Коммутаторы (мультиплексоры)

Эти устройства имеют несколько входов и один выход или один вход и несколько выходов. Изображение аналогового мультиплексора на принципиальной схеме приведено на рис. 10.2.

 

Импульсные сигналы управления (#) подаются в параллельном коде по нескольким входам или в последовательном коде по одному входу. По входу Е подаётся сигнал запрета коммутации.

 

10.2.1. Параметры мультиплексоров

Параметры мультиплексоров можно разделить на 3 группы:

1. Параметры аналоговых сигналов:

· Диапазон аналоговых сигналов ± U_С. обычно задаётся в пределах ± U_ПИТ. Превышение U_С может привести к взаимному влиянию каналов или повреждению устройства.

· Сопротивление открытого (то есть замкнутого) ключа R_ОТКР . Существенно при работе на низкоомную нагрузку.

· Входной ток утечки закрытого ключа I_{ЗАКР-ВХ}.

· Выходной ток утечки закрытого ключа I_{ЗАКР-ВЫХ}.

2. Цифровые входные параметры:

· Нижний и верхний пороговые уровни U ⁽¹⁾_ВХ , U ⁽⁰⁾_ВХ , например U ⁽¹⁾_ВХ ≥ 5 В, U ⁽⁰⁾_ВХ ≤ 0,8 В.

· Входной ток утечки при высоком и низком уровнях.

3. Параметры переключения:

· Время обращения T_О – суммарное время переключения канала.

T_О = t_Ф + t_О ,

где t_Ф – задержка формирователя (вводится намеренно, чтобы не допустить замыкания соседних каналов); t_О – время нарастания, обусловлено соотношением ёмкости нагрузки С_НАГР и (R_ОТКР + R_ГЕН).

· Ёмкости ключа (входная, выходная, между входом и выходом).

· Сопротивление изоляции в разомкнутом состоянии ключа, обычно задаётся в децибелах.

 

10.2.2. Применение мультиплексоров

Аналоговые мультиплексоры широко используются:

· для сокращения количества элементов, требуемых для обработки большого числа аналоговых сигналов («опрос») в бортовых системах, системах сигнализации и других;

· при групповом аналого-цифровом преобразовании большого числа однородных сигналов; например, в системе ИКМ-30 используется один АЦП на 30 телефонных каналов, каждому каналу соответствует своё временное окно;

· при необходимости опроса большого числа цепей используют каскадное соединение мультиплексоров.

 

10.2.3. Параметры аналоговых ключей и коммутаторов

На рис. 10.3 приведена схема коммутатора 564КП2,

 

Параметры коммутатора 564КП2.

· Назначение - коммутация цифровых и аналоговых сигналов.

· Питание – от двух источников питания при заземлённом общем выводе, разность напряжений источников питания ≤ 15 В. Это позволяет коммутировать сигналы с амплитудой до 15 В.

· Включение – по схеме «разветвлённый вход» (8 входов – 1 выход) или «разветвлённый выход» (1 вход – 8 выходов).

· Сопротивление R_ОТКР = 200 Ом при U_ИП = 15 В.

· Время задержки сигнала:

t_зд = 200 нс – от входа «Управление» к выходу ключа,

t_зд = 150 нс – от входа «Запрет» к выходу ключа,

t_зд = 19 нс – через открытый ключ.

· Сигнал адреса подаётся по трём цепям в параллельном коде в соответствии с табл. 10.1.

Таблица 10.1

#3	#2	#1	Е	№ открытого канала
…	…	…	…	…
х	х	х		-

 

Параметры некоторых отечественных аналоговых ключей и коммутаторов приведены в табл. 10.2, 10.3.

Таблица 10.2.

Тип ключей	UКОМ В	RОТКР Ом	TО нс	UВХ(1) В	UВХ(0) В	UИП В	Примечание
КР590КН2	± 10			4…13	0…0,8	± 12	4 ключа
КР590КН9	± 15			4…15	0…0,8	± 15	4 ключа
К1169КН2		Остаточное напряжение 8 В			1,8	20… …220	4 ключа

Таблица 10.3.

Тип коммутаторов	UКОМ В	RОТКР Ом	TО нс	Число каналов	UИП В	Примечание
К590КН1	± 5				± 12	Дешифратор
591КН3	± 15				± 15	Дешифратор
К190КТ1	± 10				± 15
1104КН1	± 5				20… …220	Послед. управление

Глава 11. СИСТЕМЫ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ

Область применения

Системы автоподстройки частоты (АПЧ) входят в состав практически всех радиотехнических устройств. Рассмотрим смысл и назначение систем АПЧ на простом примере.

Известно, что для передачи сигналов изображения или ∕ и звука на приёмники абонентов необходимо этими сигналами модулировать гармонический сигнал несущей частоты f_Н. В результате модуляции на приёмники абонентов по эфирному, кабельному или спутниковому каналу поступает сигнал U(t) = A(t) sin [2π f_Нt+φ(t)] . В частном случае при φ(t) = φ фаза сигнала постоянна, налицо амплитудная модуляция U(t) = A(t)sin [2πf_Нt+φ], где амплитуда A(t) пропорциональна сигналу изображения или ∕ и звука. В таком режиме работают системы аналогового телевидения и радиовещания в длинноволновом, средне- и коротковолновых диапазонах. В другом случае при A(t) = A постоянна амплитуда сигнала, налицо угловая, то есть частотная модуляция. Возможен вариант, когда сигнал имеет вид U(t) = Asin [2π f_Н t+φ(t)], где фаза сигнала пропорциональна сигналу изображения или ∕ и звука. В этом режиме работают системы FM (УКВ ЧМ) радиовещания, системы звукового сопровождения аналогового телевидения, системы радиорелейной связи.

В настоящее время в связи с повсеместным применением цифровых методов обработки сигналов используется сигнал общего вида U(t) = A(t)sin [2π f_Нt+φ(t)]. Амплитуда A(t) и фаза φ(t) такого сигнала одновременно пропорциональны цифровому сигналу, несущему информацию об изображении и звуке. В таком режиме работают системы цифрового наземного, спутникового и кабельного телевидения, системы цифрового радиовещания, системы сотовой связи, системы беспроводного доступа WiFi и т.д.

Во всех этих случаях в приёмниках абонентов происходит выделение полезного сигнала изображения и звука единообразным методом, а именно умножением приходящего сигнала U(t) на гармонический сигнал U_Г(t) = Вsin 2π f_Г t , генерируемый гетеродином приёмника. Полученный в результате перемножения сигнал поступает на вход фильтра, на выходе которого появляется полезный сигнал изображения и звука.

Однако выделение полезного сигнала происходит правильно в том и только том случае, когда несущая частота приходящего сигнала f_Н совпадает с частотой сигнала гетеродина f_Г , то есть когда выполняется условие f_Г = f_Н . В противном случае полезный сигнал оказывается настолько искаженным, что изображение и звук не воспринимаются абонентом.

Несущая частота приходящего сигнала может непрерывно меняться во времени под действием дестабилизирующих факторов в процессе эксплуатации из-за изменения температуры, влажности, механических воздействий и т.д. Поэтому для неискажённого приёма полезного сигнала, то есть для выполнения условия f_Г(t) = f_Н(t) необходимо непрерывно автоматически подстраивать частоту гетеродина под частоту несущей. Эту функцию во всех перечисленных случаях выполняет система АПЧ.

Системы АПЧ используются в следующих радиотехнических устройствах и системах:

· аналоговых и цифровых радио- и телевизионных приёмниках;

· демодуляторах фазо- и частотно-модулированных сигналов;

· системах сотовой и других видов беспроводной цифровой связи;

· устройствах выделения и синхронизации тактовой частоты в цифровых системах связи, а также в цифровых системах записи и воспроизведения аудио- и видеосигналов;

· устройствах для узкополосной фильтрации сигналов;

· устройствах для стабилизации скорости движения и натяжения ленты в лентопротяжных механизмах;

· устройствах для стабилизации скорости вращения жестких, а также CD и DVD дисков.