Tekniikka ja liikenne 4.4.2011 1 (5) Tietoliikennetekniikan laboratorio Työ 1 PCM-työ Työn tarkoitus Työssä tutustutaan pulssikoodimodulaation tekniseen toteutustapaan. Samalla nähdään, miten A/Dmuunnin toimii. Kuvissa 2 ja 3 esitetään PCM-järjestelmän keskeiset komponentit: enkooderin, joka tekee signaalista PCM- muunnoksen, dekooderin, joka palauttaa signaalin takaisin analogiseen muotoon, sekä ajastinosan, joka antaa tarvittavat kellopulssit. Työ tehdään Lab-Voltin harjoitusalustaa hyväksi käyttäen. Lisäksi tarvitaan signaaligeneraattori ja nelikanavainen oskilloskooppi, jossa on neljä analogista ja 16 digitaalista sisään menoa (Agilent MSO7014A, kuva 1). Esitehtäviä: 1. Selvitä miten tapahtuu D/A muunnos työohjeen kuvassa 6. 2. Kuinka monta kvantisointiporrasta on 4-bittisessä A/D-muuntimessa (Lab-Volt)? Jos sisäänmenevä signaali on 5 V pp, kuinka suuri on erottelukyky? 2 4 =16, siis 15 porrasta. Erottelukyky: 5 V/15 = 333 mv
2 (5) Laboraatiotyö: Oskilloskoopin Agilent MSO7014A kalibrointi: 1. Palauta oletusasetukset: File-valikosta: Save/Recall Default Setup 2. Kytke mittapäät 1-4 kalibrointinastaan 3. Valitse Autoscale 4. Säädä tietojen keruutavaksi: Waveform-valikosta: Acquire Acq. Mode: High Resolution 5. Tallenna mittaustulokset USB-muistitikulle File-valikosta: Save/Recall Kuva 1. Agilent MSO7014A PCM-alustan kytkennät: Kytke PCM harjoitusalustalle kaikki johdot valmiiksi mittauksia varten ellei niitä ole valmiiksi kytketty. Valvoja tarkistaa kytkennän ennen seuraavaa vaihetta. Kuva 2. PCM-järjestelmän keskeiset komponentit: enkooderi, dekooderin sekä ajastinosa
3 (5) Kytke alustaan käyttöjännitteet (+15V / -15V / GND).Sisäänmenoon (J37) signaaligeneraattorista 800 Hz sinisignaali, amplitudi 3 V pp, DC-offset poissa Testaa, että signaali kulkee muunnosten läpi kohtuullisen hyvänä. Tarvittaessa säädetään trimmereistä. Siis: onko J37 J47? Mittaa molemmista V pp, signaalin taajuus ja sisään ja uloslähtevien signaalien aikaero (delay). Kooderin perusasetus (tehdään vain jos ulostulo J47 ei vastaa sisäänmenoa J37 ): Irrota signaaligeneraattori liittimestä J37 ja johdin liittimestä J40. Kytke käyttöjännitteet. Aseta oskilloskooppiin herkkyys arvoon 1 V/r ja pyyhkäisynopeus 20 µs/r Säädä PCM Encoder-piirin SYMM ADJ täysin myötäpäivään. Yhdistä skoopin kanava 1 J39:ään. Säädä SCALE ADJ siten, että näet 16 kvantisointitason 5 V pp signaalin. Säädä ZERO ADJ puoleen väliin. Aseta SYMM ADJ siten, että J39:n kvantisoidussa signaalissa on 7 tasoa. Katkaise käyttöjännitteet, palauta alussa poistetut kytkennät takaisin. PCM-mittaukset: Mittaukset suoritetaan pääsääntöisesti useampia kohteita yhtäaikaa mitaten, joten suunnittele, miten saat havainnollisimmin esitettyä koko PCM enkoodaus- ja dekoodausprosessin. Tarkoituksenmukaisinta on mitata neljä kohdetta kerrallaan siten, että kerralla näkyy esim. piiriin syötettävä analoginen signaali, S/H-piirin ulostulo, laskurin DA-muuntimen ulostulo ja PCMsignaalinulostulo jne. Tarvittaessa myös digitaalikanavia voi lisätä mittauksiin. Nimeä mittapäät asianmukaisesti (Label) Seuraavat kohteet tulisi mitata/tulostaa: Enkooderin toimintaperiaate: 1. Sisään tuleva signaali ja taajuus (J37) 2. S/H piirin ulostulo (J38) 3. Laskurin DA-muuntimen ulostulo (kvantisointiportaat) (J39) 4. PCM-signaali (J40) 5. Mittaa edellisistä kursoreilla S/H-piirin näytteenottotaajuus, kvantisointiportaan koko ja kesto ja vertaa niitä laskennallisiin arvoihin 6. Samaan kuvaan nelibittinen rinnakkainen data (B0 B3) ja rinnakkais/sarjamuuntimen ulostulo (J40) (PCM signaali) 7. Samaan kuvaan kaikki 4 kellopulssia (J2, J4, J7, J8) ja kellotettava(t) signaalit (kohdat 1.-4.), mittaa kellopulssien taajuudet!
4 (5) Dekooderin toimintaperiaate: 8. D/A-muuntimen sisäänmenot sarja- ja rinnakkaismuotoisena (J40, b0 b3) 9. Vastaanottimen D/A muuntimen ulostulo (J46) 10. Alipäästösuotimen ulostulo (J47) 11. Mittaa lisäksi aikaero sisääntulevan ja ulostulevan signaalin välillä. Mittaa myös sama myös sisäänmenosignaalin kaksinkertaisella taajuudella. Huomaat, ettei kyseessä ole vaiheeseen perustuva jättämä. Koeta selvittää, mihin eri vaiheisiin PCM-prosessissa aikaa kului. Kuva 3. PCM-signaalin siirto
5 (5) Kuva 4. PCM-signaalin muodostuksen periaate Kuva 5. DA-muuntimen periaate Kuva 6. Digital to Analog Converter (DAC) Kuva 7. Alipäästösuodin (LPF)