Импульсный переносчик информации

В измерительной аппаратуре ИИС и ИУС в качестве переносчика информации широко используется периодическая последовательность прямоугольных импульсов (ПППИ) (рис. 2.11, а), частотный спектр которой из разложения в ряд Фурье имеет вид [2, 5]

, (2.11)

где – амплитуда импульсов;

– длительность импульсов;

– период следования импульсов;

– смещение (сдвиг) середины импульса относительно начала отсчета времени. (Если , то такую ПППИ называют несмещенной).

Спектр ПППИ был приведен ранее на рис. 2.5, а. Он является дискретным, неограниченным и убывающим. В реальных условиях спектр импульсной последовательности ограничивают полосой частот [2]

, (2.12)

где коэффициент выбирается исходя из допустимых искажений импульсов. Минимальное значение, используемое при импульсной передаче цифровой информации, когда требования к форме импульсов не жесткие, . Если требования к допустимым искажениям импульсов повышаются, то коэффициент увеличивается до нескольких десятков.

При изменении любого из перечисленных параметров ПППИ по закону модулирующего сигнала можно реализовать несколько видов импульсной модуляции, из которых в ИИС и ИУС наиболее распространена амплитудно-импульсная модуляция первого рода (АИМ1). При АИМ1 вершины импульсов (рис. 2.11, в) повторяют модулирующий сигнал (рис. 2.11, б). В этом случае амплитуды импульсов определяются как

. (2.13)

Рис. 2.11. Импульсный переносчик информации

Заменяя в выражении (2.11) немодулированные амплитуды импульсов модулированными (2.13), нетрудно получить для тональной АИМ1 ( ):

, (2.14)

где – частота модулирующего сигнала,

– коэффициент АИМ1 ( ).

На рис. 2.12, а показан спектр ПППИ, полученный из (2.11), а на рис. 2.12, б показан спектр сигнала , полученный из выражения (2.14).

Одним из способов демодуляции сигналов с АИМ1 является фильтрационный. При фильтрационном способе с помощью ФНЧ из спектра, показанного на рис. 2.12, б, выделяется полезная составляющая с амплитудой , пропорциональная исходному аналоговому сигналу . На рис. 2.12 показаны амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) идеального (пунктир) и реального (сплошная линия) ФНЧ. Постоянная составляющая спектра на выходе ФНЧ всегда может быть учтена или скомпенсирована.

Рис. 2.12. Спектры импульсных сигналов

С помощью идеального ФНЧ можно выделять полезную составляющую при снижении частоты дискретизации до значения, при котором произойдет перекрытие составляющих спектра с частотами и . Из условия равенства этих частот находим предельное значение периода импульсов . Однако АЧХ реальных ФНЧ имеет коэффициент передачи, отличный от нуля, в полосе подавления, расположенной правее полосы пропускания идеального ФНЧ. С целью снижения погрешности из-за попадания в полосу ФНЧ дополнительных составляющих спектра (в первую очередь, составляющей с частотой ) необходимо увеличивать частоту дискретизации . Тогда период следования импульсов будем выбирать из условия:

, (2.15)

где – коэффициент избыточности, показывающий, во сколько раз требуется увеличивать частоту следования импульсов при реальном восстановлении сигнала по сравнению с ее нижним предельным значением.