Квантование (формирование) сигнала

В логических схемах цифровых приборов информационные сигналы проходят последовательно по длинной цепочке ЛЭ.

Для нормального функционирования логических схем необходимо, чтобы сигнал, проходя через каждый ЛЭ, имел некоторые стандартные амплитудные и временные параметры (амплитуду, длительность фронтов) и существенно не изменял их.

Для этого требуется, чтобы ЛЭ обладал определенными формирующими свойствами. Наиболее полно формирующие свойства ЛЭ определяются амплитудной передаточной характеристикой Uвых = f(Uвх) (Рис.2.6.).

Рис.2.6. Амплитудная передаточная характеристика неинвертирующего ЛЭ

Рассмотрим процесс квантования сигнала на примере цепочки неинвертирующих ЛЭ (Рис.2.6). Точка А соответствует нижнему уровню сигнала «0», а точка В – верхнему уровню сигнала «1». Точка К разграничивает две области сигналов: с амплитудой Uвх меньше порога квантования и с амплитудой Uвх больше Uкв.

Сигналы с амплитудой Uвх < Uкв асимптотически стремятся к нижнему уровню (точка А), а сигналы с амплитудой Uвх > Uкв – к верхнему уровню (точка В) (Рис.2.7.).

а) - цепочка логических элементов
б) - квантование сигнала «0» (Uвх < Uкв)	в) - квантование сигнала «0» (Uвх > Uкв)
Рис.2.7. Квантование сигналов «0» и «1» в цепочке ЛЭ

Соответственно сигналы с амплитудой меньше Uкв затухают, а сигналы с амплитудой больше Uкв усиливаются в цепочке логических элементов до стандартного сигнала.

Т.о. при распространении по цепочке ЛЭ входной сигнал с амплитудой ниже или выше порога квантования Uкв асимптотически приближается к одному из уровней двоичного сигнала («0» или «1»), т.е. квантуется.

При проектировании логических схем цифровых приборов важно обеспечить минимальный разброс амплитудных передаточных характеристик ЛЭ при изменении окружающей температуры и напряжений питания, чтобы избежать появления в них сигналов нестандартной формы и сбоем.

Разброс амплитудных передаточных характеристик ЛЭ однозначно определяет зоны отображения уровней сигналов «0» и «1» и допустимый уровень помех в логических цепях.

Помехоустойчивость

При работе цифровых приборов недопустимы даже кратковременные искажения информации, т.к. они могут привести к ошибкам в конечных результатах. Поэтому ЛЭ должны обладать высокой помехоустойчивостью, т.е. нечувствительностью к действию помех при нулевом («0») и единичном уровнях входных сигналов.

Помехи в цифровых приборах имеют обычно характер кратковременных импульсов.

Различают внутренние и внешние помехи.

К внешним помехам относятся помехи от промышленной сети электропитания, сильноточных переключателей и т.д. Как правило, амплитуда и длительность внешних помех не зависит от параметров ЛЭ и определяется мощностью и спектром электромагнитного излучения внешнего источника и экранирующими свойствами конструкций и линий связи. Уровень внешних помех должен учитываться при конструировании цифрового прибора и внешних линий связи.

К внутренним помехам относятся такие помехи, амплитуда и длительность воздействия которых находится в прямой зависимости от амплитуды и длительности фронтов сигналов ЛЭ, т.е. помехи от ЛЭ и соединяющих их линий связи. Чем больше амплитуда рабочих сигналов ЛЭ, тем больше и амплитуда внутренних помех, и наоборот.

Для избавления от помех в электронных приборах необходимо обеспечить определенную зону помехоустойчивости ЛЭ.

Зона устойчивости ЛЭ определяется его амплитудной передаточной характеристикой (Рис.2.8, а) как разность между порогом квантования Uкв и соответствующими уровнями сигналов «0» и «1»: U пом 0 = │Uкв – UА│ , U пом 1 = │Uкв – UВ│.

Если помехе не достигает порога квантования, то на выходе появляется сигнал помехи с амплитудой меньшей, чем на входе. Такая помеха, пройдя через несколько последовательно включенных ЛЭ быстро затухает и не вызывает искажения информации в логической цепи.