GIáo trình truyền dữ liêu part 9 pdf

CHƯƠNG 9
TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ BẰNG SÓNG MANG SỐ


. Nội dung :

9.1 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ .

9.2 ðIỀU MÃ XUNG .

9.3 ðIỀU CHẾ VI PHÂN VÀ DELTA .

9.4 2914 COMBO CHIP .



9.1 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ:



Hệ thống truyền số có thể truyền tín hiệu có nguồn gốc là tín hiệu số hoặc tương tự
sau khi ñã ñược số hóa.
- Tín hiệu tương tự (tiếng nói) sau khi ñược lấy mẫu bằng phương pháp PAM có thể
ñược ñưa lên ñường truyền ñể phát ñi, nhưng một hệ thống truyền tín hiệu xung như vậy
chưa phải là hệ thống truyền số vì tín hiệu ở ngã ra thiết bị phát là những xung có biên ñộ
khác nhau. Ðể truyền ñược trên hệ thống truyền số, các xung PAM này phải ñược số hóa
trước khi ñược ñưa ra ñường truyền.
- Ðường dây cáp truyền trực tiếp các mã nhị phân của hệ thống Bell có tên là T-
carriers.
- Riêng tín hiệu số từ các DTE muốn truyền trên T-carriers phải qua Modem ñể biến

thành tín hiệu tương tự nằm trong dải tần âm thanh rồi lại ñược số hóa (dĩ nhiên có dạng
khác với trước).
- Trong trường hợp muốn truyền các tín hiệu số nói trên với khoảng cách xa, người ta
có thể thực hiện ña hợp nhiều kênh rồi dùng phương pháp PSK ñể ñiều chế sóng mang siêu
cao tần ñể ñưa lên ñường truyền vi ba.
(H 9.1) là sơ ñồ một hệ thống truyền số như mô tả ở trên


Ðiều chế
PSK

(vi ba)
Giải ñc
PSK



|



↓


DTE

→
Modem

→


Biến ñổi

T-carriers

→


Biến ñổi

→

Modem →

DTE


Ðiện thoại

(t.t.)
→

ADC

(số) DAC (t.t.)
→

Ðiện thoại

Hệ thống phát Hệ thống thu
(H 9.1)



9.2 ÐIỀU MÃ XUNG (PULSE CODE MODULATION, PCM) :

PCM là một phương pháp biến ñổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số thịnh hành nhất.
Tín hiệu tương tự ñược giữ và lấy mẫu tại các thời ñiểm xác ñịnh (ñiều chế PAM) trước khi
ñưa vào mạch biến ñổi tương tự - số (ADC) ñể biến ñổi sang một số nhị phân có giá trị tương
ứng với biên ñộ của tín hiệu tương tự tại thời ñiểm lấy mẫu.
Trước nhất cần nhắc lại một số tính chất của PAM:
- Tần số xung lấy mẫu f
s
ít nhất phải bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu tương tự
f
m
. Ðây là ñiều kiện cần thiết ñể có thể phục hồi tín hiệu tương tự một cách chính xác ở máy
thu. (H 9.2b) cho thấy trường hợp f
s
≤ 2f
m
ñưa ñến sự biến dạng tín hiệu tương tự, tín hiệu
ñược tái tạo không có dạng của tín hiệu nguồn nữa. Ðây là biến dạng aliasing.
- Băng thông nhỏ nhất của kênh truyền PAM xấp xĩ tần số f
s
nên:
BW ≈2f
m
.

(a) (H 9.2) (b)


9.2.1 Tín hiệu PCM.
9.2.2 Băng thông của kênh truyền PCM.
9.2.3 Sai số lượng tử.
9.2.4 Tỉ số tín hiệu nhiễu.
9.2.5 Sự nén - giãn .
9.2.6 Lụât µ-255 trong thực tế.

9.2.1 Tín hiệu PCM :
(H 9.3) cho thấy vị trí mạch biến ñổi ADC (mã hóa PCM) và DAC (giải mã PCM)
trong hệ thống truyền số.



(H 9.3)
(H 9.4) là một ví dụ về dạng sóng của tín hiệu số dùng số nhị phân 5 bít ñể mã hóa
một tín hiệu tương tự.





(H 9.4)

Trong (H 9.4) tín hiệu tương tự ở ngã vào biến ñổi trong khoảng từ 0 ñến 7,75V. Số

bít dùng mã hóa là n = 5 nên số mức mã hóa tương ứng là 2
n
- 1 = 31. Như vậy một mức
trong mã hóa tương ứng với 7,75/31 = 0,25 V.
Với xung lấy mẫu có chu kỳ T
s
ta ñược các mẫu xung có biên ñộ lần lượt là: 2,25V,
4,25V và 6,0V. Các số nhị phân tương ứng với các mẫu xung này là: 01001, 10001, 11000.
Các số nhị phân này ñược biểu diễn bởi các mã b
4
b
3
b
2
b
1
b
0
(b
0
là LSB). Dĩ nhiên ở
ngã ra là các mã nhị phân song song, các mã này có thể qua bộ biến ñổi song song nối tiếp ñể
truyền ñi theo cách truyền nối tiếp.

9.2.2 Băng thông của kênh truyền PCM :
Trong PCM băng thông của kênh truyền tùy thuộc vào số bít n của tín hiệu số dùng
mã hóa các xung PAM của tín hiệu tương tự.
Nếu fs là tốc ñộ lấy mẫu, vận tốc truyền tín hiệu br ít nhất phải bằng n lần của f
s
:

Tốc ñộ bít br ≥ n f
s
= 2n f
m
(bps)

Thời gian cho một
bít
T



Tần số của tín hiệu lớn nhất khi có dạng sóng vuông 101010 Trong
trường hợp này mỗi chu kỳ của tín hiệu nhận ñược hai bít nên tần số cơ bản lớn nhất của
sóng vuông biểu diễn số nhị phân bằng phân nửa tốc ñộ bít : f
max
=1/2T = br/2


Vậy băng thông nhỏ nhất ñể thỏa ñường truyền này là:
BW = br/2 = nf
m

Thí dụ: Xác ñịnh tần số xung lấy mẫu nhỏ nhất f
s
và băng thông tối thiểu BW ñể
truyền tín hiệu tương tự có tần số 12 kHz bằng cách dùng số nhị phân 9 bít.
(f
s

)
min
= 2f
m
= 24 kHz
Tốc ñộ bít br = 2nfm = 2.9.12 = 216 kbps
Băng thông nhỏ nhất (BW)min = br/2 = 216/2 = 108 kHz
Qua thí dụ ta thấy ñể truyền tín hiệu tương tự 12 kHz băng thông cần là 108 kHz, khá
lớn so với tần số tín hiệu cần truyền. Ðây là một khuyết ñiểm cần ñược khắc phục của
phương pháp PCM.

9.2.3 Sai số (nhiễu) lượng tử (Quantizing error, noise) :
Phần trên cho thấy dùng một số n bít ñể mã hóa tín hiệu tương tự thì ñược 2
n
mẫu
biên ñộ của tín hiệu (nhưng chỉ có 2
n
-1 mức), khi n lớn thì số mẫu càng nhiều, khoảng cách
2 mức liên tiếp nhỏ lại. Tuy nhiên ta không thể nào chọn n = ∞ ñể khoảng cách này triệt tiêu,
thậm chí cũng không ñược chọn n quá lớn ñể giảm khoảng cách mức vì sẽ ñưa tới băng
thông của kênh truyền rất lớn, làm giảm số kênh truyền và ảnh hưởng rất nhiều ñến những
ñặc tính khác của hệ thống mà hậu quả là giá thành sẽ lên rất cao.
Nói cách khác n phải có giới hạn và sai số trong việc mã hóa là không thể tránh khỏi,
ta gọi sai số này là sai số lượng tử, nếu gọi e là khoảng cách mức (hay khoảng cách lấy mẫu)
thì sai số lượng tử lớn nhất là ± e/2.
Có thể nói hệ thống PCM có tính miễn nhiễu rất tốt nhưng nhiễu lượng tử thì ñương
nhiên hiện hữu nên khi nghiên cứu các hệ thống này ta không thể bỏ qua tác dụng của nó.
Do tín hiệu tương tự trong nhiều trường hợp là loại lưỡng cực nên khi thực hiện mã
hóa người ta dùng các số nhị phân với bit MSB là bit dấu
(H 9.5.a) cho thấy sự tương quan giữa ñiện áp lấy mẫu va và mã nhị phân n bít tương

ứng, giả sử va giới hạn trong khoảng –V
m
ñến +V
m
. Gọi V
p
là ñiện áp ñỉnh-ñỉnh: V
p
=2V
m

(H 9.5.b) là một ví dụ cụ thể với V
m
 = 5,1 V và n = 8

Khoảng cách 2 mức ñiện áp là : e



Sai số lượng tử tương ứng là ± e/2 = ± 0,02 V




(H 9.5)
Lưu ý là trị 0 của tín hiệu nhận 2 mã có dấu + (80) và - (00), nhưng khoảng cách mức
vẫn không ñổi (0,04V).


a- Sai số tương ñối trong lượng tử hóa.

b- Xác ñịnh n theo %q.


a-/ Sai số tương ñối trong lượng tử hóa :
Gọi q là sai số tương ñối của tín hiệu trong lượng tử hóa :




q



Với v
a
là ñiện áp của tín hiệu tương tự cần lấy mẫu.
Tính q theo phần trăm %


% q



Ta thấy phần trăm sai số tương ñối tăng lên khi va nhỏ, ñiều này
ñược minh họa ở (H 9.6)

(H 9.6)

b-/ Xác ñịnh n theo %q :
Từ biểu thức trên, với một giá trị %q ñịnh trước người ta có thể chọn n tối thiểu cần
thiết ñể thỏa mãn yêu cầu về sai số.



n
= 3,32log|(100/%q)(V
m
/|v
a
|)+1|
Ví dụ Tính giá trị n cần thiết ñể %q ≤ 10% khi v
a
= 5% trị cực ñại V
m

n ≥ 3,32 log (100/10)(1/0,05) + 1 = 7,65
Ta chọn n = 8

9.2.4 Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR :
Tín hiệu trước khi lấy mẫu là tín hiệu tương tự, xác ñịnh bởi trị hiệu dụng (RMS), như
vậy ñể xác ñịnh ñược tỉ số SNR trước nhất ta hãy tính trị hiệu dụng của sai số lượng tử (tức
e
RMS
của nhiễu).
Xét trường hợp ñơn giản tín hiệu tương tự là một ñường thẳng, tín hiệu lấy mẫu (cũng
là tín hiệu ra ở máy thu) có dạng nấc thang và do ñó dạng sóng của thành phần sai số là tín

hiệu răng cưa (H 9.7b)




(a) (H 9.7) (b)
Trong khoảng (-T/2,T/2) thành phần sai số lượng tử có dạng ñường thẳng qua gốc tọa
ñộ với ñộ dốc



nên phương trình của sai số là:



và trị hiệu dụng của sai số là :
e
RMS

=






e
RMS
=

Thí dụ : Nếu dùng số nhị phân n = 5 bít ñể mã hóa tên
hiệu biên ñộ ñỉnh-ñỉnh là V
p
= 5V. Xác ñịnh trị hiệu dụng của nhiễu e
RMS
và SNR trong hai
trường hợp v
a
= 2,5V và v
a
= 1V

- Với v
a
= 2,5V

e
RMS
=


SNR = 2,5/0,0451 = 55,4 = 34,3 dB
- Với v
a
= 1V
ta ñược SNR = 22,17 hay 26,9 dB.
Như vậy, tỉ số SNR càng nhỏ khi giá trị của tín hiệu càng nhỏ.

9.2.5 Sự nén - giãn (Compressing & Expanding, vt Companding):

Việc mã hóa mà ta bàn ở trên dựa trên cơ sở quan hệ giữa ñiện áp và giá trị mã hóa là
quan hệ ñường thẳng trong ñó sự gia tăng các mức là không ñổi, ta gọi hình thức mã hóa này
là PCM tuyến tính. Ðiểm bất lợi của phương pháp này là sai số như nhau với mọi ñiện áp tín
hiệu nên kết quả là với các tín hiệu có biên ñộ nhỏ thì SNR cũng nhỏ, nói cách khác nhiễu
trở nên rất ñáng kể khi tín hiệu có giá trị nhỏ.
Ðể khắc phục khuyết ñiểm này, người ta dùng phương pháp mã hóa theo ñường cong,
cụ thể là dạng logarit, ta gọi là PCM logarit, trong cách mã hóa này tín hiệu có giá trị nhỏ
ñược mã hóa với khoảng cách mức nhỏ hơn và tín hiệu có giá trị gần với trị cực ñại ñược mã
hóa với khoảng cách mức lớn hơn, ñường cong mã hóa có ñộ dốc cao ở phần ñầu và bị nén
lại ở phần cuối. Ðây là một quá trình nén ở máy phát và dĩ nhiên một quá trình ngược lại
ñược thực hiện ở máy thu ñể phục hồi tín hiệu, gọi là quá trình giãn. Kết quả của sự nén này
cho tỉ số SNR như nhau với mọi tín hiệu vào.
Có hai luật nén khác nhau áp dụng ở hai vùng lục ñịa :

- Luật µ-255 , sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ, mối quan hệ ñiện áp vào V
in
và mã (ñiện áp ra
V
out
) có dạng :





Trong ñó µ = 2
n
- 1 ; với n = 8 ta ñược µ = 255.
(H 9.8.a) cho ñường cong mã hóa theo luật µ-255 (vẽ theo trị chuẩn hóa của V
in

và
V
out
)




(a) luật µ-255



(b) luật A-87,6
(H 9.8)
- Luật A-87,6 ñược sử dụng rộng rãi ở Âu châu, mối quan hệ giữa ñiện áp và mã có
dạng :


- Khi V
in
 > 1/A





- Khi 0<V
in
 < 1/A

V
out
=


Với A = 87,6
Có một số ñiểm giống và khác nhau giữa hai luật nói trên mà ta cần lưu ý:
- Trong cả hai luật các bít ñầu tiên của mã số ñều là bít dấu và có 2 mã cho trị 0.
- Trong luật µ-255 , trừ bít dấu, các bit mã bị ñảo trước khi ñưa ra ñường truyền, ñiều
này ñưa ñến kết quả là trong từ mã chứa số bit 1 nhiều hơn (do biên ñộ tín hiệu nằm trong
vùng giá trị thấp thường xảy ra hơn), thuận tiện cho việc tạo ñồng bộ. Ðặc tuyến truyền qua
ñiểm gốc theo phương nằm ngang, ñiều này khiến cho hệ thống tránh ñược nhiễu kênh trống,
tức nhiễu xuất hiện ngay khi không có tín hiệu.
- Trong luật A-87,6, 3 bít ngay sau bít dấu chỉ số của ñoạn thẳng mà giá trị ñiện áp rơi
vào (mức của ñiện áp), 4 bít cuối chỉ vị trí cụ thể của ñiện áp trên ñoạn ñó. Ðặc tuyến truyền
ñi qua ñiểm gốc theo phương thẳng ñứng, ñiều này ñưa ñến kết quả là có nhiễu kênh trống.

9.2.6 Lụât µ
µµ
µ-255 trong thực tế :
Trong thưc tế, việc mã hóa theo luật nén µ-255 ñược thực hiện như sau:
Ðầu tiên, mỗi tín hiệu ñược lấy mẫu và mã hóa bởi số nhị phân 12 bít ñể có ñươc ñộ
phân giải cao. Thay vì truyền ñi 12 bít này, người ta nén xuống còn 8 bít. Dĩ nhiên trong sự
nén này không thể không tạo ra sai số và sai số càng ít ñối với tín hiệu càng nhỏ thì yêu cầu
xem như ñã ñạt ñược. Trong khi nén từ 12 xuống 8 bít thì bít dấu (MSB) không thay ñổi, 11
bít còn lại ñược chia thành 8 ñoạn, mỗi ñoạn ñược biểu diễn bởi một số 3 bit (gọi là mã
ñoạn) và xác ñịnh bằng cách lấy 7 trừ cho số số 0 ñầu tiên của mã 11 bít.
Thí dụ: mã 12 bít là s00001101010
mã ñoạn là 7 - 4 = 3 = 011
Bít 1 ñầu tiên sau các bít 0 sẽ không ñược phát ñi, 4 bít theo sau ngay bít 1 này ñược

phát ñi trọn vẹn và ñó là các bít cuối cùng của mã 8 bít, tất cả các bít còn lại sẽ bị bỏ ñi.
Ở máy thu khi nhận ñược mã 8 bít, việc ñầu tiên là phục hồi lại mã 12 bít trước khi
giải mã
Thí dụ: mã 8 bít nhận ñược là s011 1010
lấy 7 - 3 = 4, vậy sau bít dấu là 4 bít 0, tiếp theo là bít 1 và 4 bít nguyên mẫu
mã 12 bít sẽ là s0000 1 1010 xx
Trong trường hơp này máy thu không có thông tin nào về 2 bít cuối cùng (thay ñổi từ
00 ñến 11). Ðể bảo ñảm sai số là nhỏ nhất, ở máy thu người ta thay thế 2 bit này bởi 2 bit 10,
như vậy trong thí dụ trên mã 12 bít phục hồi ở máy thu sẽ là s00001101010. Nguyên tắc này
cũng ñược sử dụng cho trường hợp số bit bị mất thông tin nhiều hơn 2, nghĩa là các bit thay
thế luôn luôn gồm một bit 1 và các bit 0 theo sau sao cho ñủ 12 bit.
Sai số tuyệt ñối do sự nén tùy thuộc mã của ñoạn ñược phát ñi. Ðoạn tương ứng với
giá trị cao của tín hiệu có sai số tuyệt ñối càng lớn.
Bảng 9.1 cho thấy mã 12 bít ban ñầu, mã 8 bít tương ứng và mã 12 bít phục hồi cùng
các ñoạn tương ứng.

Bảng 9.1
ñoạn mã 12 bít ban ñầu mã 8 bít nén mã 12 bít phục hồi
0
1
2
3
4
5
6
7
s0000000abcd
s0000001abcd
s000001abcdx
s00001abcdxx

s0001abcdxxx
s001abcdxxxx
s01abcdxxxxx
s1abcdxxxxxx
s000abcd
s001abcd
s010abcd
s011abcd
s100abcd
s101abcd
s110abcd
s111abcd
s0000000abcd
s0000001abcd
s000001abcd1
s00001abcd10
s0001abcd100
s001abcd1000
s01abcd10000
s1abcd100000

Trong bảng 9.1 abcd là các bít ñươc giữ nguyên ñể phát ñi , các bít x là các bít mất ñi
trong quá trình nén (ñoạn 0 ñược thực hiện một cách ngoại lệ). Lưu ý là ñoạn 0 và 1 ñược
phục hồi không có sai số trong khi ñoạn 7 chỉ có 6 bít MSB là ñược phục hồi chính xác. Bỏ
qua bít dấu 11 bít còn lại tạo ra 211 = 2048 tổ hợp. Hai ñoạn 0 và 1 mỗi ñoạn ứng với 16 tổ
hợüp khác nhau tùy thuộc giá trị cụ thể của a,b,c,d. Ở ñoạn 2, 5 bít cuối abcd và x cho 32 tổ
hợp khác nhau, tuy nhiên trong quá trình nén 32 tổ hợp này chỉ cho 16 mức tương ứng, diễn
tả bởi abcd và 1, ta nói 32 mức ñã ñược nén thành 16. Tương tự, ñoạn 3 ñã nén 64 mức
xuống còn 16, và ñoạn 7 ñã nén 1024 mức xuống còn 16 mức. giản ñồ nén theo phương
pháp trên ñược minh họa ở (H 9.9), giản ñồ này rất gần với giản ñồ lý thuyết của luật µ-255.

Kết quả của phương pháp nén cho thấy các tín hiệu nhỏ (trường hợp thưòng xảy ra)
có thể ñược mã hóa bởi một chuỗi liên tục các số 0, ñiều này khiến cho sự ñồng bộ ở máy
thu gặp khó khăn, vì lý do này mà người ta ñã ñảo các bít, trừ bít dấu, trước khi phát ñi, như
ñã thấy trên giản ñồ (lý thuyết) của luật µ-255.



(H 9.9)
Qua phương pháp nén thực tế ta thấy sai số gia tăng theo ñộ lớn của tín hiệu nhưng
phần trăm sai số thì như nhau cho các ñoạn.
Công thức dưới ñây ñược dùng ñể tính phần trăm sai số:
[ mức phát - mức thu ]
%sai số = 100
mức thu
Phần trăm sai số cực ñại ứng với các số nhỏ nhất trong một ñoạn.
Thí dụ
Ðối với ñoạn 3:
Phát s00001000000
Thu s00001000010

% sai số
=


= 3,03%

Ðối với ñoạn 7:
Phát s10000000000
Thu s10000100000

% sai số =



= 3,03%

9.3 ÐIỀU CHẾ VI PHÂN VÀ DELTA:


Trong truyền thông delta có hiệu qua cao ñôi khi người ta chỉ truyền ñi thông tin ñặc
trưng cho sự thay ñổi của tín hiệu thay vì bản thân tín hiệu ñó. Ở máy thu sẽ dựa vào sự thay
ñổi này ñể khôi phục lại tín hiệu ban ñầu. Ðây là cơ sở của phương pháp ñiều chế vi phân và
Delta.
Phương pháp này chứng tỏ có hiệu quả thực sự cao khi tín hiệu truyền có ít sự thay
ñổi, ví dụ tín hiệu Video là loại tín hiệu chứa nhiều thông tin lặp lại. Thực tế cho thấy dùng
ñiều chế Delta cho tín hiệu âm thanh ñã giảm ñược tốc ñộ bít ñến 50%. Các yêu cầu về ñồng
bộ giữa thiết bị thu và phát trong ñiều chế Delta ít hơn ở PCM, nhưng việc ghép kênh khó
khăn hơn do băng thông của ñiều chế Delta khá rộng.


9.3.1 Ðiều chế Delta.
9.3.2 Diều chế PCM vi phân.

9.3.1 Ðiều chế Delta :
Việc truyền sự thay ñổi của tín hiệu có thể thực hiện ñơn giản bằng cách so sánh biên
ñộ tín hiệu mới lấy mẫu với biên ñộ của tín hiệu trước ñó, phát kết quả so sánh, gọi là tín
hiệu vi phân (gồm các bít 1 hoặc 0) tới nơi thu. Bộ giải mã thu nhận sự thay ñổi này và có
thể cộng liên tiếp các tín hiệu vi phân (tức là lấy tích phân) ñể phục hồi tín hiệu ñã phát. (H
9.10) minh họa một hệ thống ñiều chế Delta.
- Máy phát : Một OPAMP so sánh hai tín hiệu vào S(t), là tín hiệu cần truyền và S'(t),

là tín hiệu trể, ñể tạo ra tín hiệu vi phân , tín hiệu này sau khi ñược làm trể một chu kỳ ñồng
hồ bởi một FFD, ta ñược tín hiệu e(t), ñây là tín hiệu truyền tới nơi thu. e(t) có giá trị dương
khi S(t) > S'(t) và âm khi ngược lại.
- Máy thu : Tín hiệu e(t) nhận ñược sẽ qua một mạch tích phân ñể phục hồi S(t). (H
8.9.b) chỉ dạng các tín hiệu.






(a) (b)
(H 9.10)


9.3.1.1 Nhiễu lượng tử.
9.3.1.2 Quá tải ñộ dốc.
9.3.1.3 Băng thông.

9.3.1.4 Ðiều chế Delta có ñộ dốc biến ñổi.

9.3.1.1 Nhiễu lượng tử :
Quan sát dạng sóng (H 9.10b) ta thấy khi tín hiệu vào S(t) không ñổi, tín hiệu S'(t) có
giá trị thay ñổi trên hoặc dưới S(t) và e(t) dao ñộng giữa mức dương và âm. Sự sai biệt này
giữa hai tín hiêụ là nhiễu lượng tử. Thành phần nhiễu này có thể giảm bớt nếu ta giảm chiều
dài bước h (step size) và thu nhỏ chu kỳ xung ñồng hồ T
s
. Tuy nhiên ñiều này sẽ ảnh hưởng
ñến băng thông của tín hiệu.

9.3.1.2 Quá tải ñộ dốc (Slope - overload) :
Nếu tín hiệu vào S(t) ở máy phát biến ñổi quá nhanh, S’(t) không theo kịp sự biến ñổi
này và việc mã hóa không còn ñúng, kết quả là tín hiệu phục hồi ở máy thu bị biến dạng. Ta
gọi ñây là biến dạng do quá tải ñộ dốc (ñoạn cuối (H 9.10b)).
Ðộ dốc của tín hiệu ra từ mạch tích phân là h/T
s
.
Thành phần tần số cao nhất của tín hiệu vào phải ñược giới hạn ñể ñộ dốc cực ñại của
tín hiệu không vượt quá giá trị này, ñó là ñiều kiện ñể tránh quá tải ñộ dốc.

Lấy ví dụ tín hiệu vào là sóng sin : S(t) = V
m
sin(2πf
in
t)
Ðộ dốc của S(t) là ñạo hàm dS(t)/dt :



= 2 π V
m
f
in
cos(2πf
in
t)

Ðộ dốc cực ñại khi t = 0 và bằng

= 2π V
m
f
in



Ðể tránh quá tải ñộ dốc, phải có :
2π V
m
f
in
≤ hf
s


Hay f
in

≤



9.3.1.3 Băng thông :
Từ (H 9.10b) ta thấy tần số lớn nhất của tín hiệu e(t) trên ñường truyền là f
s
/2 do ñó
băng thông tối thiểu của ñường truyền là

BW ≈


≥



Biểu thức cho ta xác ñịnh băng thông tối thiểu của hệ thống ñể tránh
ñược biến dạng do quá tải ñộ dốc.
Giá trị băng thông tùy thuộc Vm/h. Như nói trên ñể giảm nhiễu ta có thể giảm h,
nhưng như vậy băng thông sẽ lớn.
Thí dụ lấy giá trị cụ thể của h là 5% V
m
thì V
m
/h = 20 và BW = 63 f
in
. Kết quả cho
ta thấy băng thông của ñường truyền lớn như thế nào.
Ðể phát sóng sin 12 kHz dùng PCM 9 bít cần băng thông 108 kHz. Ta thử tính băng
thông trong trường hợp dùng ñiều chế Delta.
9 bít PCM cung cấp một bước ñiện áp giữa các mã kề nhau là 2V
m
/511. Nếu chọn h
bằng giá trị này ta tính ñược :

BW
≥

= π( 511/2) 12 kHz = 9,65 MHz

f
s
= 2BW = 19,3 MHz

9.3.1.4 Ðiều chế Delta có ñộ dốc biến ñổi :
Ðể tránh hiện tượng quá tải ñộ dốc, ngưới ta dùng cách ñiều chế Delta có ñộ dốc biến
ñổi (Variable Slope Delta Modulation, VSDM) . Trong VSDM ñộ dốc của tín hiệu ở ngã ra
mạch tích phân S'(t) thay ñổi theo ñộ dốc của tín hiệu vào, như vậy sẽ tránh ñược biến dạng
khi tín hiệu vào thay ñổi quá nhanh.
Nguyên lý của ñiều chế VSDM là dùng sự biến ñổi của ñộ dốc của tín hiệu vào ñể
ñiều khiển hệ số của mạch tích phân, nếu ñộ dốc của tín hiệu vào tiếp tục tăng hay giảm, hệ
số của mạch tích phân tăng hay giảm theo ñể làm thay ñổi chiều dài bước của xung lấy mẫu,
chiều dài bước sẽ lớn khi tín hiệu vào biến ñổi nhanh và nhỏ khi sự biến ñổi này chậm.
(H 9.11) mô tả một hệ thống thu phát dùng kỹ thuật VSDM.
- Máy phát : Tín hiệu ở ngã ra OPAMP ñược ñưa vào một bộ ghi dịch 3 bít, gồm 3
FFD, các tín hiệu ra ở các FF này lần lượt là e(t), e(t + T
s
) và e(t + 2T
s
) và các ñảo của nó
ñược ñưa vào bộ phát hiện trùng lặp gồm các cổng AND và OR. Tín hiệu ở ngã ra bộ trùng
lặp ñược dùng ñể ñiều khiển ñộ lợi một mạch khuếch ñại và ñộ lợi này làm thay ñổi hệ số
của mạch tích phân. Cơ chế của sự ñiều khiển này như sau: Khi ñộ dốc của tín hiệu vào tiếp
tục gia tăng (hoặc tiếp tục giảm) ở ngã ra các FFD xuất hiện các bít 1 hoặc 0, lúc ñó bộ trùng
lặp nhận ñồng thời 3 bít 1 hoặc 3 bít 0, khiến ngã ra của nó lên 1, tín hiệu này ñược ñưa vào
một mạch so sánh với một ñiện áp chuẩn ñể tạo tín hiệu ñiều khiển mạch khuếch ñại.
- Máy thu : ở máy thu sự vận chuyển cũng tương tự như thế.

(a) Hệ thống phát (b) Hệ thống thu
(H 9.11)

(H 9.12) minh họa một dạng sóng của tín hiệu hình sin ở ngã vào , tín hiệu vi phân
e(t) và tín hiệu tương ứng ở ngã ra bộ tích phân.



(H 9.12)

Trên thị trường IC ñiều chế và giải ñiều chế biến ñổi ñộ dốc liên tục (Continuously
Variable Slope Delta, CVSD ) MC 3417 của hảng MOTOROLA có cấu tạo như sơ ñồ (H
9.11) ñược sử dụng rộng rãi trong ñiện thoại. (H 9.13) là sơ ñồ chức năng của IC MC 3417.



(H 9.13)


9.3.2 Ðiều chế PCM vi phân ( Differential PCM, DPCM) :
Ðiều mã xung vi phân DPCM là sự kết hợp hai phương pháp : ñiều chế Delta và ñiều
mã xung. Tín hiệu vi phân e(t), có từ ñiều chế Delta, ñược phát ñi theo cách ñiều mã xung
nghĩa là sẽ ñược mã hóa với 2
m
mức, trong ñó m là số bít của tín hiệu. Với cách ñiều chế này
số bít cần thiết cho việc mã hóa sẽ giảm ñi rất nhiều nếu tín hiệu vào ít thay ñổi, ñiều này dẫn

ñến băng thông của kênh truyền sẽ giảm ñáng kể, tuy nhiên sự quá tải ñộ dốc vẫn là một vấn
ñề nghiêm trọng cần phải ñược quan tâm.


9.4 2914 COMBO CHIP :


Ðể phục vụ cho việc phát tín hiệu số, các IC CODEC ñã ra ñời.
Có thể kể ra dưới ñây một số IC ñã có mặt trên thị trường:
- 2910A và 2911A là các IC mã hóa và giải mã (Codec), khi sử dụng kết hợp với IC
làm chức năng lọc 2912A.
- 2913 (20 chân) và 2914 (24 chân) là các IC vừa thực hiện mã hóa, giải mã và cả
chức năng lọc trong một chip, ñược gọi là combo chip.
- 2916 và 2917 là thế hệ sau, có cùng chức năng như 2913 và 2914 nhưng có it chân
hơn (16 chân).
Sau ñây, chúng ta sẽ khảo sát một IC tiêu biểu: 2914.


9.4.1 Vận hành tổng quát.
9.4.2 Ðộ tin cậy của IC.
9.4.3 Chế ñộ giảm nguồn và chờ.
9.4.4 Chế ñộ vận tốc cố ñịnh.
9.4.5 Chế ñộ vận tốc thay ñổi.
9.4.6 Tín hiệu báo.
9.4.7 Vận hành bất ñồng bộ.
9.4.8 Vòng tương tự.
9.4.9 ðiện thế tham chiếu chính xác.
9.4.10 Mạch lọc phát.
9.4.11 Mạch khuếch ñại công suất.

9.4.1 Vận hành tổng quát :
Các chức năng chính của 2914:
- Lọc dải thông tín hiệu tương tự trước khi mã hóa và sau khi giải mã.
- Mã hóa và giải mã tín hiệu âm thanh và tín hiệu của các cuộc gọi
- Mã hóa và giải mã các thông tin báo hiệu và giám sát.
- Thực hiện việc nén - giãn.
(H 9.14 ) là sơ ñồ khối của 2914



(H 9.14)
Bảng 9.2 VÀ 9.3 tóm tắt chức năng của các chân :

Bảng 9.2
Ký hiệu Tên Ký hiệu Tên
VBB
PWRO+,PWRO-

GSR

CLKSEL
LOOP
SIGR
DCLKR
DR ↓
FSR
GRDD
Power (-5V)
Power Amplifier Output
Receive Gain control

Power-down select
Master clock freq. select
Analog loopback
Receive signaling bit
output
Receive variable data
rate
Receive PCM highway
CLKR
CLKX
FSX
DX
/DCLKX

SIGX/ASEL


GRDA
VFXI+
Receive master clock
Transmit master clock
Transmit frame synch.
Clock
Transmit PCM output
Timeslot strobe/ Buffer
enable
Transmit variable data rate
Transmit signaling bit input

µ- or A-law select

Analog ground
VCC input
Receive frame synch.
Clock
Digital Ground
Power (+5V)
VFXI-
GSX
Noninverting analog input
Inverting analog input
Transmit gain control

Bảng 9.3
Ký hiêu Chức năng
VBB
PWRO+

PWRO-
GSR


CLKSEL



LOOP

SIGR

DCLKR

DR

FSR



GRDD
CLKR

CLKX

FSX

DX

Nguồn -5V ±5%
Ngã ra không ñảo của mạch khuếch ñại CS thu. Có thể thúc biến áp hỗn hợp
hoặc trực tiếp cho tải có tổng trở cao (ñơn hay vi sai)
Ngã ra ñảo của mạch khuếch ñại CS thu. Chức năng giống và bổ túc cho
PWRO+
Ngã vào dùng ñiều chỉnh ñộ lợi mạch CS thu. Mức tín hiệu phát có thể ñược
ñiều chỉnh trên dải rộng 12 dB tùy vào ñiện thế ở chân GSR
Chọn giảm thế nguồn. Mức cao: 2914 ở trạng thái tác ñộng- Mức thấp:
Giảm thế nguồn
Chọn tần số xung ñồng hồ thu phát chính:
CLKSEL = VBB . . . . . . . 2,048 MHz
CLKSEL = GRDD . . . . .1,544 MHz

CLKSEL = VCC . . . . . . . 1,536 MHz
Vòng tương tự. Mức TTL cao: PWRO+ nối (bên trong) VFXI+, GSR nối
với PWRO-, và VFXI- với GSX. Một tín hiệu số 0 dBm ở ngã vào DR sẽ
cho ra t.h. số +3dBm ở DX
Bit báo hiệu ra từ máy thu. Ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh, SIGR xuất trạng thái
logic của bit thứ 8 (LSB) của từ mã PCM của khung báo hiệu mới nhất.
Chọn chế ñộ vận tốc cố ñịnh hay vận tốc thay ñổi ñể hoạt ñộng:
DCLKR = VBB: Chế ñộ vận tốc cố ñịnh
DCLKR không nối với VBB : Chế ñộ vận tốc thay ñổi, chân này là ngã vào
của xung ñồng hồ từ 64 KHz tới 2.048MHz (mức TTL).
Ngã vào PCM. Dữ liệu nhận vào từ chân này ứng với cạnh xuống của 8
xung ñồng hồ liên tiếp. CLKR ở chế ñộ vt cố ñịnh và DCLKR ở chế ñộ vt
thay ñổi
Ngã vào xung ñồng bộ khung, 8 KHz/ Chốt khe thời gian, phần thu. Trong
chế ñộ vận tốc cố ñịnh chân này xác ñịnh khung loại báo hiệu hay không.
Trong chế ñộ vận tốc thay ñổi, chân này phải ñược giữ ở mức cao trong suốt
thời gian của từ mã PCM (8 bit). Phần thu sẽ ñi vào chế ñộ chờ khi chân
này ở mức thấp trong khoảng thời gian 300ms
Mass số cho tất cả mạch logic bên trong. Không nối với GRDA
Xung ñồng hồ thu chính và vận tốc bit ở chế ñộ vt cố ñịnh; là xung ñồng hồ
thu chính ở chế ñộ vận tốc thay ñổi
Xung ñồng hồ phát chính và vận tốc bit ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh; là xung
ñồng hồ phát chính ở chế ñộ vận tốc thay ñổi
/DCLKX



SIGX/ASEL

GRDA
VFXI+
VFXI-
GSX

VCC
Ngã vào xung ñồng bộ khung, 8 KHz/ Chốt khe thời gian, phần phát. Hoạt
ñộng ñộc lập nhưng theo một cách giống như FSR
Ngã ra PCM. Dữ liệu xuất ra từ chân này ứng với cạnh lên của 8 xung ñồng
hồ liên tiếp. CLKX ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh và DCLKX ở chế ñộ vận tốc
thay ñổi
Ngã ra: chốt khe thời gian phần phát.
Ngã vào: ñồng hồ vận tốc bit phần phát. Ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh, là ngã
vào ñiều khiển ñệm 3 trạng thái. Ở chế ñộ vận tốc thay ñổi, là ngã vào xung
ñồng hồ mức TTL cho phép IC hoạt ñộng với vận tốc bit từ 64 Kbps tới
2048 Kbps
Chân có 2 chức năng. Khi nối với VBB, cho phép chọn luật nén A-87,6. Khi
không nối với VBB chân này là ngã vào cho bit báo hiệu có mức TTL. Tín
hiệu này thay thế cho bit LSB của từ mã của các khung báo hiệu.
Mass chung cho các mạch tương tự
Ngã vào không ñảo của tín hiệu tương tự
Ngã vào ñảo của tín hiệu tương tự
Ngã vào tín hiệu âm thanh của mạch lọc phát. Nhận tín hiệu từ ngã ra mạch
OPAMP khuếch ñại ñầu vào.
Nguồn +5V ±5%
9.4.2 Ðộ tin cậy của IC :
Khi tất cả mạch ñồng hồ và nguồn ñều ñược nối vào, Combo chip 2914 ñược cấp
nguồn bằng cách cung cấp xung cho ngã vào ñồng bộ khung phát (FSX) và/hoặc ngã vào
ñồng bộ khung thu (FSR), ñồng thời áp vào chân Power Down Select ( ) mức TTL cao.

2914 có một reset nội khi ñược cấp nguồn (khi có sự gián ñoạn và VBB hoặc VCC ñược nối
trở lại). Ðiều này bảo ñảm tín hiệu số ra có hiệu lực và do ñó duy trì sự hội nhập xa lộ PCM
của IC.
Ở phần phát, ngã ra dữ liệu PCM (DX) và Transmit Timeslot Strobe ( ) ñược giữ
ở trạng thái tổng trở cao trong khoảng thời gian của 4 khung (500µs) sau khi ñược cấp
nguồn. Sau thời gian trể này Combo chip ñi vào chế ñộ vận hành, các tín hiệu DX,( ), và
tín hiệu báo (signaling) ñược ñịnh vị ở các khe thời gian riêng. Nhờ mạch auto-zeroing ở
phần phát mạch tương tự cần khoảng 60ms ñể ñạt trạng thái cân bằng. Như vậy, những thông
tin báo hiệu như on/off hook gần như có hiệu lực tức thời trong khi tín hiệu tương tự sẽ chỉ
có hiệu lực sau 60ms.
Ở phần thu, chân Signaling Bit Output (SIGR) cũng ñược giữ ở mức thấp (inactive)
khoảng 500µs sau khi cấp nguồn và giữ trạng thái không tác ñộng này cho ñến lúc ñược cập
nhật bởi việc nhận khung báo hiệu (signaling frame)
Ðể tăng ñộ tin cậy của hệ thống, chân ( ) và DX ñược ñưa lên trạng thái tổng trở
cao và chân SIGR giữ mức thấp khoảng 30µs sau một sự gián ñoạn của xung ñồng hồ chính
(CLKX). Sự gián ñoạn có thể do ñiều kiện lỗi nào ñó.

9.4.3 Chế ñộ giảm nguồn và chờ :
Ðể tiết kiệm năng lượng tiêu thụ xuống tới mức tối thiểu (5 mW), hai chế ñộ giảm
nguồn ñược áp dụng cho 2914, trong ñó hầu hết các chức năng của nó ñều không ñược phép.
Ở chế ñộ này chỉ các mạch ñồng hồ và ñệm ñồng bộ khung là ñược cấp nguồn (ở ñiều kiện
Enable).
Chế ñộ giảm nguồn ñược thực hiện bằng cách ñặt mức TTL thấp vào chân .
Chế ñộ chờ ñược thực hiện cho phần phát và thu một cách riêng rẽ bằng cách ñưa
chân FSX hay FSR xuống thấp trong khoảng thời gian 300ms. Khi cả phần thu và phát ñều ở
chế ñộ chờ thì công suất tiêu thụ khoảng 12 mW.

9.4.4 Chế ñộ vận tốc cố ñịnh :
Chế ñộ vận tốc cố ñịnh xảy ra khi nối DCLKR với VBB, lúc này, các mạch ñồng hồ
thu phát chính thực hiện các chức năng:

- Cung cấp xung ñồng hồ chính cho mạch lọc.
- Cung cấp xung ñồng hồ chính cho mạch ñổi tương tự - số và ngược lại.
- Xác ñịnh vận tốc bit vào ra giữa codec và xa lộ PCM.

Trong chế ñộ vận tốc cố ñịnh, vận tốc bit thu phát bằng với tần số xung ñồng hồ và có
một trong các giá trị 1,536, 1,544, hay 2,048 Mbps.
Xung ñồng bộ thu phát (FSX và FSR) là 8 KHz dùng xác ñịnh tần số lấy mẫu và ñộ
rộng của nó cho phép phân biệt khung có tín hiệu báo và khung không tín hiệu báo, xung có
ñộ rộng 1 bit dùng cho các khung không có tín hiệu báo và xung có ñộ rộng 2 bit dùng cho
các khung có tín hiệu báo. Ngã ra timeslot strobe buffer enable ( ) ñược dùng ñể ñưa từ
mã PCM lên xa lộ PCM khi một mạch ñệm bên ngoài ñược dùng ñể thúc ñường này.Ā cũng
ñược dùng như một xung cổng bên ngoài cho mạch ña hợp thời gian (H 9.15).
Dữ liệu phát ra trên xa lộ PCM từ ngã ra DX ứng với 8 cạnh lên ( ) ñầu tiên của xung
ñồng hồ CLKX theo sau cạnh lên của FSX.




(H 9.15a)



(H 9.15 b)