非均匀量化信号的编码过程及逐次比较型编码电路抽样保持电路

把非均匀量化后的信号电平转换成二进制码的过程称为编码。

1.编码方法(二进制码)

编成M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8八位码。发信方编码时,M1作为表示正负极性的极性码,M2 M3 M4作为段落码,即8个段落用三位二进制码表示(即8=23)。例如,如果则x落在第⑧段≤x≤1内,M2 M3 M4=111。再例如,如果x=,则x落在第⑦段内,M2 M3 M4=110。M5 M6 M7 M8为段内码,①～⑧个大段各自再均匀划分成16个小段,落在每个小段的抽样值对应编成四位码。

所以非均匀量化级数128=27,编成M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8的编码7位数称为非线性编码,若按均匀量化要编11位码,其就称为线性编码。可见非线性编码位数少,使编、译码设备简单,传输带宽相应减少。

归纳M2～M8编码的基本思路是,段落码M2 M3 M4确立:第一次比较时,应先决定Is是属于8个大段的上4段①②③④(000,001,010,011)还是下4段⑤⑥⑦⑧(100,101,110,111)。故第一次比较提供的标准电流应该是8个大段的中间值,即Iw=128Δ,例如,M2=0表示落在①～④段;M2=1表示落在⑤～⑧段。第二次比较时,要选择Is落在①～④段或⑤～⑧段中的上2段还是下2段(000,001,010,011,100,101,110,111)。例如,M3=0表示落在上2段;M3=1表示落在下2段。第三次比较时,要选择Is落在上述的2个大段中的上一段还是下一段。例如,M4=0表示落在上一段;M4=1表示落在下一段。

段内码M5M6 M7 M8确定:确定过程与段落码类似,即要确定Is最终落在16个小段中的哪一段内。

2.逐次比较型编码的电路组成及各部分作用

逐次型比较型电路构成如图3.21所示。编码器任务;根据输入样值脉冲大小,输出相应的8位二进制码。各部分作用工作原理如下。

图3.21 逐次比较型编码电路

抽样保持电路。它把整流后的抽样值(量化值)保持展宽到一组码编完。整流与保持电路的信号波形如图3.22所示。

图3.22 保持过程

整流器。整流器将双极性信号变成正单极性信号,使正极性输出为M1=1,负相性输出为M1=0。

极性判决电路。经过抽样得到脉冲,再经极性判决得到极性码M1,M1码收发过程如图3.23所示。

图3.23 M1码收发过程

记忆电路。在编码过程中除第一次比较的Iw=128Δ外,其余各次比较用的Iw是由前几位比较结果来选择的。M2～M8码是串行的,记忆电路将其寄存下来,并变换为并行码M2～M8,实现串/并转换。

恒流源(11位线性解码网络)。其作用是产生各种权值电流Iw。在该网络中有数个基本的权值电流,其数目与量化级数有关。对于A律13折线编码器,有128个量化级,需要编7位码,须要准备好1Δ,2Δ,4Δ,8Δ,16Δ,32Δ,64Δ,128Δ,256Δ,512Δ,1 024Δ共11个基本的权值电流支流。这样以1Δ,2Δ,4Δ,8Δ,16Δ,32Δ,64Δ,128Δ,256Δ,512Δ,1 024Δ这些值的组合,可以保证全部中间值Iw的需要,如中间值768Δ=512Δ+256Δ。

那么究竟哪几个基本权值电流出来组合呢?这11个支路各有一个控制开关Bi=(1,2,…,10,11)。例如,需要中间值Iw=1 024Δ+128Δ=1 052Δ,1 024Δ和128Δ对应的开关合上,其他开关关闭,才使Iw=1 024Δ+128Δ=1 052Δ输出来。

7/11位码变换电路。因为要求有11个控制脉冲对恒流源控制,使恒流源共各有11个基本权值电路,这样记忆电路的M2～M8位并行码通过7/11逻辑变换电路将转换成线性11位码(B1～B11),这11位线性码相当于11个控制开关。

比较电路。用于中间值Iw与整流电流Is进行比较运算,当Is＞Iw时,输出为1(即高电平);Is＜Iw时,输出为0(即低电平)。逐次比较编出M2～M8非线性7位码,也即PCM信号。

为了能自动产生下一个比较用的中间值Iw,比较器在输出的同时还反馈加至记忆电路。

【例3.3】 已知抽样值为+635Δ,要求按13折线A律编出8位码。

解:极性码:M1=1。

先推算段落码。

第一次比较:Is=635Δ＞Iw=128Δ,故M2=1,并表示处在下④段(⑤⑥⑦⑧)。

第二次比较:判断在⑤⑥⑦⑧中的上2段还是下2段,因此Iw应选中间值512Δ。Is=635Δ＞Iw=512Δ,故M3=1,表示在⑦⑧段。

第三次比较:判断在⑦⑧段中哪一段,因此中间值Iw选1 024Δ。Is=635Δ＜Iw=1 024Δ,故M4=0,表示在第⑦段。

再推算段内码。

已知在⑦段,该段中的16个量化级之间的间隔为Δ=32Δ。

第四次比较:Iw应选⑦段中间值768Δ(即512Δ+=768Δ)。Is=635Δ＜Iw=768Δ,故M5=0,表示Is在0～7个量化级(共有16个量化级)之间。

第五次比较:Iw应选0～7个量化级中的中间值640Δ,即512Δ+=640Δ。Is=635Δ＜Iw=640Δ,故M6=0,表示Is在0～7个量化级中的0～3个量化级内。

第六次比较:Iw应选0～3个量化级中的中间值576Δ,即512Δ+=576Δ。Is=635Δ＞Iw=576Δ,故M7=1,表示Is在2～3个量化级内。(www.xing528.com)

第七次比较:Iw应选2～3个量化级中的中间值608Δ,即576Δ+=608Δ。Is=635Δ＞Iw=608Δ,故M8=1,表示Is在第3个量化级内。

因此,M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8=11100011,为非线性码。该抽样信号落在⑦段,其量化误差为635Δ-608Δ=27Δ。显然抽样信号越小,越是在前段,产生误差也越小。例如,①②③段最大误差分别是Δ、Δ、2Δ,而⑧段最大量化误差为64Δ。

最后把608Δ转换成11位线性码01001100000,其计算过程如下。

3.编码直接查表法

将x轴分成8个段,如图3.24所示。

图3.24 x轴分成8段

段内码编号:M5 M6 M7 M8与量化级序号对应情况如表3.1所示。

表3.1 M5 M6 M7 M8与量化级序号对应情况表

续表

以①段和②段为例,①段和②段如图3.25所示。

图3.25 ①段和②段示意图

①至⑧段与7位编码对应情况如表3.2所示。

表3.2 ①～⑧段与7位码对应情况

续表

【例3.4】 取样值为+1 270Δ,用查表法求其非线性编码。

解:+1 270Δ落在⑧段,画出⑧段示意图,如图3.26所示。

图3.26 ⑧段示意图

通过查表3.2可得到表3.3所示的信息。

表3.3 ⑧段与7位码对应情况

1 270Δ落在1 216Δ～1 280Δ间,故取信号量化值为1 216Δ,量化误差为1 270Δ-1 216Δ=54Δ,编码输出为1110011。

【例3.5】 取样值为-670Δ,其M1=0,先由670Δ查表3.2,得到表3.4。

表3.4 ⑦段与7位码对应情况

可见,670Δ落在640Δ～672Δ之间,取量化值为640Δ,故编码为0100100。