NO136662B - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer en anordning for omforming av et analogt innsignal til et PCM-utsignal, innbefattende en AM-koder i hvilken en sammenlikningskrets har en forste og en andre analog inngang, hvorav den forste analoge inngangen er anordnet til å mates med innsignalet,samt en digital utgang anordnet til å avgi et deltasignal med en klokkefrekvens som er betydelig hbyere enn den ovre grensefrekvensen for innsignalet,

og et tilbakekoblingsfilter for deltasignalet koblet mellom den digitale utgangen og den andre analoge inngangen hos sammenlikningskretsen, og en digital £M-PCM-omformer som innbefatter et digitalt filter koblet til den digitale utgangen hos sammenlikningskretsen i ^M-koderen, hvilket filter er anord-

net til å tilveiebringe et middelverdisignal til deltasignalet,

og en med det digitale filteret kaskade-koblet PCM-ordgenerator anordnet til å tilveiebringe nevnte PCM-utsignal med en samplingsfrekvens som er betydelig lavere enn nevnte klokkefrekvens.

En anordning av den ovenfor angitte type er tidligere beskre-

vet av Goodman, D.J.: The application of Delta modulation to analog-tOr-PCM encoding,Bell Syst. Techn. J. 48, No. 2,

February 1969, p.p. 321-343. Prinsipielt er den basert på en ideell enkeltintegrasjon i tilbakekoblingsfilteret i A M-

koderen og tilveiebringelse av et primært og et sekundært middelverdisignal i AM-PCM-omformerens digitale filter tilsvarende integrering og etterfolgende lavpassfiltrering ved analoge filtre. Tilbakekoblingsfilteret har imiderltid den ulempe at det er komplisert å fremstille på grunn av nodvendige for-holdsregler mot stoy og overbelastning, se f.eks. Laane,

R R, Murphy, B.T.: Delta modulation codec for telephone trans-mission and switching applications, Bell Syst. Techn. J.

49, No. 6, July-August 1970, pp. 1013-1031. Hertil kommer den ulempe at AM-koderens spektrum får en slik form at det digitale filterets sekundære middelverdisignal kan holdes ved et lavt, lineært distorsjonsnivå kun hvis det frembringes av et lite antall samples sammenliknet med kvotienten mellom klokkefrekvensen hos A M-koderen og samplingsfrekvensen for PCM-ordgeneratoren. Dette innebærer at lavpassfiltreringen

i det digitale filteret neppe kan tilveiebringe en effektiv utfiltrering av det analoge innsignalets utenombåndstoy som

boyes inn i den sammes frekvensbånd ved samplingen av PCM-signalet, se Goodman, D.J., Greenstein, L.J.: Quantizing noise

of >&M-PCM-encoders, Bell Syst. Techn. J. 52, No.2, February 1973, p.p. 183-204.

Anordningen ifolge oppfinnelsen benytter et tilbakekoblingsfilter som er ukomplisert sammenliknet med tilbakekoblingsfilteret i den kjente anordningen, og som både eliminerer prob-lemene med stoy og overbelastning i AM-koderen og gir dens spektrum en slik form at det blir mulig, med en ubetydelig, lineær distorsjon, å utfore en lavpassfiltrering i det digitale filteret i AM-PCM-omf ormeren av et stort antall samples lik kvotienten mellom klokkefrekvensen hos ^M-koderen og samplingsfrekvensen for PCM-ordgeneratoren, hvorved innsignalets utenombåndstoy effektivt kan utfiltreres. Et resultat av dette er

at anordningen ifolge oppfinnelsen ved en gitt noyaktighet hos PCM-signalet i forhold til innsignalet kan anvende en lavere klokkef rekvens i AM-koderen enn den kjente anordningen.

Anordningen ifolge oppfinnelsen, hvis kjennetegn fremgår av de etterfolgende patentkrav, skal nå beskrives nærmere under hen-visning til vedlagte tegning, hvor

fig. 1 viser et blokkdiagram som anskueliggjor prinsippet for den kjente anordningen,

fig. 2 viser et blokkdiagram over en utforelsesform av anordningen ifolge oppfinnelsen, og

fig. 3 viser et blokkdiagram over en tidsmultipleksanordning i hvilken oppfinnelsen anvendes.

Fig. 1 viser en kjent anordning for omforming av et analogt innsignal med båndbredden W til et PCM-utsignal med samplingsfrekvensen 2W. Anordningen innbefatter en ^M-koder 1 i hvilken en sammenlikningskrets 2 har en forste og en andre analogi inngang, hvorav den forste analoge inngangen mates med det analoge innsignalet, samt en digital utgang som under styring av en klokkegenerator 3 avgir et deltasignal med en samplingsfrekvens

2 3

2RW, hvor R er et tall av stbrrelsesordenen 10 - 10 , og et tilbakekoblingsfilter 4 for deltasignalet, koblet mellom den digitale utgangen og den andre analoge inngangen hos sammenlikningskretsen 2. Sammenlikningskretsen 2 utgjores av en differensialforsterker 5 som er kaskadekoblet med en vippe 6 som er klokket av klokkegeneratoren 3, og tilbakekoblingsfilteret 4 innbefatter en integrator 7 som mates fra et drivtrinn 8 med en strom hvis absolutte amplitudeverdi er en konstant I og hvis retning bestemmes av om deltasignalet har den binære verdien 1 eller 0. I anordningen inngår videre en digital' ^M-PCM-omformer 9 som innbefatter digitalt filter 10 koblet til den digitale utgangen hos sammenlikningskretsen 2 i AM-koderen 1, hvilket filter 10 er anordnet til å tilveiebringe et middelverdisignal til deltasignalet og en. med det digitale filteret 10 kaskadekoblet PCM-ordgenerator 11,

som under styring av en klokkegenerator 12, er anordnet til, med samplingsfrekvensen 2W, å tilveiebringe nevnte PCM-signal fra nevnte middelverdisignal.

Det digitale filteret 10 utgjores av en frem-og-tilbaketeller 13 som ved en binær en'er hos deltasignalet teller forover og ved en binær null teller bakover og derved oppnår en digital versjon av det analoge innsignalet matet til ^M-koderen 1, og et middelverdidannende filter 14 kaskadekoblet med frem-og-tilbaketelleren 13, hvilket filter 14 er anordnet til å utfore en lavpassfiltrering ved hjelp av N samplinger av frem-og-tilbaketellerens 13 utsignal, hvor N er et tall av størrelsesorden 10. For en mer detaljert beskrivelse av den her beskrevne, kjente anordningen og især av det digitale filteret 10, skal det vises til Goodman, D.J.: The application of Delta modulation to analog-to-PCM encoding, Bell Syst.Techn. J. 48, No. 2, February 1969, pp. 321-343.

Fig. 2 viser en utforelsesform av anordningen ifolge oppfinnelsen for omforming av et analogt innsignal med båndbredden W til et PCM-utsignal med samplingsfrekvensen 2W. Anordningen ifolge oppfinnelsen innbefatter en AM-koder 15 i hvilken en sammenlikningskrets 16 har en forste og en andre analog inngang, hvorav den forste analoge inngangen mates med det analoge innsignalet, samt en digital utgang som under styring av en klokkegenerator 17 avgir et deltasignal med en samplingsfrekvens 2RW hvor R ifolge eksemplet er lik 128, og et tilbakekoblingsfilter 18 for deltasignalet, koblet mellom den digitale utgangen og den andre analoge inngangen hos sammenlikningskretsen 16. Sammenlikningskretsen 16 utgjores, slik som ved den kjente anordningen ifolge fig. 1, av en differensialforsterker 19

som er kaskadekoblet med en vippe 20 klokket av klokkegeneratoren 17, mens derimot tilbakekoblingsfilteret 18 innbefatter et lavpassfilter 21 som mates fra et drivtrinn 22 med en driv-spenning hvis absolutte amplitudeverdi er en konstant E og hvis polaritet bestemmes av om deltasignalet har den binære verdien 1 eller 0.

Lavpassfilteret 21 består av et RC-nett av andre grad bestående av to kaskadekoblede L-ledd dannet av en motstand R^ og en kondensator CL respektive en motstand R^ og en kondensator C^, hvor kondensatoren er seriekoblet med en i forhold til mot-standen R^ liten motstand R^ for stabilisering av tilbakekoblingen i AM-koderen 15, og som har to poler lokalisert i nærheten av den ovre grensefrekvensen for innsignalet. Ifolge eksemplet er denne 3400 Hz, og polene er lokalisert til 2567 Hz respektive 5174 Hz, hvor hensiktsmessige komponentverdier er R^ = 564 ohm, R2 = 3858 ohm, R^ = 142 ohm, C. = 100 nanofarad og C2 = 10 nanofarad. Stabiliseringen av tilbakekoblingen i A M-koderen 15 tilveiebringes ved at et nullsted oppnås

ved 112 kHz.

I anordningen ifolge oppfinnelsen inngår det videre en digital ^M-PCM-omformer 23 som innbefatter et digital filter 24 koblet til den digitale utgangen hos sammenlikningskretsen 16 i £ M-koderen 15, hvilket filter 24 er oppdelt i en forste filterblokk 25 anordnet til å tilveiebringe et middelverdisignal til deltasignalet og en andre filterblokk 26 anordnet til noye å filtrere middelverdisignalet fra kvantiserings- og utenombåndstoy og dessuten å utgjore en likespenningssperre, og en med det digitale filteret 24 kaskadekoblet PCM-ordgenerator 27

som under styring av en klokkegenerator 28 er anordnet til å tilveiebringe, med samplingsfrekvensen 2W, PCM-utsignalet fra

det filtrerte middelverdisignalet. Filterblokken 25 er i sin tur oppdelt i en forste filterkrets 29 anordnet til å tilveiebringe et primært middelverdisignal av et antall samples av deltasignalet lik tallet R, som er kvotienten mellom klokkef rekvensen hos ^M-koderen 15 og sampl ingsf rekvensen hos PCM-ordgeneratoren 27 og ifolge eksemplet er lik 128, og en andre filterkrets 30 anordnet til å tilveiebringe et sekundært middelverdisignal av M samples av det primære middelverdisignalet, hvor M ifolge eksemplet er lik 16.

Filterkretsen 29 inneholder skiftregister 31 matet med deltasignalet fra den digitale utgangen hos sammenlikningskretsen 16, hvilket skiftregister 31 er anordnet til å avgi på en utgang et utsignal som utgjores av det samme deltasignalet forsinket R perioder av klokkef rekvensen hos ^M-koderen 15, for hvilket formål skiftregisteret 31 består av 128 trinn ifolge eksemplet. Det forsinkede deltasignalets binære verdi subtrahe-res fra det til skiftregisteret 31 innmatede deltasignalets binære verdi ved hjelp av et 1-bits aritmetisk organ 32,og forskjellsresultåtet tilfores et 8-bits aritmetisk organ 33

som adderer det til en binær sum akkumulert i et 8-bits register 34 og derpå innskriver i registeret 34 en ny, akkumulert binær sum, hvilken dessuten mates videre til filterkretsen 30.

I filterkretsen 30 adderer et 12-bits aritmetisk organ 35 kontinuerlig den akkumulerte, binære summen som er oppnådd fra filterkretsen 29, til en andre binær sum akkumulert i et register 36, og innskriver deretter en ny akkumulert sum i registeret 36 via en OG-port 37. Den akkumulerte summen,

som oppnås fra det aritmetiske organet 35 etter M summeringer, hvor M ifolge eksemplet er lik 16, mates videre fra filterblokken 25 til filterblokken 26 via en samplingskontakt 38

styrt av en klokkegenerator 39 med klokkefrekvensen 2RW/M,

hvor registeret 36 samtidig nullstilles ved at innskrivingen fra det aritmétiske organet 35 inhiberes ved hjelp av en inhiberingskontakt 40 koblet til en styreinngang hos OG-por-

ten 37 og styrt av klokkegeneratoren 39 synkront med samplingskontakt en 38.

Den akkumulerte, binære summen som er utmatet fra filterkretsen 29, utgjor nevnte primære middelverdisignal, mens den akkumulerte, binære summen som er utmatet fra filterkretsen 30, utgjor nevnte sekundære middelverdisignal. Begge er en digital versjon av det analoge innsignalet til AM-koderen 15 og i utgjor middelverdisignalet til deltasignalet fra sammenlikningskretsen 16.

Formålet med filterblokken 26 er å noyaktig filtrere den fra filterblokken 25 oppnådde, digitale versjonen av AM-^oderens 15 analoge innsignal fra kvantiserings- og utenombåndstoy,

og dessuten å utgjore en likespenningssperre for PCM-ordgeneratoren 27. Et eksempel vil bli gitt nedenfor på en hen-siktsmessig utforelsesf orm av filterblokken 26.

I fig. 3 vises et blokkdiagram over en tidsmultipleksanordning

i hvilken oppfinnelsen anvendes. Individuelle AM-kodere 41 tilsvarende ^M-koderen 15 i fig. 2 er anordnet for ifolge eksempel 32 innkommende telefonkanaler, og er koblet via sine respektive serie-parallellomformere 42 til et tidsmultipleks-benyttet, digitalt filter 43 som er oppdelt i 4 filterblokker 44, 45, 46 og 47, og som i sin tur via en digital kompressor 48 for omforming fra en lineær kode oppnådd fra det digitale filteret 32 til en komprimert kode tilpasset for PCM-overforing, er koblet til en PCM-ordgenerator 49 som under styring av en klokkegenerator 50 er anordnet for med samplingsfrekvensen 8 kHz å tilveiebringe' et 8-bits PCM-ord pr. Innkommende telefonkanal. Ifolge eksemplet består serie-parallell-omformerne 42 av at 4-trinns skiftregister hvis respektive trinn er parallelt koblet med det digitale filteret 43 via 4 portkretser styrt av en ikke vist styre-enhet i tidsmulti-pleksanordningen, hvorved en klokkefrekvens på 1024 kHz for AM-koderne 41 resulterer i en overforingsf rekvens på . 8192 kHz mellom dem og det digitale filteret 43.

Filterblokken 44 i det digitale filteret 43 tilsvarer filterblokken 25 i fig. 2, mens filterblokkene 45, 46 og 47 sammen tilsvarer filterblokken 26, som ifolge eksemplet er oppdelt på denne måte for å redusere det nodvendige antall aritmetiske operasjoner. Filterblokkene 44, 45, 46 og 47 arbeider ifolge eksemplet med samplingsfrekvensene 1024 kHz, 64 kHz, 16 kHz og 8 kHz og overforingsfunksjonen H = H, • • H^ • H^, hvor ^ = ((1 - z_128)/(l - z_1))((l - z_i6)/(l - z-1)),

H2 = (1+z_1)<2>(l + z~2)3(l+z~4),

H = A z~8 + z~<8>^ A (z+:i + z~ j) og

j=l J

H4 = (1 - z_1)/(l - K z_1).

Claims (5)

1. Anordning for omforming av et analogt innsignal til et PCM-utsignal, innbefattende en AM-koder i hvilken en sammenlikningskrets har en forste og en andre analog inngang, hvorav den forste analoge inngangen er anordnet til å mates med innsignalet, samt en digital utgang anordnet til å avgi et deltasignal med en klokkefrekvens som er betydelig hoyere enn den ovre grensefrekvensen for innsignalet, og et tilbakekoblingsfilter for deltasignalet tilkoblet mellom den digitale utgangen og den andre analoge inngangen hos sammenlikningskretsen, og en digital AM-PCM-omformer som innbefatter et digitalt filter koblet til den digitale utgangen hos sammenlikningskretsen i AM-koderen, hvilket filter er anordnet til å tilveiebringe et middelverdisignal til deltasignalet og en med det digitale filteret kaskadekoblet PCM-ordgenerator anordnet til å tilveiebringe nevnte PCM-utsignal med en samplingsfrekvens som er betydelig lavere enn nevnte klokkefrekvens, karakterisert ved at tilbakekoblingsfilteret (18) er utformet som et lavpassfilter (21) innbefattende et RC-nett av andre grad hvis poler er lokalisert i nærheten av den ovre grensefrekvensen for innsignalet, og at det digitale filteret (24) er anordnet til å tilveiebringe nevnte middelverdisignal av et antall samplinger av deltasignalet minst lik kvotienten (R) mellom nevnte klokkefrekvens (2RW) og nevnte samplingsfrekvens (2W) .

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det digitale filteret innbefatter en filterblokk (25) anordnet til å arbeide med en innlesningsfrekvens lik nevnte klokkefrekvens (2RW) og en utlesningsfrekvens lik denne dividert med en valgt heltallspotens av to (M) og oppdelt i en forste filterkrets (29) anordnet til å tilveiebringe et primært middelverdisignal til deltasignalet av et antall samplinger av dette minst lik nevnte heltallspotens av to og en med forste filterkrets kaskadekoblet andre filterkrets (30) anordnet til å tilveiebringe et sekundært middelverdisignal til deltasignalet av et antall samplinger (M) av det primære middelverdisignalet lik nevnte heltallspotens av to.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at den forste filterkretsen innbefatter et skiftregister" (31) som har et antall trinn lik nevnte kvotient (R) og som har en inngang anordnet til å mates med deltasignalet og en utgang anordnet til å avgi deltasignalet forsinket med et antall perioder for nevnte klokkefrekvens lik nevnte kvotient, et aritmetisk organ (32) koblet til inngangen og utgangen hos skiftregisteret, hvilket organ (32) er anordnet til å subtrahere det forsinkede deltasignalets binære verdi fra det aktuelle deltasignalets binære verdi, og et akkumulerende organ (33,

34) koblet til det aritmetiske organet og anordnet for.å akkumulere det aritmetiske organets forskjellsresultat ved nevnte subtraksjon.

4. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at det digitale filteret' innbefatter en andre filterblokk (26) kaskadekoblet med den forste filterblokken og anordnet til noyaktig å filtrere det sekundære middelverdisignalet fra kvaritiserings- og utenombåndstoy og dessuten å utgjore en likespenningssperre for PCM-ordgeneratoren (27).

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den andre filterblokken er oppdelt i et antall kaskadekoblede delfilterblokker (45, 46 og 47) anordnet til å arbeide med trinnvis reduserte samplingsfrekvenser som forholder seg til samplingsfrekvensen for PCM-utsignalet som heltallspoten-ser av 2.