Стереокодеры и их описания.
Давно известны принципы формирования комплексного стереосигнала системы с пилот тоном. Изучить их можно, даже очень глубоко, скачав книгу "Стереофоническое радиовещание".
В данной статье будет рассмотрен чисто технический вопрос решения данной проблемы.
Сформировать стереосигнал возможно двумя способами.
Стандартный. В таком стереокодере из сигналов левого и правого каналов получаются так же два сигнала - суммарный и разностный. После чего разностный сигнал проходит через преобразователь, затем сумируется с суммарным сигналом и отдельно сформированным пилот тоном. Вот схема такого стереокодера Недостатками такого способа являются наличие модулятора, который весьма нелинеен и нестабилен, относительная сложность а так же нестабильность фаз сигналов пилот тона, что требует периодического обслуживания таких аппаратов.
Другая схема реализации кодирования - более проста. Достаточно переключать сигнал левого и правого каналов на выходпоочерёдно с частотой 38 кГц на выход кодера, добавить пилот тон частотой 19 кГц, И получится готовый комплексный стереосигнал. На таком принципе работают всем известные микросхемы стереокодера BA1404, BH1415, а так же стереокодеры на микросхемах CD4053, 561КТ3 (эта и подобные схемы стереокодеров).
Достоинством таких схем является простота и большая стабильность относительно первого варианта. Вот стерео сигнал, формируемой такими схемами:
А это спектр такого сигнала:
Как видим, изобилуют гармонические составляющие - "отражения" спектра надтональной составляющей (далее - алиасы). Их плотность довольно высокая, всего в 2,3 ит.д раза меньше сформированной таким образом надтональной составляющей. Данное явление вызывает следующее:
-Сокращается дальность передатчика, на практике до двух раз, что равносильно снижению мощности в 4-5 раз, т.к побочные составляющие вызывают дополнительную девиацию сигнала.
-Трудно достичь громкости передачи сигнала как у других радиостанций, при повышении уровня сигнала возникают сильные искажения.
-Даже когда уровень настроен для вещания без искажений на удалении от передатчика при слабом сигнале всё равно примники принимают сигнал с искажениями.
-"Железный" звук, особенно на высоких частотах, обусловленный нелинейностями, возникающими в варикапах, из-за воздействия высших алиасов.
Кроме того, коэфициент преобразования при таком построении - 1,15, вместо 1, что ухудшает разделение каналов.
Казалось бы, нужно отфильтровать паразитные составляющие:
Но не отфильтровав толком гармонику мы здорово сдвинули фазу сигнала, а от этого ухудшается разделение каналов.
Справедливости ради нужно отметить, что аналоговые стереокодеры даже на синусоиде с использованием балансных смесителей так же имеют гармоники (алиасы), правда уровнем поменьше - 25-30 дБ против каких-то -6 дБ у обсуждаемых стереокодеров.
Что же сделать, чтобы избавиться от нежелательных составляющих?
Можно представить, что кодирование с временнЫм разделением каналов является простейшим случаем применения умножающего цифроаналогового преобразователя, в качестве которого используется мультиплексор, более глубоко можно окунуться в теорию здесь, ну а в двух словах - нужно расширить зону Найквиста, что уменьшит требования к фильтру для устранения наложения спектров (анти-алиазинговому фильтру). Подробнее про то, что такое алиазинг, и антиалиазинговые фильтры. Для этого нужно сформировать сигнал управления преобразователем в несколько отсчётов, которые дискретно будут изменяться по синусоидальному закону. Чем более точно мы сформируем отсчёты и чем их будет больше в пределах одного периода, тем меньше будет гармоник сигнала и тем выше можно будет сделать частоту среза выходного фильтра, таким образом он будет оказывать меньшее влияние на сигнал в рабочем диапазоне частот (до 57 кГц):
Вот спектр такого сигнала (чёрным на графике спектра обозначены гармоники "старого" мультиплексора с рис.1):
Итак, гармоники пропали, а коэфициент преобразования стал равен единице!
Схемы стереокодеров, реализующие такой принцип были разработаны, и применяются в передатчиках промышленного изготовления, одну из них Вы уже наблюдали здесь, аналогично построена вот такая схема стереокодера. Но пару недостатков вних всё-таки есть. Это во-первых, проникновение через весовые резисторы ЦАП сигнала одного канала в другой, что нужно компенсировать, а так же необходимость настройки фазы пилот тона, а может быть и подстройки из-за влияния внешних факторов. Поэтому настройка этих стереокодеров может быть усложнена без специального оборудования. Желающие углубиться в теорию могут обратиться к первоисточнику.
В середине 80х годов в России, после появления цифроаналоговых преобразователей типа 572ПА1, была разработана и внедрена схема стереокодера на этих ЦАП. Сигнал аналогично описанному выше, подавался на вход опорного напряжения этих преобразователей, цифровым способом на них подавался дискретно сформированный синусоидальный сигнал 38 кГц, и сигналы умножались. Третий ЦАП использовался для формирования пилот тона. Можно скачать схему такого стереокодера, применявшегося в передатчике "ИНЕЙ". Автор данного сайта несколько упростил её, заменив логику формирования сигналов на цифровой сигнальный процессор, и применив другие ЦАП - схема получила название "Прецизионный стереокодер".
Ещё один способ сделать стереокодер - это сформировать его программно. Для этого аудио сигнал преобразуется в цифровую форму (или берётся сразу в "цифре" с источника. Далее, согласно стандарта сигнал просто рассчитывается. Данный способ реализуется на компьютере (программы airomate, stereo tool, Sonos) а так же в цифровых FM процессорах. Аналогично, Ваш покорный применил его в цифровом стереопередатчике на прямом синтезаторе частоты и в некоторых новых моделях.
Полезные материалы
Иногда при изготовлении стереокодера возникает вопрос – где достать кварц на 38 кГц? Или на 76 кГц?
Сейчас я расскажу Вам, как обойтись без сего дефицитного девайса и не жертвовать стабильностью частоты!
Стабилизированный генератор на 38 кГц и 19 кГц с использованием резонатора на 456 кГц
Такой резонатор можно найти практически в любом радиомагазине, плейере с радио, автомагнитоле…
Скачать много схем стереокодеров, собранных в Сети спасибо Виктор67 ака RU6BK