Làm cách nào tôi có thể 'kéo dài' tín hiệu kịp thời bằng các thành phần tương tự?


9

Làm thế nào để tín hiệu (ví dụ tín hiệu vô tuyến tương tự) có thể được "kéo dài" theo thời gian, để tần số giảm đi một nửa và tín hiệu mất gấp đôi thời gian? Nó đơn giản để làm trong máy tính, nhưng nó có thể được thực hiện với các thành phần tương tự không?

Biến đổi tôi đang tìm cũng giống như ghi băng âm thanh và sau đó phát ở tốc độ chỉ bằng một nửa, do đó, dịch một tín hiệu đầu vào chẳng hạn tín hiệu đầu vào

đến

tín hiệu đầu ra ví dụ

(Điều này khác với những gì máy thu radio heterodyne thực hiện: nó chuyển tín hiệu từ tần số cao sang tần số thấp hơn, nhưng tín hiệu vẫn chiếm cùng một lượng thời gian.)

Ghi và đọc lại ở tốc độ chậm hơn sẽ là một cách để làm điều này, nhưng điều đó đòi hỏi các thành phần cơ học chậm và không thể xử lý tín hiệu nhanh hơn.

Bối cảnh: Tôi không xây dựng bất cứ thứ gì tôi cần, nhưng tôi tự hỏi liệu một thứ như ghép kênh phân chia thời gian có thể hoạt động trong thời đại tiền kỹ thuật số hay những gì nó cần để tạo ra nó. Đó cũng là lý do tại sao một phương pháp như ghi vào băng và làm chậm phát lại sẽ không hoạt động. Nếu các đoạn tín hiệu được ghép kênh ngắn, các hệ thống cơ học của băng sẽ không thể theo kịp.

Chỉnh sửa Mối quan hệ với ghép kênh phân chia thời gian: Tôi đã nghĩ rằng tdm có thể được thực hiện với một kỹ thuật như vậy. Lấy hai tín hiệu liên tục, chia chúng thành các khoảng (giả sử) khoảng thời gian micro giây, ép mỗi micro giây thành nửa micro giây (tăng tần số), sau đó xen kẽ các phân đoạn tín hiệu bị nén từ cả hai luồng. Để giải điều chế, đảo ngược quá trình bằng cách kéo dài các khoảng lẻ hoặc chẵn.


7
1. Thiết kế của bạn sẽ quyết định như thế nào (trong thế giới thực) thời gian là "t = 0"? 2. Bất kể loại công nghệ nào được sử dụng, việc tạo ra đầu ra tại (ví dụ) t = 100 yêu cầu ghi nhớ đầu vào là gì tại t = 50. Vì vậy, một số loại bộ nhớ được yêu cầu. Và bộ nhớ không bao giờ là không giới hạn. Vì vậy, bao lâu bạn cần điều này để làm việc trước khi nó hết bộ nhớ?
Photon

1
Ngoài ra, tôi không rõ câu hỏi này liên quan đến ghép kênh phân chia thời gian như thế nào; bạn có thể nói thêm về lý do tại sao bạn nghĩ rằng có một kết nối?
Photon

25
Phát lại từ một chiếc xe di chuyển ra khỏi bạn ở Mach 0,5.
Brian Drumond

1
Băng thông âm thanh của dịch vụ điện thoại truyền thống là ~ 3,3 kHz, với tốc độ mẫu Nyquist tương ứng là 6,6 kSps. Nếu bạn đã thực hiện TDM với các phân chia theo tỷ lệ của chúng tôi, miễn là bạn cung cấp cho mỗi kênh ít nhất 150 điểm, tín hiệu có thể được tái tạo trực tiếp bằng cách lọc thông thấp mà không cần ý tưởng kéo dài thời gian này.
Photon

2
Có một hệ thống vô tuyến ở Đức thực sự đã sử dụng một lữ đoàn xô để mở ra các "khe thời gian" ngắn trong một hệ thống tương tự. Nó đã sử dụng nhiều máy thu và máy phát đồng bộ hóa để xây dựng một mạng vô tuyến rất lớn hoạt động trên một cặp tần số truyền / nhận đơn. Các khe thời gian được sử dụng để truyền dữ liệu vận hành (cường độ tín hiệu và thông tin khác) theo băng tần với âm thanh. Nếu nó hoạt động đúng, bạn có phạm vi bảo hiểm lớn mà không thay đổi kênh. Nếu nó không hoạt động đúng, bạn vẫn có phạm vi bảo hiểm, nhưng có vẻ như bạn đang cố hét lên một cái cưa bàn.
JRE

Câu trả lời:


16

Có một công nghệ tương tự có thể được sử dụng để thực hiện công việc ... đường trì hoãn "lữ đoàn xô" của CCD .

Nó tương tự, nhưng nó có nhiều điểm chung với các kỹ thuật số ở chỗ nó là một hệ thống dữ liệu được lấy mẫu.

Một dòng trễ CCD điển hình có 512 hoặc 1024 tụ trong một dòng và một mạng các công tắc CMOS để kết nối chúng. Nó hoạt động đại khái như sau:

  1. Sạc một tụ điện lên đến điện áp trên chân đầu vào,
  2. Giữ điện áp đó và sạc tụ điện thứ hai lên đến điện áp thứ nhất,
  3. Giữ điện áp đó và sạc Cap 3 từ Cap 2 trong khi sạc Cap 1 từ pin đầu vào.
  4. Lặp lại, sạc chẵn từ lẻ và lẻ từ chẵn, cho đến khi mẫu đầu tiên xuất hiện trên chân đầu ra.

Ý tưởng chung giống như một dòng người truyền xô cho nhau, để cố gắng chữa cháy.

Tại thời điểm này, nếu bạn muốn thay đổi cường độ, bạn cần lưu trữ dữ liệu mới vào một CCD thứ hai ở tốc độ mẫu đầu vào, trong khi bạn làm trống cái đầu tiên ở tốc độ mẫu mới (trong trường hợp của bạn, bằng một nửa tốc độ xung nhịp ban đầu) .

Vì CCD thứ hai đã đầy trong khi đầu tiên chỉ trống một nửa, bây giờ bạn có một vấn đề: bạn phải đổ một số dữ liệu. Nếu bạn có nhiều hơn 2 dòng trễ CCD, bạn có thể "che giấu" các liên kết bằng cách làm mờ dần từ cái này sang cái khác, trong khi lấp đầy một phần ba, nhưng đó không phải là một kỹ thuật hoàn hảo.

Các bộ cảm biến có thông số nhiễu và méo tiếng khá kém, cùng với tất cả các vấn đề phổ và răng cưa của âm thanh kỹ thuật số, vì vậy bạn sẽ không nghe nhiều về chúng vào năm 1980 này.

Một ví dụ như vậy là SAD1024 (bảng dữ liệu ở đây) được sử dụng như một bộ dịch chuyển độ cao (với độ cao thay đổi liên tục, hay còn gọi là flanger) ở đây


Wow, đó là một phát hiện tốt!
peufeu

4
"bạn sẽ không nghe nhiều về họ ở bên này năm 1980." Như mọi khi, các nhạc sĩ có sở thích không có ý nghĩa từ quan điểm EE. BBD không thực sự được sản xuất nữa, nhưng các thiết bị trễ và cao độ được chế tạo xung quanh BBD vẫn rất phổ biến trong giới nhạc sĩ và nhà sản xuất, vì vậy bản thân BBDs được đánh giá cao. Có ít nhất mười thiết bị trì hoãn dựa trên BBD được cung cấp khá rộng rãi từ các nhà bán lẻ nhạc cụ và với tư cách là người sở hữu một vài độ trễ BBD và một vài mô hình chậm trễ kỹ thuật số BBD, tôi có thể nói thực tế là tốt hơn.
Todd Wilcox

1
Thật vậy, phong trào "nhạc cụ gốc" bắt đầu bằng việc tái tạo các nhạc cụ thời Trung cổ và Phục hưng, âm thanh rực rỡ của bao tải và hạt ngô, và ... dường như đang chuyển sang các nhạc cụ tương tự Moog và Fairlight! Đánh giá về mức giá mà tôi đã thấy cho một SAD1024 trên eBay ngày hôm qua, có lẽ đã đến lúc lục lọi trong hộp rác của tôi ...
Brian Drumond

Tại sao bạn gọi nó là một CCD thay vì BBD? CCD là các thiết bị hình ảnh cụ thể kết hợp BBD trong silicon.
OrangeDog

1
Bởi vì Nhóm Lữ đoàn thường được triển khai dưới dạng Thiết bị ghép phí. Trong một "cảm biến CCD", CCD không phải là cảm biến hình ảnh mà là lữ đoàn xô được sử dụng để đọc từng dòng quét. Một loại tương tự song song trong thanh ghi dịch chuyển nối tiếp (mặc dù các tụ điện cũng có thể là bộ tách sóng quang, tôi không chắc chắn). Tên CCD chắc chắn có trước khi sử dụng nó trong các cảm biến hình ảnh.
Brian Drumond

11

Tôi khuyên bạn nên ghi lại tín hiệu trên băng và phát lại với tốc độ chỉ bằng một nửa.

Tôi không thể làm theo lý do tại sao điều đó không làm bạn hài lòng. Tất nhiên bạn có thể sử dụng các phương tiện khác (ví dụ: dây, đĩa, v.v.); nguyên tắc cơ bản là như nhau.

Nếu không có cái nào tốt cho bạn, bạn phải xác định rõ hơn các yêu cầu.


Bạn không thể có cùng một đoạn băng ghi âm ở một tốc độ và phát lại ở một tốc độ khác, vì vậy nếu người hỏi muốn xử lý trong thời gian thực, băng sẽ không hoạt động.
Todd Wilcox

2
@Todd Wilcox: tất nhiên là có thể! Phát lại ở tốc độ một nửa chỉ có nghĩa là băng sẽ chồng chất giữa đầu ghi và đầu phát lại (Nhưng bạn có cùng một vấn đề với bất kỳ công nghệ nào khác; ngay cả công nghệ kỹ thuật số: trong trường hợp đó bộ nhớ sẽ lấp đầy). Kết quả là bạn sẽ phải dừng ghi âm một lúc, trong khi phát lại tiếp tục. Nhưng đây chính xác là những gì OP muốn. Trong thời gian đó, việc tạm dừng ghi trong ghép kênh phân chia thời gian, kênh khác được kích hoạt.
Sữa đông

Hmm .. Điểm tốt. Hoặc bạn có thể có hai hệ thống băng và chuyển từ hệ thống này sang hệ thống khác trong khi hệ thống đầu tiên đã loại bỏ sự chậm chạp.
Todd Wilcox

@Todd Wilcox: vâng. Tôi nghĩ rằng trong thực tế, cần nhiều hơn một băng (trên mỗi kênh) vì không thể tăng tốc tức thời (băng / dây / đĩa cần một thời gian để tăng tốc / giảm tốc độ) ... nhưng tất cả những cân nhắc đó đều liên quan đến việc triển khai thực tế và Tôi nghĩ rằng câu hỏi là lý thuyết thuần túy.
Sữa đông

6

Nếu tín hiệu là định kỳ, thì bạn luôn có thể sử dụng máy hiện sóng lấy mẫu .

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Ý tôi là, bạn có thể sử dụng bất kỳ ADC nào cung cấp cửa sổ khẩu độ của nó và jitter đủ nhỏ, nhưng bạn đã yêu cầu tương tự, vì vậy bạn sẽ phải sử dụng bộ lấy mẫu cầu diode cũ như các pháp sư cũ ...

DC-14 GHz với các bộ phận thông qua lỗ được hàn bằng tay .

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Kiểm tra ngày tháng năm 1968;)


5

Khác với việc bắn một tên lửa di chuyển với tốc độ bằng một nửa tốc độ ánh sáng và kéo dài tín hiệu thu được, bạn cần thứ gì đó lưu trữ một mẫu của những gì bạn nhận được và sau đó phát lại với tốc độ chậm hơn. Cuối cùng, điều này có nghĩa là bạn không bao giờ bắt kịp với những gì được truyền đi ban đầu, tức là bạn phải lưu trữ và phát lại với tốc độ chậm hơn. Một băng tương tự làm điều này chỉ tốt nhưng nếu bạn muốn điều này ở dạng IC thì phương pháp lưu trữ kỹ thuật số là cách tốt nhất.


2
Phải nó sẽ vi phạm bảo tồn một cái gì đó, bởi vì tích lũy thông tin đến :-)
Abbeyatcu

Tôi không thể biết nếu tôi thiếu một số hiệu ứng tương đối tính hay nếu bạn chỉ muốn gõ một nửa tốc độ âm thanh.
jalalipop

2
@jalalipop: Tôi nghĩ anh ấy đang ám chỉ màu đỏ / blueshift (hiệu ứng doppler).
jbord39

Tôi đang ám chỉ điều đó.
Andy aka

4
Giáo sư. Tôi cũng vậy, nhưng vì một số lý do, tôi cho rằng mình đang giả sử một sóng âm thanh. Tôi đã có phần cứng RF chạy trên bàn nhưng tôi quên rằng sóng EM tồn tại, doh
jalalipop

3

Có một cách để làm điều này: các xung laser 'chirped' và sợi bù tán sắc. Chỉ số khúc xạ của sợi (và do đó tốc độ ánh sáng truyền xuống sợi đã nói) là một hàm của bước sóng ánh sáng. Điều này được gọi là sự phân tán vì nó dẫn đến các xung hẹp phân tán ra theo thời gian. Sợi bù tán sắc được thiết kế để có độ phân tán âm rất cao sao cho nó có thể 'hoàn tác' độ phân tán của một sợi dài hơn nhiều so với sợi thông thường.

Bắt đầu với một xung laser chirped quét theo bước sóng. Điều này có thể được tạo ra bằng cách lấy một xung rất hẹp, băng rộng và gửi nó qua một chiều dài của sợi bù phân tán. Sau đó biên độ điều chỉnh xung chirped với tín hiệu bạn muốn kéo dài. Sau đó gửi xung được điều chế thông qua một đoạn sợi bù tán sắc dài.

Đây thực sự là một kỹ thuật cho khoảng thời gian rất ngắn, cần vài km sợi bù phân tán để kéo dài xung của một vài 10 giây ns. Sự phân tán trong sợi bù phân tán thường theo thứ tự -50 ps / nm / km.


1
Dễ thương ... nhưng quan tâm để đặt một chiều dài trên sợi bạn cần có, giả sử, một phần nghìn giây phân tán?
Brian Drumond

1
Điều này không liên quan đến câu hỏi nào cả. "Chirping" sẽ chuyển đổi xung băng rộng trong thời gian ngắn thành tín hiệu có giá trị cực đại đến trung bình nhỏ hơn (và trở lại một lần nữa), nhưng nó sẽ không nén thời gian một tín hiệu tùy ý theo bất kỳ cách nào có thể phục hồi. Nếu bạn cố gắng AM xung chirped, sợi bù sẽ biến nó thành dạng sóng hẹp trong đó thông tin thực tế được mã hóa trong "nhiễu" xuất hiện trước và sau xung chính. Hoàn toàn không hữu ích cho TDM.
Dave Tweed

2
Đây thực sự là một kỹ thuật thực sự có một số ứng dụng, xem en.wikipedia.org/wiki/Time_stretch_analog-to-digital_converter , en.wikipedia.org/wiki/Serial_time-encoding_amplified_microscopy
alex.forencich

2

Thực sự không có kết nối với TDM. Mặc dù PSTN là kỹ thuật số trước khi TDM được thông qua, khái niệm tương tự hoạt động với các mẫu tương tự.

Bạn chỉ cần chọn một tỷ lệ mẫu nắm bắt thông tin bạn muốn. Tiếp tục với ví dụ PSTN, đó sẽ là tốc độ mẫu 8000 Hz, thu được âm thanh rơi trong phạm vi 300-3400 Hz.

Để xen kẽ các kênh thoại N, bạn cần một kênh liên lạc có thể xử lý các mẫu 8000 × N / giây. Bạn gửi một mẫu từ mỗi kênh thoại, liên tiếp, và sau đó bắt đầu toàn bộ chuỗi trên 1/8000 giây (125 Lời) sau đó.

Bạn có thể lấy mẫu đồng thời tất cả các kênh thoại và sau đó trì hoãn các mẫu bằng một số phần 125 125 theo số kênh của chúng hoặc bạn có thể chỉ cần thay đổi giai đoạn lấy mẫu cho từng kênh để bắt đầu (đó là thiết bị PSTN nhất làm).

Điểm mấu chốt là, không cần "nén thời gian" nếu tốc độ khung hình TDM phù hợp với tốc độ mẫu cần thiết cho các kênh riêng lẻ.


2

Điều này thực sự không thể được thực hiện tương tự. Trong khi mọi người đã đưa ra một loạt các ý tưởng gọn gàng và thú vị, các mạch tương tự thụ động chỉ có thể (1) chuyển pha và (2) suy giảm. Mọi thứ họ có thể làm được giới hạn ở điều này, có thể được biểu thị bằng toán học bằng hàm truyền (sẽ nhân tất cả thông tin trong miền tần số bằng một hàm phức tạp vừa làm dịch chuyển góc và làm giảm biên độ).

Nếu bạn đi khuếch đại như một bổ sung hoạt động tương tự, rõ ràng bạn cũng có thể tăng một số tần số - nhưng thực sự đó là tất cả những gì bạn nhận được là nhiều hơn thế.

Có những ý tưởng như lữ đoàn xô, nhưng như đã lưu ý rằng đây thực sự là kỹ thuật số (hoặc ít nhất là gần như kỹ thuật số). Ngày xưa, ý tưởng ghi trên một tốc độ trên băng và phát lại ở tốc độ một nửa thực sự là cách tiếp cận thực tế duy nhất.

Điều này là dễ dàng hơn nhiều để làm kỹ thuật số. Tuy nhiên, ngay cả ở đó, bạn cần phải rõ ràng về những gì bạn muốn. Nếu bạn muốn bắt đầu tại t = 0 và kéo dài tín hiệu đến t = 1 và làm cho tín hiệu phát ra gấp đôi thời gian tại cùng một thời điểm ban đầu (vì vậy, đầu ra 0


3
Lưu ý rằng "tương tự" không nhất thiết ngụ ý LTI (tuyến tính, bất biến thời gian). Báo cáo của bạn áp dụng cho cái sau, không phải cái trước.
Dave Tweed

1
Bạn trông giống như bạn đăng một phần thông qua một câu.
wizzwizz4

1
@DaveTweed: Ông nói các thành phần tương tự thụ động . Transitor thường được coi là hoạt động, phải không? Tôi cho rằng ở quy mô đủ nhỏ, hầu như mọi thứ sẽ có hành vi kỳ lạ, nhưng với mục đích thực tế, liệu anh ta có đúng về các thành phần thụ động có giới hạn này không?
dùng541686

1
Dữ liệu được lấy mẫu ngụ ý không phải là kỹ thuật số hay "kỹ thuật số" (bất kể điều đó có nghĩa là gì). Mặc dù sự thật là phần lớn các hệ thống kỹ thuật số là các hệ thống dữ liệu được lấy mẫu, nhưng điều ngược lại không nhất thiết là đúng. Và câu hỏi không chứa sự co thắt đối với các thành phần thụ động.
Brian Drumond

Vâng với Dave Tweed. Trong hầu hết các trường hợp, khi mọi người nghĩ về những thứ như thế này, hãy nghĩ, đó là một sự kéo dài 'trơn tru' hoặc một số như vậy. Và họ đang hy vọng sẽ làm điều đó với một mạch cổ điển. Tôi che đậy những ý tưởng không phải là LTI vì LTI cho trực giác thực sự.
eSurfsnake

1

Có vẻ như bạn đang cung cấp câu trả lời tốt nhất cho mình. Bạn nói, "Đó là thẳng về phía trước để làm trong một máy tính." Tất cả những gì bạn cần sau đó là bộ chuyển đổi AD "thích hợp" để cung cấp tín hiệu cho máy tính và sau đó là bộ chuyển đổi DA để cung cấp cho bạn tín hiệu cuối cùng. Máy tính sẽ cung cấp cho bạn tất cả sự linh hoạt mà bạn có thể cần để xử lý tín hiệu.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.