逐次比较型编码的工作原理和优劣分析

在 A 律的13折线30/32路PCM系统中，实现编码的具体方法和电路有很多，如逐次比较型编码、级联型编码和混合型编码等。而且由于大规模集成电路和超大规模集成电路技术的发展，编译码器已实现集成化。目前生产的单片集成PCM编译码器可以同时完成抽样、量化、压扩和编码多个功能。这里主要介绍目前比较常用的逐次比较型编码的原理。

逐次比较型编码器的原理如图 5-4-2 所示。其编码原理与天平称物体的方法类似，编码器中的抽样值（Is）相当于天平中的被测物，而标准电流（Iw）则相当于天平中的砝码。预先设定—系列作为比较用的标准电流（通常称为权值电流，权值电流的数量与编码位数有关）。

图5-4-2　逐次比较型编码器的原理框图

抽样信号经过一个整流器，它将双极性变为单极性，并给出极性码 C1，Is由保持电路短时间保持，并和几个称为权值电流的标准电流 Iw逐一比较。每比较一次就输出 1 bit，直到Iw和抽样值 Is逼近为止。其规则如下：若 Is> Iw，编码输出“1”：若 Is< Iw，编码输出“0”。

逐次比较型编码器中有一个本地译码器，它由记忆电路、7/11 变换电路和恒流源网络组成。记忆电路主要用来寄存比较器输出的段落码和段内码，因为在比较的过程中，除了第一次比较外，其他各次比较都要根据前次比较的结果来确定权值电流。7/11 变换电路实质上是一个实现非线性到线性编码之间变换的数字压缩器，它将7位码变换成11位码，为恒流源解码电路提供11个控制脉冲。恒流源实际上是一个线性的解码电路，它用来产生各种权值电流。在恒流源中有多个基本的权值电流支路，其个数与量化的级数有关。按照A律13折线进行编码，除去极性码外还剩7位码；需要11个基本的权值电流支路，每个支路都有一个控制开关。

下面结合一个实例详细说明编码过程。

【例5-4-1】某模拟信号的幅度为－6.4～＋6.4 V，对该信号采用奈奎斯特抽样，其某一抽样值为 2.55 V，采用逐次比较型编码，按照 A 律 13 折线将此抽样值编为 8 位，写出编码过程并计算量化误差。

解：首先计算出该抽样值信号的归一化抽样值为 2.55/(6.4/2 048)＝816Δ

假设该8位码为 blb2b3b4b5b6b7b8：

（1）确定极性码b1。

因为Is＝816Δ > 0，所以b1＝1（表示正极性）。

（2）确定段落码 b2b3b4。

按照逐次比较规则，由表 5-4-3 可知，第一次比较应该取8段的中点电平作为权值电平，即 Iw＝128Δ。

因为Is＝816Δ > Iw＝128Δ，所以 b2＝1。

表明抽样值落在 8 段中后 4 段。

故第二次比较时应该选择后4段的中点电平，即Iw＝512Δ。

因为Is＝816Δ > Iw＝512Δ，所以b3＝1。(www.xing528.com)

表明抽样值落在 8 段中的第 7 段或者第 8 段。

故第三次比较时应该选择第 7 段和第 8 段的中点电平，即 Iw＝1 024Δ。

因为 Is＝816Δ < Iw＝1 024Δ，所以 b4＝0。

表明抽样值落在 8 段中的第 7 段内，即 b2b3b4＝110。

（3）确定段内码 b5b6b7b8。

段内码的确定方法同段落码类似，关键是确定权值电平。

由于抽样值落在第 7 段内，由于该段的起点电平为 512Δ，段内量化间隔为 32Δ。

段内第 1 次比较应选段内的中点电平作为权值电平 Iw＝512Δ＋8×32Δ＝768Δ

因为Is＝816Δ > Iw＝768Δ，所以 b5＝1。

段内第 2 次比较的权值电平为 Iw＝512Δ＋12×32Δ＝896Δ

因为 Is＝816Δ < Iw＝896Δ，所以 b6＝0。

段内第 3 次比较的权值电平为 Iw＝512Δ＋10×32Δ＝832Δ

因为 Is＝816Δ < Iw＝832Δ，所以 b7＝0。

段内第 4 次比较的权值电平为 Iw＝512Δ＋9×32Δ＝800Δ

因为 Is＝816Δ > Iw＝800Δ，所以 b7＝1。

所以，抽样样值为 2.55 V（归一化电平为 816Δ）的编码输出为 blb2b3b4b5b6b7b8＝11101001，抽样值的量化电平为 512Δ＋9×32Δ＝800Δ，量化误差为 816Δ－800Δ＝16Δ。