устройство для приема многочастотных сигналов

Формула изобретения

Устройство приема многочастотных сигналов, содержащее последовательно соединенные входной усилитель, вход которого является входом устройства, первый ключ, амплитудный корректор и второй ключ, первый определитель среднего значения сигнала, детектор огибающей, вход которого подключен к выходу входного усилителя, а выход подключен к первым входам определителей минимального и максимального значений огибающей, последовательно соединенные определитель минимального значения огибающей, первый блок памяти и схему сравнения, последовательно соединенные определитель максимального значения огибающей, второй блок памяти и делитель напряжения, блок задержки, генератор импульсов, выход которого подключен к вторым входам первого и второго блоков памяти непосредственно и к вторым входам определителей минимального и максимального значений огибающей через блок задержки, дешифратор, причем выход делителя напряжения подключен к второму входу схемы сравнения, выход схемы сравнения - к второму входу первого ключа и третьему входу второго ключа, второй выход первого ключа - к второму входу второго ключа, отличающееся тем, что в него введены делитель частоты, амплитудный детектор, второй определитель среднего значения сигнала, первый и второй компараторы, первый и второй счетчики, причем выход генератора импульсов подключен к входу делителя частоты, выход второго ключа подключен к входу амплитудного детектора, первому входу второго компаратора и входу первого определителя среднего значения сигнала, выход амплитудного детектора подключен к первому входу первого компаратора непосредственно и к второму входу первого компаратора через второй определитель среднего значения сигнала, выход первого определителя среднего значения сигнала подключен к второму входу второго компаратора, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первым входам первого и второго счетчиков, вторые входы которых подключены к выходу делителя частоты, выходы первого и второго счетчиков подключены к входам дешифратора, выходы которого являются выходами устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике связи и предназначено для приема многочастотных сигналов управления и взаимодействия между автоматическими телефонными станциями (АТС), передаваемых кодом "2 из 8" или "2 из 6".

Известно устройство для приема многочастотных сигналов (авторское свидетельство СССР N 1663784, 1991), содержащее последовательно соединенные первый амплитудный корректор, первый пороговый блок и первый счетчик, последовательно соединенные второй амплитудный корректор, второй пороговый блок и второй счетчик, дешифратор, входы которого соединены с выходами первого и второго счетчиков, а выходы - с входом первого блока памяти, генератор импульсов, выходы которого подключены к входам первого и второго блоков памяти непосредственно и к входам первого и второго счетчиков через блок задержки, последовательно соединенные первый, второй и третий блоки памяти и компаратор, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков памяти, а выход - к входу третьего блока памяти. Наличие первого амплитудного корректора, первого и второго счетчиков, дешифратора и генератора импульсов, а также подключение первого амплитудного корректора к первому счетчику и генератора импульсов к первому и второму счетчикам через промежуточные элементы и подключение выходов счетчиков к входам дешифратора непосредственно - является совокупностью признаков, сходных с существенными признаками изобретения. Недостатком данного устройства является неустойчивость работы, обусловленная тем, что, во-первых, число пересечений нулевого уровня сигналом на выходе амплитудного корректора зависит не только от значения частоты компоненты с большей амплитудой, но и от частоты составляющей с меньшей амплитудой и сдвига фаз между ними, во-вторых, на вход устройства могут поступать сигналы с перекосом уровней частотных компонент, так как некоторые соединительные линии вносят ослабление на высоких частотах рабочего диапазона частот, и в этом случае значения отношений амплитуд частотных компонент на выходах амплитудных корректоров будут отличаться от требуемых, в-третьих, средний уровень сигнала не всегда совпадает с нулевым уровнем.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является приемник многочастотных сигналов (авторское свидетельство СССР N 1713111, 1992), содержащий n каналов (n равно восьми или шести), каждый из которых состоит из последовательно соединенных полосового фильтра, компаратора и сглаживающего фильтра, и так же, как и заявляемое изобретение, содержащий последовательно соединенные входной усилитель, первый ключ, амплитудный корректор и второй ключ, определитель среднего значения выпрямленного сигнала, вход которого подключен к выходу входного усилителя, а выход - к вторым входам n компараторов, детектор огибающей, вход которого подключен к выходу входного усилителя, а выход - к входам определителей минимального и максимального значений огибающей, последовательно соединенных определителя минимального значения огибающей, первого блока памяти и схемы сравнения, последовательно соединенных определителя максимального значения огибающей, второго блока памяти и делителя напряжения, генератора импульсов, выход которого подключен к входам первого и второго блоков памяти непосредственно и к входам определителей минимального и максимального значений огибающей через блок задержки. При этом выход делителя напряжения подключен к второму входу схемы сравнения, выход схемы сравнения - к входам первого и второго ключей, второй выход первого ключа - к второму входу второго ключа, а выход второго ключа подключен к входам n каналов. Недостатком этого устройства является его высокая сложность.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении габаритных размеров и стоимости устойчивого в работе устройства для приема многочастотных сигналов. Для этого в приемник многочастотных сигналов, содержащий входной усилитель, первый и второй ключи, амплитудный корректор, дешифратор, определитель среднего значения выпрямленного сигнала, детектор огибающей, определители минимального и максимального значений огибающей, первый и второй блоки памяти, схему сравнения, делитель напряжения, блок задержки, генератор импульсов, вместо n каналов, состоящих из последовательно соединенных полосовых фильтров, компараторов и сглаживающих фильтров, введены делитель частоты, амплитудный детектор, второй определитель среднего значения сигнала, первый и второй компараторы, первый и второй счетчики. При этом выход генератора импульсов подключен к входу делителя частоты, выход второго ключа подключен к входу амплитудного детектора, первому входу второго компаратора и входу первого определителя среднего значения сигнала, выход амплитудного детектора подключен к первому входу первого компаратора непосредственно и к второму входу первого компаратора через второй определитель среднего значения сигнала, выход первого определителя среднего значения сигнала подключен к второму входу второго компаратора, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первым входам первого и второго счетчиков, вторые входы которых подключены к выходу делителя частоты, выходы первого и второго счетчика подключены к входам дешифратора, выходы которого являются выходами устройства. При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, состоящий в упрощении устойчивого в работе устройства для приема многочастотных сигналов.

На чертеже представлена структурная схема устройства приема многочастотных сигналов.

Устройство содержит входной усилитель 1, первый ключ 2, амплитудный корректор 3, второй ключ 4, амплитудный детектор 5, второй определитель 6 среднего значения сигнала, первый компаратор 7, первый счетчик 8, первый определитель 9 среднего значения сигнала, детектор 10 огибающей, определитель 11 минимального значения огибающей, первый блок 12 памяти, схему 13 сравнения, определитель 14 максимального значения огибающей, второй блок 15 памяти, делитель 16 напряжения, блок 17 задержки, генератор 18 импульсов, делитель 19 частоты, второй компаратор 20, второй счетчик 21, дешифратор 22.

При этом выход входного усилителя 1 подключен к входу амплитудного детектора 5, первому входу второго компаратора 20 и входу первого определителя 9 среднего значения сигнала через последовательно соединенные первый ключ 2, амплитудный корректор 3, второй ключ 4, выход определителя 9 среднего значения сигнала подключен к второму входу второго компаратора, выход детектора 10 огибающей через последовательно соединенные определитель 11 минимального значения огибающей, первый блок 12 памяти, схему 13 сравнения подключен к цепи управления первого ключа 2 и второго ключа 4 и выход детектора 10 огибающей подключен через последовательно соединенные определитель 14 максимального значения огибающей, второй блок 15 памяти и делитель 16 напряжения - к второму входу схемы 13 сравнения, выход генератора 18 импульсов подключен через блок 17 задержки к цепям сброса определителя 11 минимального значения огибающей и определителя 14 максимального значения огибающей и подключен непосредственно к входам первого блока 12 памяти, второго блока 15 памяти и делителя 19 частоты, выход амплитудного детектора 5 подключен к первому входу первого компаратора 7 непосредственно и к второму входу первого компаратора 7 через второй определитель 6 среднего значения сигнала, выход первого компаратора 7 подключен к первому входу первого счетчика 8. выход второго компаратора 20 подключен к первому входу второго счетчика 21, выход делителя частоты подключен к вторым входам первого счетчика 8 и второго счетчика 21, выходы которых подключены к входам дешифратора 22.

Устройство приема многочастотных сигналов работает следующим образом.

Входной сигнал, состоящий из двух частотных компонент, усиливается входным усилителем 1 и, проходя через первый ключ 2, амплитудный корректор 3 и второй ключ 4, если в цепи управления ключей действует сигнал "логическая 1", или проходя через первый ключ 2 и второй ключ 4, если в цепи управления ключами действует сигнал "логический 0", попадает на вход амплитудного детектора 5, первый вход второго компаратора 20 и первый определитель 9 среднего значения сигнала.

В схеме 13 сравнения определяется величина перекоса уровней частотных компонент сигнала путем сравнения напряжений U₁ и U₂,

где U₁=KU_макс=K(A₁+A₂), (1)

U₂=U_мин(A₁-A₂), (2)

A₁ > A₂, (3)

K 1, (4)

K - коэффициент деления делителя 16 напряжения;

U_макс - максимальное значение напряжения огибающей, вырабатываемое определителем 14 максимального значения огибающей;

A₁ - амплитуда 1-й частотной компоненты сигнала;

A₂ - амплитуда 2-й частотной компоненты сигнала;

U_мин - минимальное значение напряжения огибающей, вырабатываемое определителем 11 минимального значения огибающей.

Если перекос уровня частотных компонент превышает предельное значение, то U₁ < U₂, и тогда на выходе схемы 13 сравнения появляется сигнал "логическая 1", в результате чего сигнал с выхода входного усилителя 1 проходит через амплитудный корректор 3, который вносит усиление на высоких частотах рабочего диапазона частот и ослабление на низких, компенсируя величину перекоса уровней частотных компонент сигнала. В противном случае на выходе схемы 13 сравнения появляется сигнал "логический 0", в результате чего сигнал с выхода входного усилителя 1 проходит на выход второго ключа 4, минуя амплитудный корректор 3.

Генератор 18 импульсов вырабатывает импульсы, задающие временной интервал, в течение которого определяются величины напряжений U_мин и U_макс, и осуществляющие запись этих величин в первый и второй блоки памяти соответственно.

Многочастотный сигнал может быть описан функцией вида:

F(t) = A₁cos(₁t)+A₂cos(₂t+), (5)

где ₁= 2f₁;

₂= 2f₂;

f₁ > f₂;

f₁ - частота 1-й компоненты сигнала;

f₂ - частота 2-й компоненты сигнала;

- величина сдвига фаз между частотными компонентами сигнала.

Средний уровень сигнала соответствует нулевому уровню функции (5). На выходе второго ключа 4 благодаря амплитудной коррекции обе компоненты всегда имеют приблизительно равные амплитуды, поэтому формула (5) может быть переписана в виде:



где A A₁ A₂ - амплитуда частотных компонент сигнала.

Число пересечений (Q) нулевого уровня (ЧПНУ) функцией F(t) за единицу времени равно сумме ЧПНУ (Q₁ и Q₂) каждого из сомножителей, стоящих в квадратных скобках, с вычетом числа точек (Q₁₂) на временной оси, когда оба эти сомножителя равны нулю:

Q = Q₁ + Q₂ - Q₁₂. (7)

Для идеального сигнала возможно периодическое точно одновременное равенство нулю обоих сомножителей, стоящих в квадратных скобках равенства (6), если значения частот f₁ и f₂ имеют наибольший общий делитель, отличный от единицы, и выполняется равенство:

= n+mf₂/f₁, (8)

где n и m - любые целые числа. Однако в реальных условиях вследствие различий в амплитудах компонент и их средних уровнях, отклонений частот от номинальных значений и погрешности при определении среднего уровня многочастотного сигнала точное одновременное регулярное равенство нулю обоих сомножителей в квадратных скобках равенства (6) не имеет места. Таким образом, число пересечений среднего уровня (ЧПСУ) многочастотным сигналом определяется выражением:

Q = Q₁ + Q₂ = 2 (f₁ + f₂)/2 + 2 (f₁ - f₂)/2 - 0 = 2f₁, (9)

то есть равно удвоенному значению наибольшей из двух частот компонент. Многочисленные эксперименты подтверждают этот вывод. Равенство (6) может быть также представлено в виде:

F(t) = a(t)cos(2(f₁+f₂)t/2+/2), (10)

где a(t) = 2Acos(2(f₁-f₂)t/2-/2), (11)

а это значит, что сумма двух частотных компонент представляет собой сигнал промодулированный по амплитуде разностной частотой.

Таким образом, по ЧПСУ многочастотным сигналом можно определить значение наибольшей из двух частот компонент f₁, а по ЧПСУ огибающей амплитудной модуляции - величину разницы f₁-f₂. Определение величины одной из частот (f₁), составляющих двухчастотный сигнал, и величины разности составляющих частот (f₁-f₂) эквивалентно распознанию этого сигнала. Процесс определения соответствующих частот по ЧПСУ проводится так, как описано ниже.

Огибающая амплитудной модуляции с выхода амплитудного детектора 5 поступает на вход второго определителя 6 среднего значения сигнала и на первый вход первого компаратора 7. Первый компаратор 7 сравнивает величину напряжения огибающей амплитудной модуляции с ее средним значением, и если величина напряжения на выходе амплитудного детектора 5 превышает величину напряжения на выходе второго определителя 6 среднего значения сигнала, то на выходе первого компаратора 7 появляется сигнал "логическая 1", в противном случае на его выходе появляется сигнал "логический 0". Первый счетчик 8 за единицу времени, определяемую делителем 19 частоты, подсчитывает ЧПСУ огибающей амплитудной модуляции. Второй компаратор 20 сравнивает величину напряжения многочастотного сигнала с его средним значением, и если величина напряжения на выходе второго ключа 4 превышает величину напряжения на выходе первого определителя 9 среднего значения сигнала, то на выходе второго компаратора 20 появляется сигнал "логическая 1", в противном случае на его выходе появляется сигнал "логический 0". Второй счетчик 21 на единицу времени, определяемую делителем 19 частоты, подсчитывает ЧПСУ многочастотным сигналом. Дешифратор 22 преобразует совокупность сигналов, действующих на выходах первого и второго счетчиков, в стандартный код, управляющий работой блоков АТС.