Особливості передавання сигналів в інфорамаційно-вимірувальних ситемах

Кулик.А.Я., Кривогубченко С.Г., Компанець М.М., Кривогубченко Д.С.,

Вінницький державний технічний університет

Стаття призначена аналізу смуги частот передавання дискретної інформації лініями зв’язку. Проведена оцінка дозволила запропонувати принцип передавання із суттєвим скороченням смуги частот, що дозволяє збільшити кількість каналів передавання на одній лінії зв’язку.

Передавання інформації в інформаційно-вимірювальних системах здійснюється здебільшого стандартними інтерфейсами, основою яких є послідовні порти.

Режим обміну інформацією може бути синхронним чи асинхронним. В першому випадку кожне посилання розпочинається синхросимволом після чого йдуть інформаційні сигнали (рисунок 1). Найчастіше кожний інформаційний біт супроводжується власним стробувальним імпульсом.

Рисунок 1 – Формат передавання кодової комбінації 11101101 в синхронному режимі

При асинхронному режимі передавання інформації розпочинається стартовим імпульсом після чого надходять інформаційні(рисунок 2). Здебільшого Інформація передається байтами, оскільки це дозволяє найбільш ефективно використовувати послідовні порти. Тривалості імпульсів, що формуються визначаються швидкістю передавання та складом кодової комбінації.

Рисунок 2 - Формат передавання кодової комбінації 11101101 в асинхронному режимі

При цьому можуть бути сформовані імпульсі восьми різних тривалосте й, коли ходова комбінація вмішує одну, дві …, вісім одиниць. В залежності від конкретних кодових комбінацій імпульси можуть зсуватися за часовою віссю, можуть виникати їх послідовності, але ці вісім тривалосте й, с базовими і визначають смугу частот, яку займає сигнал. В свою чергу тривалість цих імпульсів залежить від частоти синхронізації, яка прямо пов’язана зі швидкістю передавання інформації:

частота синхронізації послідовного порту, що відповідає швидкості передавання інформації, Гц;

кількість послідовно розташованих одиниць у кодової комбінації;

швидкість передавання інформації, біт/с;

коефіцієнт масштабування, що визначає відповідність між швидкістю передавання та частотою синхронізації здебільшого він дорівнює 1 Гц/с;

При передаванні лінією зв’язку прямокутний імпульс перетворюється на без кінцеву кілі кість гармонічних складових, що утворюють спектр(1, 2). В теперішній час принципи утворення каналів зв’язку розраховані на те, щоб виділена смуга частот дозволяла давня не менше ніж 90% енергіі сигналу. Реально це п’ять гармонічних складових.

Частота першої гармоніки прямокутного імпульсу визначається співвідношенням:

Виходячи зі співвідношення(2), смуга частот, яку займає система передавання, визначається різницю між мінімальною та максимальною частотою і становить:

При цьому чим вищою є швидкість передавання інформаціі, тим ширшу смугу частот буде займати канал.

В той самий час немає необхідності у вірогідному передаванні форми імпульсу з метою його відтворення на приймальному боці. Якщо відомі параметри(амплітуда та тривалість), то імпульс завжди можна сформувати знову. Фактично задача передавання інформації зводиться до проблеми виявлення сигналу певної амплітуди на чітко визначеній часовій позиції. Якого сигнал вищий від певного порогового рівня то на цій позиції кодова комбінація вміщує одиницю.

Виходячи з вишевикладенного, немає необхідності у передаванні п’яти гармонік, достатньо обмежитися лише основною. Фіксувати рівень сигналу необхідно посередині кожної часової позиції коли напруга сягає максимального значення.Стартовий імпульс при цього визначає початок часової вісі.

Для фіксації стартового сигналу можна використовувати піковий детектор щоб чітко знайти середину часового інтервалу, але й його фіксація просто за перевищення напруги над пороговим рівнем суттєвої помилки дати не може. Це пов’язано с тим що рівень можна визначити для будь-якої точки часового інтервалу, необхідно лише порогів рівень напруги встановлювати для найгіршого випадку.

Часові позиції інформаційних біт для асинхронного режиму передавання визначають за співвідношенням:

де j 1, 2…8 - номер інформаційного біта.

Рівень порогової напруги доцільно визначати для, найдовшого імпульсу який займає усі вісім частотних позицій (кодова комбінація 11111111), оскільки саме цей сигнал буде змінюватися найповільніше(рисунок 3).

Рисунок 3 находження на приймальний пункт кодової комбінації 11111111 при асинхронному режимі передавання:

Зміна такого сигналу буде відбувати у відповідності зі співвідношенням:

В найпростішому випадку передаються сигналі ТТЛ-рівня, нормальний рівень яких складає приблизно 3, 5 В. З урахуванням того, що необхідно ідентифікувати на першій інформаційній часовій позиції, значення напруги буде:

Такий рівень можна вважати пороговим, і якщо на даній часові позиції напруга прийнятого сигналу його перевищу, то на ній розташована одиниця кодового сигналу, якщо ні – то нуль.

За рахунок реалізації такого принципу можна суттєво скоротити смуга частот, що займається каналом. Крім цього, буде займатися не вся смуга, а лише вісім читко визначених формулою(2) дискретних частот. Це дозволяє розташувати на лінії додаткові канали, користуючись правилами частотного розподілу каналі та комбінації модуляції.