sávon belüli komponensek. — A fentebb leírt áramkörben az A/D ál alakító után alkalmazott átlagoló digitális szűrő nem optimális típusú, mert nem nyomja el kielégítően az öíszes sávon kívüli jelet, és így azok átfedési torzítást ollózhatnak az áteresztősávban. Sávon kívüli jelek nemesik mint bemenőjel-komponensek juthatnak be a rendszerbe, hanem a nagy mintavételi frekvencián (256 kHzen vagy 512 kHz-en) végzett A/D átalakítás miatt is felléphetnek. Ha a 4 és 8 kHz közötti jelkomponensek nincsenek kellően csillapítva, akkor a mintavételezés so.án átfedésbe kerülhetnek az áteresztősávon belüli jelekkel (feltéve, hogy az áteresztősáv 0-tól 3,4 kHz-ig tai l). A 12 kHz körüli komponensek átfedés útján szintér bejuthatnak az áteresztősávba, miközben mindössze 13 dB-lel csillapodnak. Tehát úgy tűnik, hogy ezt az A/D átalakítót egy precíziós előszűrővel kell ellátni, mert csak így lesz alkalmas a beszédsávi jelfeldolgozásra. Az A/D átalakító által gerjesztett és a bemenőjelhez képest -20...—50 dB-es szintű sávon kívüli jelek egy része 30 dB-nél kisebb csillapítással transzponálódik az áteiasztősávba, és megnöveli a sávon belüli zajt, tehát csökkenti a rendszer jel—zaj viszonyát. A jel—zaj viszony növelése érdekében megpróbálkoztak az A/D átalakítót követő digitális jelfeldolgozó eszköz (átlagoló szűrő) módosításával. A fentebb említett Candy és társai leírtak egy átlagoló szűrőt, amely az A/D átalakító kimeneti (mintavételi) frekvenciájának csökkent í se re használható. Kuwahara és társai pedig az „Int’ rpolative PCM CODECS with Multiplexed Digital Filters” című cikkükben, amely az 1980. febr. 14-én kiadót Proceedings 1980 IEEE International Solid State Cira its Conference 174. oldalán jelent meg, ismertettek egy átlagoló szűrőt, a kimenő frekvencia ncgyedelésére, valan int egy végtelen impulzus válaszú (HR) szűrőt a kisebö frekvenciák szűrésére. Mindazonáltal két kulcsfontosságú dolgot figyelmen kívül hagytak ezekben a korábbi megoldásokban. Az első az, hogy a ritkító szűrőnek nemcsak redukálniok kell a mintavételi frekvenciát, hanem az áteresztősávban átfedést okozó komponenseket megfelelően csillapítaniok kell. Ha az áteresztősávon belüli komponensek lineáris torzítást szenvednek, akkor ez esek olyan szűrővel lenne kikompenzálható, amely magán a végső mintavételi frekvencián, vagy althoz közel működik a fenti átlagoló szűrőknél nem ez a helyzet, tehát s sávonkívüli jeleket nem csillapítja kielégítően. A fenti átlagoló szűrők másik hiányossága az volt, hogy az átfedési frekvenciáknál fekvő kétszeres szélességű áteresztési sávokban sem biztosítottak elegendő csillapítást. Ezé t a jelen találmány tárgya elsősorban egy, a mintavételi sebesség fokozására alkalmas tökéletesített interpoláló A/D átalakító létrehozása, amely a digitális hírközlőbe rendezések hangfeldolgozó részében használható. A jelen találmány további tárgya egy tökéletesített 2 5
