SU1741281A1 - Устройство дл передачи и приема двух сигналов по одному проводу - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике проводной св зи. Цель - повышение пропускной способности. Устройство содержит триггер 12, первый резистор 2, ключ 3. усилитель 4, конденсатор 5, компараторы 6-8. источник 9 положительного опорного на

Description

§ ю

пр жени , инверторы 13, 15, источник 11 отрицательного опорного напр жени , второй резистор 16, линию 17 св зи, усилитель- ограничитель 19, одновибратор 21, фильтры 20 и 22. Под воздействием первого входного сигнала с помощью усилител  4, конденсатора 5 и резистора 2 формируетс  сигнал, форма которого соответствует интегралу первого входного сигнала. Как только сформированный сигнал достигает значени  положительного опорного напр жени , триггер 12 подключает к усилителю 4 источник 9 , благодар  чему выходное напр жение усилител  резко падает. Таким образом

формируетс  пилообразное напр жение, крутизна переднего фронта которого пропорциональна амплитуде первого входного сигнала. На выходе второго компаратора формируетс  сигнал, равный единице, когда амплитуда второго входного сигнала меньше амплитуды пилообразного напр жени , и равный нулю в противном случае. На приеме сигнал на выходе ФНЧ 22 пропорциог нален скважности импульсов, задаваемой вторым входным сигналом, а на выходе ФНЧ 20 сигнал пропорционален частоте следовани  импульсов, задаваемой первым входным сигналом, 2 ил.

Изобретение относитс  к технике св зи и предназначено дл  одновременной передачи и приема по одному, например, телефонному каналу св зи на удаленный диагностический центр двух отведений электрокардиограмм.

Известно устройство дл  уплотнени  речи и данных, представленных в цифровом виде, при использовании аналогового канала св зи. Информаци  передаетс  с помощью схемы мультиплексорной передачи с частотным разделением, котора  выдел ет подполосу передачи речи, выше или ниже которой расположены подполосы передачи данных в цифровом виде.

Известное устройство отличаетс  сложностью в реализации, поскольку должно включать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на передающем конце и цифроа- налоговый преобразователь (ЦАП) на приемном. Кроме того, если два передаваемых сигнала имеют одинаковый спектр частот , то необходимо использовать дополнительную аппаратуру дл  переноса полосы сигнала в цифровом виде выше или ниже полосы сигнала в аналоговом виде. Указанные особенности удорожают и усложн ют приемопередающую аппаратуру. В этом заключаетс  недостаток известного устройства .

Известно устройство одновременной передачи речевых сигналов и дополнительных данных, в котором дл  передачи дополнительных данных используетс  импуль- сно-кодова  модул ци , с помощью которой данные накладываютс  на речевой сигнал и передаютс  по одному каналу св зи.

Известное устройство отличаетс  теми же недостатками, что и предыдущее.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство, содержащее последовательно соединенные вычитатель и ограничитель, сумматор и последовательно соединенные регистр сдвига и клапан, выход которого соединен с входами аычитател  и сумматора. В нем введены коммутатор, дополнительный клапан и формирователь корректирующих посылок, при

этом вход коммутатора подключен к выходу ограничител , а выход - к второму входу сумматора, который через дополнительный клапан подключен к входу регистра сдвига, выход регистра сдвига подключен к второму

входу коммутатора и к входу формировател  корректирующих посылок, другой вход которого подключен к выходу вычитател , а выходы формировател  корректирующих посылок соединены с соответствующими

входами коммутатора.

В этом устройстве повышение качества восстанавливаемого сигнала достигаетс  за счет использовани  максимальных и минимальных значений речевого сигнала дл  дополнительного согласовани  приемного и передающего устройств по уровн м между двум  соседними комбинаци ми опорного сигнала.

Недостатком этого устройства  вл етс 

недостаточна  пропускна  способность.

Цель изобретени  - повышение пропускной способности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  передачи двух независимых сигналов по одному проводу, содержащее ключ, первый и второй компараторы, введены последовательно соединенные усилитель, третий компаратор, первый инвертор , лини  св зи, усилитель-ограничитель , одновибратор и первый фильтр, а

также второй фильтр, вход которого соединен с входом одновибратора, первый и второй источники опорного напр жени , второй инвертор, триггер, первый и второй резисторы, соединенные соответственно с первым и вторым входами ключа, а также конденсатор, выводы которого подключены соответственно к выходу ключа, соединенному с инверсным входом усилител , и к выходу усилител , пр мой вход которого заземлен , выход усилител  соединен с первым входом первого и второго компараторов , выход первого компаратора соединен с обнул ющим входом триггера, а выход второго компаратора через второй инвертор соединен с установочным входом триггера , выход которого соединен с управл ющим входом ключа, причем первый источник опорного напр жени  соединен с вторым входом первого компаратора и вторым выводом второго резистора, а второй источник опорного напр жени  - с вторым входом второго компаратора.

Увеличение пропускной- способности устройства достигаетс  за счет того, что оба аналоговых сигнала передаютс  по сигнальному проводу в виде импульсов, частота следовани  которых пропорциональна величине первого сигнала, а скважность импульсов - величине второго

На фиг. 1 показана функциональна  схема устройства, включающего передающий и приемный комплекты, св занные одним сигнальным проводом; на фиг 2 -- временные диаграммы устройства

В передающем комплекте вход 1 первого сигнала - Uex 1 отрицательной пол рности через резистор 2 и электронный переключающий ключ 3 подключен к инвертирующему входу усилител  4, неинвертирующий вход которого заземлен. Между выходом усилител  4 и его инвертирующим входом включен интегрирующий конденсатор 5. Выход усилител  4 подключен к первым входам компараторов 6 7 и 8 К вторым входам этих компараторов подключены соответственно выход источника 9 опорного напр жени  +Uo положительной пол рности , вход 10 второго передаваемого сигнала Uex.2 и выход источника 11 опорного напр жени  -Do отрицательной пол рности. Выходы компараторов 6-8 соответственно подключены к R-входу триггера 12, через первый инвертор 13 - к выходу 14 передающего комплекта и через второй инвертор 15 - к S-входу триггера 12, выход которого подключен к управл ющему входу ключа 3, к второму входу которого через резистор 16 подключен выход источника 9 опорного напр жени  +Uo положительной пол рности.

Выход 14 передающего комплекта через линию 17 св зи подключен к входу 18 приемного комплекта,

5 Вход 18 через усилитель-ограничитель 19 подключен к входам второго фильтра 22 нижних частот и одновибратора 21, выход которого подключен к входу первого фильтра 20 нижних частот. Выходы фильтров 20 и

0 22 нижних частот  вл ютс  соответственно выходами первого и второго передаваемых сигналов.

Устройство работает следующим образом .

5 Если триггер 12 находитс  в состо нии Лог.О, то к выходу ключа 3 подключен его верхний по схеме вход, а если триггер 12 находитс  в состо нии Лог.1 - то нижний (как показано на фиг. 1).

Следовательно, когда триггер 21 находитс  в состо нии Лог.1, напр жение на выходе интегратора, состо щего в это врем  из усилител  4, конденсатора 5 и резистора 2. растет со скоростью, пропорциональной

модулю первого входного сигнала (эпюры 1 и 2 на фиг. 2). Когда напр жение на выходе интегратора достигнет уровн  +U0, на выходе первого компаратора 6 по витс  сигнал Лог.1, которым триггер 12 по R-входу бу0 дет установлен в состо ние Лог.О). При этом ключ 3 переключитс , и теперь интегратор будет образован усилителем 4, конденсатором 5 и резистором 16 с небольшим сопротивлением, а к входу интегратора бу5 дет подключен мощный источник 9 опорного напр жени  +Uo положительной пол рности, под воздействием которого напр жение на выходе интегратора начнет быстро уменьшатьс . Таким образом, сигнал

0 на выходе интегратора будет представл ть собой пилообразное напр жение, имеющее крутизну переднего фронта, пропорциональную амплитуде первого входного сигнала , и большую крутизну обратного хода.

5 Последнее достигаетс  за счет малого значени  посто нной интегрировани  вновь образованного интегратора и большой величины разр дного Тока от мощного источника 9

0 При достижении напр жением на выходе интегратора уровн  -Uo сигнал на выходе второго компаратора 7, который до этого был единичным, становитс  нулевым, а на выходе второго инвертора 15, наоборот, по5  вл етс  единичный сигнал, который устанавливает триггер 12 в единичное состо ние.

Начинаетс  новый цикл роста напр жени  на выходе интегратора под воздействи0 ем первого входного сигнала UBX.L Таким образом, на выходе усилител  4 интегратоpa по вл етс  пилообразное напр жение с коротким временем обратного входа (уменьшени  напр жени ). Учитыва , что продолжительность обратного хода пилообразного напр жени  составл ет 10-50 мкс, в то врем  как длительность переднего фронта при самой большой его крутизне измер етс  в миллисекундах, можно пренебречь временем обратного хода и сказать , что крутизна переднего фронта пилообразных импульсов пропорциональна модулю первого входного сигнала UBX 1.

Суммарный сигнал, частота которого зависит от первого входного сигнала(-ивх.1}, а скважность-от второго сигнала (Uax 2), фор- мируетс  на выходе третьего компаратора 8. Процедура формировани  этого сигнала показана на фиг. 2 (эпюры а, б, в). На выходе третьего компаратора 8 единичный сигнал по вл етс  при превышении напр жением на выходе интегратора напр жени  Uex 2- После его инвертировани  первым инвертором 13 в шину 14 поступает сигнал, показанный на эпюре 3. Скважность этого сигнала пропорциональна изменчивости сигнала UBx2, а частота - изменчивости модул  сигнала -Uax1.

На приемной стороне импульсы вначале нормируют по амплитуде с помощью уси- лител -ограничител  19, за счет чего снижаетс  вли ние амплитудных помех, которые могли воздействовать на сигнал при его прохождении по проводу 17. Затем сигнал поступает на одновибратор 21, который формирует импульсы, нормированные по продолжительности и прив занные к пере- днему фронту передаваемого сигнала (фиг.2г). Информационным параметром здесь  вл етс  частота импульсов. Выделение полезного сигнала ивых1, соответствую- щего сигналу UBxi, происходит с помощью первого фильтра 20 низких частот, представл ющего в общем случае интегратор.

Полезный сигнал 1)вых2. соответствующий сигналу 2, формируетс  на выходе вто- рого фильтра 22 низких частот, на вход которого поступают нормированные по амплитуде импульсы переменной скважности (эпюра 3), а с выхода снимаетс  амплитудный сигнал.

Предложенное устройство передает низкочастотные сигналы (например, карди- осигналы). верхн   частота которых составл ет величину 30-100 Гц. Частоты, на которых ведетс  передача, занимают поло- су от 1000 до 3000 Гц, т.е. в полосе пропускани  телефонного канала.

Учитыва , что входные сигналы мен ютс  очень медленно по сравнению с модулируемым сигналом, можно считать, что во

врем  передачи одного периода модулируемого сигнала входные напр жени  UBxi и Uex2 неизменны.

Определим период пилообразного напр жени  на выходе интегратора 4. Учитыва , что напр жение на выходе интегратора линейно растет Uui kUexit, при t - TI можно записать

т,1-У°

1 k U и

(1)

Длительность импульса т определим из услови 

kUnri U2i Таким образом,

п

Г| ҐЩ(2)

Выходное напр жение фильтра нижних частот(ФНЧ) при подаче на его вход импульсной последовательности в случае,когда его (фильтра) посто нна  времени больше максимального периода импульсной последовательности , есть среднее значение UBX за период.

Тогда на выходе ФНЧ 20 напр жение будет

Uц вых Ur, YI(3)

где Un - напр жение на выходе усилител - ограничител  1&,

На выходе ФНЧ 22 напр жение будет равно

U2I вых Un (4)

Подставив Т| из (1) в (3), получим UiBMxi Unr° ,k, Ul -AUii (5)

UQ

Подставив (1) в (4), т из (2)- в (4), получим

По , - 11 U2I k Цц ., U2I 1СЛ U2Bbtxi-Unk.Ulj.Uo- Un-rj (6)

где В

Un Щ

Из (5, 6) следует, что выходные сигналы ФНЧ 20 и 22 пр мо пропорциональны входным сигналам Uiaxi и U2exi. т.е. между Uiobixi и UIBXI, а также между и2вых и U2Bxi существует однозначное линейное соответствие. При этом на величину UiBxi не вли ет Uaexi, а на величину U2ebixi не вли ет Iteexi. Это объ сн етс  тем, что 1)2вых1 зависит только от скважности передаваемого сигнала и не зависит от его частоты, a UIBBIX зависит от частоты передаваемого сигнала и не зависит от его скважности, так как запуск одно- вибратора 21, вырабатывающего импульсы длительностью та, производитс  в момент обратного хода интегратора 4 (в момент переднего фронта импульса т) и не зависит от величины Unx2 (от положени  заднего фронта импульса TI).

Возможность выделени  информации из модулированной импульсной последовательности с помощью ФНЧ объ сн етс  тем. что в спектре модулированной последовательности нар ду с гармониками частоты повторени  содержатс  также непосредст- венно модулирующие частоты. Таким образом , задача выделени  (восстановлени ) модулирующего сигнала может быть осуществлена с помощью линейной избирательной системы (фильтра).

Технико-экономическим преимуществом предложенного устройства по сравнению с прототипом  вл етс  увеличение пропускной способности за счет возможности одновременной передачи по одному сигнальному проводу двух аналоговых сигналов и надежного приема их на приемной стороне при повышении помехозащищенности .

Одновременна  передача двух, отведений позвол ет повысить надежность диагностировани  за счет одновременного наблюдени  изменчивости двух сигнальных параметров, что  вл етс  большим преиму-

ществом предлагаемого устройства при его использовании в медицине.

Claims (1)

1. Простота реализации позвол ет использовать его в местах массового использовани , например при дистанционном обслуживании (с использованием телефонного канала св зи дл  передачи кардиограмм ) санаторных больных одним врачом-кардиологом, наход щимс  на удаленном диагностическом центре. Формула изобретени  Устройство дл  передачи и приема двух сигналов по одному проводу, содержащее ключ, первый и второй компараторы, отличающеес  тем, что, с целью повышени  пропускной способности, введены последовательно соединенные усилитель, третий компаратор, первый инвертор, линию св зи , усилитель-ограничитель, одновибратор и первый фильтр, а также второй фильтр, вход которого соединен с входом одновиб- ратора, первый и второй источники опорного напр жени , второй инвертор, триггер, первый и второй резисторы, соединенные соответственно с первым и вторым входами ключа, а также конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом ключа и инверсным входом усилители, пр мой вход которого заземлен, а выход соединен с вторым выводом конденсатора и первым входом первого и второго компараторов, выход первого компаратора соединен с обнул ющим входом триггера, а выход второго компаратора через второй инвертор соединен с установочным входом ключа, причем выход первого источника -опорного напр жени  соединен с вторым входом первого компаратора и вторым выводом второго резистора , а выход второго источника опорного напр жени  соединен с вторым входом второго компаратора.

   + Uo

   a

   -У8x1

   в

   фиг 2