Дәріс 6. Цифрлық ағындарды біріктірудің асинхронды әдістері

Асинхронды цифрлық ағындарды біріктірудің келесі әдістері болады: жылдамдықтардың бір жақты оң келісуімен; жылдамдықтардың бір жақты теріс келісуімен және жылдамдықтардың екі жақты оң – теріс келісуімен. Жылдамдықтардың бір жақты келісуі бар жүйелерде есептеу жылдамдығы жазу жылдамдығынан алдын ала үлкен немесе кіші (жылдамдықтарды келістіру белгісіне байланысты) болып таңдалады. Жылдамдықтардың оң келісуінде компонентті (кіріс) ағындардың жылдамдықтарының максималды суммасы агрегатты (шығыс) ағынның жылдамдығынан аз болады деп ұйғарылады. Осы кезде мына жағдай орындалады:

(6.1)

Бұл жағдайда есептелген кезектілікте бір қалыпсыздық туындағанда қосымша (ақпараттық емес) импульстік позиция енгізіледі, яғни келістіретін тактылы интервал енгізіледі. Қабылдау станциясына сәйкес команда беріледі, оған сәйкес белгіленген позиция қалпына келтірілетін ағыннан жойылады.

Жылдамдықтардың оң келісу әдісін қолданатын, уақыттық топ құру жабдығының немесе мультиплексорлаудың (УТЖ) беру жағында кіріс ақпарат жылдамдығы тең жазу құрылғысына (ЖҚ) жазылады, жазу құрылғысының жылдамдығы компонентті ағынның беру жылдамдығына сәйкес келеді. ЖҚ ақпаратты есептеу жергілікті беруші генератордың (БГ) жиілігімен синхронды жылдамдығымен жүзеге асады. болғандықтан, есептеу барысында ЖҚ ұяшықтарының толық босау мүмкіндігі бар. Бақылаудың арнайы сұлбасы (уақыттық детектор УД) жазу және есептеу сигналдарының фазасын салыстырады, яғни ағымды мағынасын, осы арқылы жады ұяшықтарының толу жағдайын бақылайды. Жадының толуы рұқсат етілген деңгейден төмендегенде, бақылау сұлбасы бір есептеу импульсын кідіртеді. Осының нәтижесінде есептелген кезектілікте қосымша келістіретін символ пайда болады, ол символ кіріс ағында болмаған, сол символ беруші жабдықтың ЖҚ қаажетті толықтырылуын қамтамасыз етеді. Келістіргіш символды құрылатын шығыс ағынның циклында беру үшін қатаң анықталған позиция бөлінгендіктен, бұл символды жою үшін қабылдау станциясына жылдамдықтарды келістіру болғандығы жайында ақпарат беру жеткілікті, яғни келістіру командасын. Қабылдау жағында цифрлық ағыннан келістіру символын жою үшін жазу құрылғысында осы символдың ұзақтығы уақытында жазуды кідіртеді. Осы кезде кіріс ағынның жылдамдығымен бірдей ағын құрылады, бірақ оның бір тактылы интервалға фазалық дірілдеуі болады. Фазалық дірілдеуді (ФД) реттеу жиілікті фазалық автоматты реттеушісі (ЖФАР) тізбегінің көмегімен іске асады.

Жылдамдықтар теріс келісілгенде беруші жабдықтың ЖҚ жазу жиілігі есептеу жиілігінен көп деп саналады, яғни келесі шарт орындалады:

(6.2)

Бұл жағдайда бір қалыпсыздық пайда болғанда УТЖ беруші бөліміне ақпараттық кезектіліктен, қабылдау станциясына қосымша (қызметтік) арнамен берілетін, бір ақпараттық символ жойылады. Қабылдау бөлімінде сәйкес келістіру командасы қабылданғаннан кейін, бұл символ қалыпқа келтірілетін кезектілікке енгізіледі. Осылайша, беру жағында жылдамдықтарды теріс келістіру кезінде ЖҚ толып кетуіне тенденция болады, яғни жылдамдықтарды оң келістіру кезінде жүретін процесстермен салыстырғанда, бұл әдісте кері процесстер жүреді.

Жылдамдықтары оң – теріс (екі жақты) келісітірілген жүйелерде беру кезінде ақпаратты жазудың және есептеудің номиналды жиіліктері салытырмалы түрде бірдей болады, яғни уақыттың кейбір мезеттерінде (6.1), (6.2) шарттарының кез келгені орындалуы мүмкін. Бұл жағдайда жазу және есептеу жиіліктерінің арасында келесі қатынас орнайды:

(6.3)

Жылдамдықтардыың екі жақты келісуінде жазу және есептеу жиіліктерінің ағымды айырмасының белгісіне байланысты есептелген кезектілікке қосымша келістіру символын енгізеді (яғни оң келістіруді іске асырып) немесе қосымша арна бойынша кез келген ақпараттық символды береді (яғни теріс келістіру іске асады). Бұл кезде УТЖ беру жағында келістіру жөнінде ақпаратты ғана емес, оның белгісі туралы да ақпарат құрайды.

УТЖ бір қалыпсыздық ретінде және жиіліктерінің айрмасынан пайда болған уақыттық жылжулар ғана саналады. Циклда әр түрлі қызметтік ақпаратты беру үшін, есептеу жиілігін шамасына қосымша көбейтумен болған жылжулар, келістіру жөнінде ақпарат беруді талап етпейді.

Желілі трактта пайда болатын, фазалық дірілдеулер (ФД) кездейсоқ және жүйелік құраушылардан тұрады. Шулардан және регенератордың идеалсыздығынан пайда болған ФД, кездейсоқ сипаттамаға ие, және әдетте кіші мағынаға ие болады. Берілетін цифрлық сигналдың және желілі тракт құрылымына байланысты жүйелік ФД, желі ұзындығына және регенераторлар санына байланысты болады. Бұл себептерден туындаған ФД спетрі негізінде төменгі жиілік диапазонында болады.

Бұдан басқа, уақыттық топ құруды қолданатын цифрлық сигналдарды беру кезінде ФД тағы екі себеппен туындауы мүмкін:

- жылдамдықтарды келістіру процесстерінен, бұл кезде келістіру жиілігінде есептеу периоды шамасына фаза жылжуы болады;

- келістіру қажеттігі жөнінде шешім циклдың кез келген жерінде (уақыттың кез келген мезетінде) қабылдануы мүмкін, ал келістірудің өзі тек қана циклдың белгілі бір жерінде ғана іске асу салдарынан, яғни келістіру мезетін күту салдарынан.

Аталған себептерден туындайтын, ФД құраушыларының көп бөлігі спектрдың төменгі жиілікті бөлімінде болады, бұл оларды басуды қиындатады. Егер арнайы шаралар қабылдамаса, ФД беру сапасының анағұрлым төмендеуіне әкеледі.

Іс жүзінде жылдамдықтарды келістірудің екі әдісі кең қолданыс тапты; оң (бір жақты) және оң – теріс (екі жақты). Бірінші көзқарасқа екінші әдіс, бір жақты келістіруге қарағанда кейбір кемшіліктерге ие. Біріншіден, күрделі аппаратура қажет етеді, өйткені кез келген белгіні келістіру мүмкіндігі қамтамасыз етіледі. Екіншіден, осы әдісте туындайтын, ФД өте төмен жиілікке ие, бұл олардың қабылдау жағында тиімді реттелуін қиындатады. Бұл жазудың және есептеудің номиналды жылдамдықтарының келістірілуі болмағанымен түсіндіріледі. Бірақ айта кететін жай, аталған кемшілік екі жақты келістіру әдіснде үш командалы басқару қолданғанда болады, цифрлық ағындарды біріктіру процессінде командалардың үш типі құрылған және берілген жағдайда: келістірудің болмауы, оң келістіру болуы және теріс келістірудің болуы. 1976 ж. ТТХКК (қазір ТЭБХ) екі командалы басқарылатын жылдамдықтарды екі жақты келістіру әдісін қолдануды ұсынды.екі командалы басқару екі команданы қолданумен түсіндіріледі: оң келістірудің болуы (+) және теріс келістірудің болуы (-). Нольдік команда (келістірудің болмауы) келістірудің аталған екі командасын алмастырумен өзгертіледі (+, -).

Екі командалы басқарылатын екі жақты келістіру бір жақты келістіруге қарағанда, бір қатар артықшылықтарды қамтамасыз етеді:

1) жылдамдықтар бір жақты келістірілетін УТЖ синхронды жұмыс режимі мүлде мүмкін емес (есептеу жиілігінің жазу жиілігінен алдын ала арқыт болатынынан), ал жылдамдықтары екі жақты келістірілетін УТЖ синхронды режим асинхронды режимнің бір түрі болып табылады. Жылдамдықтары екі жақты келістірілетін УТЖ келістіру командасы өндірілмейді және берілмейді, бұл беру арнасының өткізу мүмкіндігін және қатеге қарсы тұрақтылығын, арттырады өйткені бұл командалардың мүмкін болар бұрмаланулары болмайды. Осылайша, жылдамдықтары екі жақты келістірілген жүйелер цифрлық байланыс тораптарының кез келген телімдірінде қолданыс таба алады;

2) жылдамдықтар екі жақты келістірілген УТЖ келістіру командаларының қатеге қарсы тұрақтылықтарын шектеусіз өсірілуін қамтамасыз етуге болады. Бұл екі жақты келістіру жабдықтарында жылдамдықтарды келістіру мезеттерінің жүру жиіліктері, бір жақты келістіру жабдықтарына қарағанда ондаған есе аз. Яғни команда ұзақтығын кез келген шамада үлкен етіп таңдауға болады. Бұдан басқа келістіру командаларын қабылдаудың қатеге қарсы тұрақтылығын екі жақты келістіру жүйелерінде команда құрылымының анализы арқылы және команда ұзақтығын өсірмей ақ арттыру мүмкіндігі бар (бұл жағдайда келістіру командаларының бірлі бұрмалануы ғана емес, оған қоса екіленгін, құрылған бұрмаланулар да түзетілуі мүмкін);

3) жылдамдықтары екі жақты келістірілген УТж циклдық синхрондауда болатын жаңылыстың көбеюіне тұрақты, яғни жоғары деңгейлі иерархия жүйелерінде циклдық синхрондаудың жанылысы болғанда, иерархияның төменгі сатылы жүйелерінде циклдық синхрондаудың жаңылысуының туындауына. Бұл бір жақты келістіру жүйелерінде синхрондаудың жаңылысуы болатын уақытта келістіру командаларының үлкен саны құрылады, ал екі жақты келістіру жүйелерінде бір ғана команда құрылуымен түсіндіріледі. Соңғы жағдайда синхрондаудың жаңылысуынан кейін синхрондауды қалпына келтіргеннен соң келістіру коррекциясын жүргізуді қамтамасыз етуге болады.

Асинхронды ағындарды біріктіру УТЖ беру трактысының құрылымдық сұлбасы 6.1 суретте көрсетілген.

Сурет 6.1 - Асинхронды ағындарды біріктіру УТЖ беру трактысының құрылымдық сұлбасы

q бастауларынан цифрлық ағындар сәйкес кода түрлендіргіштерінің (КТ_қаб1 – КТ_қабq) кірісіне түседі. Кода түрлендіргіштері компонентті ағынның (кіріс) кодаларын екілік кодаға түрлендіреді және компонентті цифрлық ағынның тактылы жиілігіне тең жазу жиілігі тең импульстік кезектіліктерді құрайды. КТ_қаб1 – КТ_қабq шығысынан сигналдар беруші бөлімнің асинхронды ұластыру блогына (АҰБ_бер1 – АҰБ_берq) беріледі. Асинхронды ұластыру блогында цифрлық ағындар жазу құрылғысына ЖҚ жазылады және беруші станцияның генераторлық жабдықтың (ГЖ_бер) сәйкес шығысынан түскен сигналмен есептеледі.

Жазу процессін жиілігі тең импульсты кезектілік басқарады, ал есептеу процессін жиіліг тең импульсты кезектілік басқарады. Есептеу және жазуларды басқару сигналдары уақыттық детектор (УД) кірісіне түседі, уақыттық детекторда бір қалыпсыздықтың пайда болу мезеттері және бір қалыпсыздықтың түрі (белгісі) анықталады. Есептеу және жазудың уақыттық интервал мен импульсты кезектілік арасындағы өзгеріс есептеу периодына жеткенде, бір қалыпсыздықтың кез келген бір түрі барлығы жөнінде сигнал бойынша, қосымшалар барлығы жөнінде сәйкес команда өндіріледі, яғни жылдамдықтарды келістіру.

Осы кезде жылдамдықтардың оң келістірілуі НЕТ логикалық элементінің есептеу импульсының біреуіне тиым салуымен іске асады, ал терііс келістірілу – қосымша есептеумен, ол ИЛИ₁ логикалық элементінің көмегімен іске асады. Ары қарай ЖҚ шығысындағы сигнал ИЛИ₂ логикалық элементке түседі, оның екінші кірісіне жылдамдықтарды келістіру бергішінен (Бер.ЖКК) сигналдар түседі. АҰБ_бер1 – АҰБ_берq және синхросигнал бергішінің шығыстарынан сигналдар топтық сигнал таратқышы (ТСТ) арқылы беруші кода түрлендіргішіне (КТ_бер) түседі.

Қабылдау трактысында (сурет 6.2) ГЖ_қаб шығысынан импульстік кезектіліктер топтық сигнал таратқышының (ТСТ) И₁ И₂,..., И_q логикалық элементтерін кезекпен ашады, осылайша КТ_қаб шығысындағы топтық сигналдың цифрлық ағындарды асинхронды ұластырудың АҰБ_бер1 – АҰБ_берq қабылдау блоктарының арасында дұрыс таралуын қамтамасыз етеді. АҰБ_бер1 – АҰБ_берq компонентті цифрлық ағынның алғашқы жылдамдықтарын қалпына келтіреді.

Сурет 6.2 - Асинхронды ағындарды біріктіру УТЖ қабылдау трактысының құрылымдық сұлбасы

Қалыпқа келтіру цифрлық ағынды ЖҚ жазу және жиілікті фазалық автореттеуші құрылғысымен (ЖФАР) өндірілетін жазу жиілігіне тең есептеу жиілігі арқылы іске асады, ЖФАР кернеумен басқарылатын генератордан (КБГ), басқару сұлбасынан (БС) және уақыттық детектордан (УД) тұрады. УД шығысында жазу және есептеу мезеттері арасындағы уақыттық интервалдың ағымды мағынасына сәйкес сигнал құрайды.

Жазу процессі ГЖ_қаб сәйкес шығысынан туындаған импульстік кезектілікпен басқарылады. Жылдамдықтарды оң келістіру қажеттілігі туралы сигнал бойынша ақпаратты ЖҚ жазуға тиым салыну арқылы іске асады – тиым салу сигналының уақыттық орыны қабылдау құрылғысындағы жылдамдықтарды келістіру мезетіне сәйкес келеді.

Жылдамдықтарды теріс келістіру қажеттігі туралы сигнал бойынша ИЛИ₁ логикалық элементінің көмегімен топтық сигнал таратқышының (ТСТ) И логикалық элементі ашылады және берілетін сигналға қосымша символ енгізіледі. Осымен бір уақытта қосымша импульс ИЛИ₂ логикалық элементі арқылы жазуды басқаратын сигналға енгізіледі. КБГ жиілігін, УД шығысындағы сигналдың тұрақты құраушысына сәйкес келетін кернеу басқарады. КБГ жұмысын басқаратын, сигналдың айнымалы құраушылары есептелетін кезектілікте уақыттық флуктуация туындатады, яғни шығыс сигналда да уақыттық флуктуация туындайды. Сондықтан басқарушы кернеудегі айнымалы құраушыларды басу деңгейі шығыс сигналының уақыттық флуктуация мағынасына әсер етеді.