②抽样脉冲信号与PCM编码数据的测量实验准备：1）将ADPCM1模块中的K501设置在T（右测试）位置。2）将交换模块“DTMF2”中的J001设置在1-2（右）位置。3）用函数信号发生器产生一频率为1000Hz，电平幅度为2Vp-p的正弦波测试信号送入J005和J006。实验数据测量1）观测并记录TP504（抽样脉冲）和TP502（PCM码流）波形，以TP504做同步。2）观测并记录TP501（模拟信号）和TP502（PCM码流）波形，以TP501做同步。3）根据观测记录的信号波形，分析和说明模拟信号与数字信号的定义与特点。③PCM编码数据与输入信号关系的测量1）保持以上设置不变。2）将“ADPCM1”模块中的增益选择开关K502设置在T位置（右端），3）用示波器观测编码输出数据信号“TP502”，调整电位器W501改变发通道的信号电平。观察并记录PCM码流随输入信号电平变化的关系。1.2.2PCM译码器输出信号观测PCM译码器测试电路组成框图与信号输入/输出测量点如图2.4所示。TP504U50250MC145540TP503PCM海码著（友遥璃）+抽样量化编码内部左发自业收PCM2外部右信PCM锋码联自环（接收聘）道抽样保排波形解码通波器TP506P图2.4PCM译码器测试电路组成框图①PCM译码器输出模拟信号观测1）将K501设置在T（右）位置、K502在N（左）位置、K504设置在L00P（右）位置。用函数信号发生器输出一频率为1004Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入J005和J006(地)2）观测并记录TP506和TP501信号波形，以TP501做同步。定性的观测解码恢复出的模拟信号质量②改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。1）保持以上设置不变11
11 ② 抽样脉冲信号与 PCM 编码数据的测量 实验准备： 1）将 ADPCM1 模块中的 K501 设置在 T（右测试）位置。 2) 将交换模块“DTMF2”中的 J001 设置在 1-2（右）位置。 3）用函数信号发生器产生一频率为 1000Hz, 电平幅度为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入 J005 和 J006。 实验数据测量 1) 观测并记录 TP504（抽样脉冲）和 TP502（PCM 码流）波形，以 TP504 做同步。 2) 观测并记录 TP501（模拟信号）和 TP502（PCM 码流）波形，以 TP501 做同步。 3) 根据观测记录的信号波形，分析和说明模拟信号与数字信号的定义与特点。 ③PCM 编码数据与输入信号关系的测量 1）保持以上设置不变。 2）将“ADPCM1”模块中的增益选择开关 K502 设置在 T 位置（右端）， 3）用示波器观测编码输出数据信号“TP502”，调整电位器 W501 改变发通道的信号电 平。观察并记录 PCM 码流随输入信号电平变化的关系。 1．2．2 PCM 译码器输出信号观测 PCM 译码器测试电路组成框图与信号输入/输出测量点如图2.4 所示。 图 2.4 PCM 译码器测试电路组成框图 ① PCM 译码器输出模拟信号观测 1）将 K501 设置在 T（右）位置、K502 在 N（左）位置、 K504 设置在 LOOP（右）位置。 用函数信号发生器输出一频率为 1004Hz、电平为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入 J005 和 J006 （地） 2）观测并记录 TP506 和 TP501 信号波形，以 TP501 做同步。定性的观测解码恢复出的 模拟信号质量 ② 改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。 1）保持以上设置不变
2）将测试信号频率固定在1000Hz，调整电位器W501改变发通道的信号电平。改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。自列表格观测记录信噪比随输入信号电平变化的相关关系。③改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。1）保持以上设置不变2）将测试信号电平固定在2Vp-P，调整测试信号频率，（200HZ-6KHZ）定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。自列表格观测记录信噪比与输入信号频率变化的相关关系。说明解调信号变化的原因。1，2.3系统性能指标测量（根据实验室设备条件进行）注：如无音频损伤测试仪时，可以用示波器定性的观SN(aB)察模拟信号受量化噪声及电路噪声的影响。1e①PCM编译码系统动态范围测量动态范围是指在满足一定信噪比的条件下，允许输入20信号电平变化的范围。通常规定测试信号的频率为DO(20101004HZ，动态范围应满足CCITT建议的框架（样板值），50-40如图2.5所示。图2.5PCM编译码系统动态范围样板图测试时将跳线开关K501设置在T位置、K504设置在LOOP(右)位置，此时使PCM编码J005器和译码器构成自环。文品编码卷动态范围的测试连接见图2.6。音损传舶该项测量内容视配备的教学仪表来定。测量时，妈价测试仪苹装输入信号由小至大调节，测量不同电平时的S/N值，记录测量数据。为确保器件安全，不要TP506求学生对输入信号的临界过载信号进行验证，取输入信号的最大幅度为5Vp-p。图2.6PCM编译码系统动态范围测试连接图②PCM编译码系统信噪比测量跳线开关设置同上，测试连接见图2.6。测量时，选择一最佳编码电平（通常为-10dBr），在此电平下测试不同频率下的SN值。频率选择在300Hz、500Hz、800Hz、1004Hz、2010Hz、3000Hz、3400Hz，直接从音频损伤测试仪上读取数据，记录测量数据。该项测量视配备的教学仪表来定。③频率特性测量跳线开关设置同上。用函数信号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。用示波器（或电平表）测量输出信号端口TP506的电平。改变函数信号发生器输出频率，用点频法测量。测量频率范围：250Hz～4000Hz。该项测试也可以直接通过音频损伤测试仪测试。信道自环增益测量跳线开关设置同上。用函数信号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为2Vp-p的正弦12
12 2）将测试信号频率固定在 1000Hz，调整电位器 W501 改变发通道的信号电平。改变测 试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。自列表格观测记录信噪比随输入信号 电平变化的相关关系。 ③ 改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。 1）保持以上设置不变 2）将测试信号电平固定在 2Vp-p，调整测试信号频率，（200HZ-6KHZ）定性的观测解码 恢复出的模拟信号质量。自列表格观测记录信噪比与输入信号频率变化的相关关系。说明解 调信号变化的原因。 1．2．3 系统性能指标测量（根据实验室设备条件进行） 注：如无音频损伤测试仪时，可以用示波器定性的观 察模拟信号受量化噪声及电路噪声的影响。 ① PCM 编译码系统动态范围测量 动态范围是指在满足一定信噪比的条件下，允许输入 信号电平变化的范围。通常规定测试信号的频率为 1004Hz，动态范围应满足 CCITT 建议的框架（样板值）， 如图 2.5 所示。 图 2.5 PCM 编译码系统动态范围样板图 测试时将跳线开关 K501 设置在 T 位置、 K504 设置在 LOOP(右)位置，此时使 PCM 编码 器和译码器构成自环。 动态范围的测试连接见图 2.6。 该项测量内容视配备的教学仪表来定。测量时， 输入信号由小至大调节，测量不同电平时的 S/N 值，记录测量数据。为确保器件安全，不要 求学生对输入信号的临界过载信号进行验证，取 输入信号的最大幅度为 5Vp-p。 图 2.6 PCM 编译码系统动态范围测试连接图 ② PCM 编译码系统信噪比测量 跳线开关设置同上，测试连接见图 2. 6。 测量时，选择一最佳编码电平（通常为-10dBr），在此电平下测试不同频率下的 S/N 值。 频率选择在 300Hz、500Hz、800Hz、1004Hz、2010Hz、3000Hz、3400Hz，直接从音频损伤 测试仪上读取数据，记录测量数据。该项测量视配备的教学仪表来定。 ③频率特性测量 跳线开关设置同上。用函数信号发生器产生一个频率为 1004Hz、电平为 2Vp-p 的正弦 波测试信号送入信号测试端口 J005 和 J006（地）。用示波器（或电平表）测量输出信号端口 TP506 的电平。改变函数信号发生器输出频率，用点频法测量。测量频率范围：250Hz～ 4000Hz。 该项测试也可以直接通过音频损伤测试仪测试。 ④ 信道自环增益测量 跳线开关设置同上。用函数信号发生器产生一个频率为 1004Hz、电平为 2Vp-p 的正弦
波测试信号送入信号测试端口J005和J006。用示波器（或电平表）输出信号端口（TP506）的电平。将收发电平的倍数（增益）换算为dB表示。该项测试也可以直接通过音频损伤测试仪测试。③PCM编译码系统信道空闲噪声测量跳线开关设置同上，测试连接见图2.6。空闲噪声指标从音频损伤测试仪上直接读取。该项测量视配备的教学仪表来定。2.扩展实验增量调制（4M)编译码系统仿真实验本实验采用分立器件，通过对单正弦信号进行简单增量调制，使学生进一步加深对模拟信号的数字化传输中的增量调制（AM基本工作原理的理解。通过实验电路的建立与仿真掌握简单△M编译码电路的基本组成及外部电路设计原则和一般测试方法。了解语音信号的△M编/译码过程；2.1实验原理与实验电路2.1.1实验原理增量调制实际上是一种特殊的脉码调制，它是在PCM方式的基础上发展起来的另一种模拟信号数字传输的方法。△M可以看成PCM的一个特例，增量调制简称△M(或DM)，最早是由法国工程师DeLoraine于1946年提出来的。在以后的50多年里有很大发展。在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到广泛应用，近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。增量调制比起脉冲编码调制方式具有一些突出的优点，例如在低比特率时，△M的量化信噪比高于PCM：AM的抗误码性能好且编译码设备简单等。在PCM中，将模拟信号的抽样量化值进行二进制（也可采用多进制)编码。为了减小量化噪声，需较长的码（通常对话音信号采用8位码），因此编码设备较复杂。而△M只用一位二进制码就可实现模数转换，这比PCM简单得多。显然，一位二进制码只能代表两种状态，当然不可能直接去表示模拟信号的抽样值，但是它却可以表示相邻抽样值的相对大小，而相邻抽样值的相对变化同样反映出模拟信号的变化规律，因此采用一位2进制码去描述模拟信号是完全可能的。编码的基本思想1e(t)假设一个模拟信号x(t）（为作图方便起见，令x(t）≥0)，我们可以用一时间间隔为△t，幅度差为土α的阶梯波形x（）去逼近它，如图2.7所示。P只要△t足够小，即抽样频率4Ffs=1/△t足够高，且足够小，则101E1x(t)可以相当近似于x(t)。我们把α称作量阶，△t=T称为抽样间隔。图2.7用阶梯或锯齿波逼近模拟信号x(t)逼近x(t)的物理过程是这样的：在tl时刻用x(tl)与x(tl)（tl表示tl时刻前某瞬间)比较，倘若x(tl）》x(tl)，让x（t)上升一个量价o，同时△M调制器输出二进制“1”13
13 波测试信号送入信号测试端口 J005 和 J006。用示波器（或电平表）输出信号端口（TP506） 的电平。将收发电平的倍数（增益）换算为 dB 表示。 该项测试也可以直接通过音频损伤测试仪测试。 ⑤ PCM 编译码系统信道空闲噪声测量 跳线开关设置同上，测试连接见图 2.6。 空闲噪声指标从音频损伤测试仪上直接读取。该项测量视配备的教学仪表来定。 2.扩展实验 增量调制(△M)编译码系统仿真实验 本实验采用分立器件，通过对单正弦信号进行简单增量调制，使学生进一步加深对模拟 信号的数字化传输中的增量调制(ΔM)基本工作原理的理解。通过实验电路的建立与仿真， 掌握简单ΔM 编译码电路的基本组成及外部电路设计原则和一般测试方法。了解语音信号的 △M 编/译码过程; 2.1 实验原理与实验电路 2.1.1 实验原理 增量调制实际上是一种特殊的脉码调制，它是在 PCM 方式的基础上发展起来的另一种模 拟信号数字传输的方法。 ΔM 可以看成 PCM 的一个特例，增量调制简称ΔM(或 DM)，最早是 由法国工程师 De Loraine 于 1946 年提出来的。在以后的 50 多年里有很大发展。在军事和 工业部门的专用通信网和卫星通信中得到广泛应用，近年来在高速超大规模集成电路中用作 A/D 转换器。 增量调制比起脉冲编码调制方式具有一些突出的优点，例如在低比特率时，ΔM 的量化 信噪比高于 PCM; ΔM 的抗误码性能好且编译码设备简单等。 在 PCM 中，将模拟信号的抽样量化值进行二进制(也可采用多进制)编码。为了减小量化 噪声，需较长的码(通常对话音信号采用 8 位码)，因此编码设备较复杂。而ΔM 只用一位二 进制码就可实现模数转换，这比 PCM 简单得多。 显然，一位二进制码只能代表两种状态，当然不可能直接去表示模拟信号的抽样值，但 是它却可以表示相邻抽样值的相对大小，而相邻抽样值的相对变化同样反映出模拟信号的变 化规律，因此采用一位 2 进制码去描述模拟信号是完全可能的。 编码的基本思想 假设一个模拟信号 x(t) (为作 图方便起见，令 x(t) ≥0)，我们可 以用一时间间隔为Δt,，幅度差为 ±σ 的阶梯波形 ( ) , x t 去逼近它，如 图 2.7 所示。 只要Δt 足够小，即抽样频率 fs=l/Δt 足够高，且σ 足够小，则 ( ) , x t 可以相当近似于 x(t) 。我们把 σ 称作量阶，Δt=T 称为抽样间隔。 图 2.7 用阶梯或锯齿波逼近模拟信号 ( ) , x t 逼近 x(t) 的物理过程是这样的:在 t1 时刻用 x(t1) 与 ( 1) , x t ( t1 表示 t1 时刻前某瞬 间)比较，倘若 x(t1) > ( 1) , x t ，让 ( ) , x t 上升一个量价σ ,同时ΔM 调制器输出二进制“1
码：在t2时刻，用x(t2)与x(t2)比较，若x(t2）<x(t2)，让x(t)下降一个量价g，同时△M调制器输出二进制码元“0”：同理在t3时刻，x（t)上升，△M调制器输出“1"码；这样图2.7的x(t)就可得到二进制代码序列为010101111110。总结以上过程，我们把上升一个量价g用1码表示，下降一个量价g用0码表示。除了用阶梯波x(t）去近似x(）以外，也可以用图3-1的锯齿波x。()去近似x(t)，当x(ti）（i=1,2,3，…)大于x。()时，x。(u)按斜率g/△t在下一个抽样时刻上升α，△M调制器输出1码，当x。(t)小于x。(t)时，x。()按斜率-α/△t在下一抽样时刻下降α，△M调制器输出0码，可以看出用1码表示正斜率，用0码表示负斜率，以获得二进制码序列。译码的基本思想与编码相对应，译码也有两种情况，一种是收到1码上升一个量价（跳变），收到0码下降一个量价α（跳变），这样把二进制代码经过译码变成x（t）这样的阶梯波。另一种是收到1码后产生一个正斜变电压，在△t时间内上升一个量价α，收到一个0码产生一个负的斜变电压，在△t时间内均匀下降一个四积分班量价。这样，二进制码经过译码后变为P().V/如x。)这样的锯齿波。考虑电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。这可1,27,37,4,7T,种方法可用一个简单RC积分电路把二进制码变为x。()波形，如图2.8所示。图2.8简单△M译码原理图2.1.2简单增量调制与解调系统电路组成从简单△M调制解调的基本思想出发，我们可组成简单AM系统方框图如图2.9所示。抽样脉冲产生器★译码器比较器模拟信号定时IN★极性变换一积分器限幅器相办器判决器-..低通滤波器..本地译码器.-解调信号射随器4积分器极性变换一OUT图2.9△M系统原理图AM调制器（发端）由比较器、定时判决器、本地译码器（发端译码器）三部分组成。比较器是用来比较x(t)与xo(t)大小的，定时判决器按x(t)一xo(t)>0输出1,x(t)一xo(t)<0输出0的原则进行判决，由本地译码器产生xo(t)。△M解码器（收端）由译码器（码型变换和积分器）和低痛滤波器组成，核心电路应该是积分器。2.1.3简单增量调制与解调系统各单元电路组成与说明①比较器比较器由相加器和限幅器构成，其电路原理图如图2.10所示。相加器由Q1和Q2组成，音频信号f(t)和本地译码器送来的比较信号－f。（t），各通过14
14 码;在 t2 时刻，用 x(t2) 与 ( 2) , x t 比较，若 x(t2) < ( 2) , x t ，让 ( ) , x t 下降一个量价σ ,同时 ΔM 调制器输出二进制码元“0”;同理在 t3 时刻， ( ) , x t 上升σ ,ΔM 调制器输出“1”码;.。 这样图 2.7 的 x(t) 就可得到二进制代码序列为 010101111110.。总结以上过程，我们把上 升一个量价σ 用 1 码表示，下降一个量价σ 用 0 码表示。除了用阶梯波 ( ) , x t 去近似 x(t) 以 外，也可以用图 3-1 的锯齿波 x (t) o 去近似 x(t) ，当 x(ti) (i=1,2,3,.)大于 x (t) o 时， x (t) o 按斜率σ /Δt 在下一个抽样时刻上升σ ,ΔM 调制器输出 1 码，当 x (t) o 小于 ( ) o i x t 时， x (t) o 按斜率-σ /Δt 在下一抽样时刻下降σ ,ΔM 调制器输出 0 码，可以看出用 1 码表示正 斜率，用 0 码表示负斜率，以获得二进制码序列。 译码的基本思想 与编码相对应，译码也有两种情况，一种是收到 1 码上升一个量价σ (跳变)，收到 0 码下降一个量价σ (跳变)，这样把二进制代码经过译码变成 ( ) , x t 这样的阶梯波。另一种是 收到 1 码后产生一个正斜变电压，在Δt 时间内上升一个量价σ ,收到一个 0 码产生一个负 的斜变电压，在Δt 时间内均匀下降一个 量价σ 。这样，二进制码经过译码后变为 如 x (t) o 这样的锯齿波。考虑电路上实现 的简易程度，一般都采用后一种方法。这 种方法可用一个简单 RC 积分电路把二进 制码变为 x (t) o 波形，如图 2.8 所示。 图 2.8 简单Δ M 译码原理图 2．1．2 简单增量调制与解调系统电路组成 从简单ΔM 调制解调的基本思想出发，我们可组成简单ΔM 系统方框图如图 2.9 所示。 图 2.9 Δ M 系统原理图 ΔM 调制器（发端）由比较器、定时判决器、本地译码器(发端译码器)三部分组成。比 较器是用来比较 x(t)与 xo(t)大小的，定时判决器按 x(t)一 xo(t) > 0 输出 1,x(t)一 xo(t) < 0 输出 0 的原则进行判决，由本地译码器产生 xo(t)。 ΔM 解码器（收端）由译码器（码型变换和积分器）和低痛滤波器组成，核心电路应该 是积分器。 2．1．3 简单增量调制与解调系统各单元电路组成与说明 ① 比较器 比较器由相加器和限幅器构成，其电路原理图如图 2.10 所示。 相加器由 Q1 和 Q2 组成，音频信号 f (t) 和本地译码器送来的比较信号 f (t) o ，各通过
一个1KQ电阻加到BG1共基放大器的射极进行电流相加。由于一f.(t)和f()反相，所以是两信号相减或者说是比较。用共基接法做成比较器是一个比较理想的电路，因为电流比较器的动态范围大，其基极放大熟人阻抗低，可以减少－f。)与f()彼此之间的干扰，而且共基电路的频率特性好。BG2采用共集射随电路，起隔离作用。D50u#拟信号R4J10k@pmhC21kOhR8LUF射输出器/Q2比较信号INIK比教器/2.4kohmXR63000hm33kOhm100uF限情放大器/03.Q4+I/W1k0hm-kOhm6.2k.0hm图2.10比较器电路原理图限幅放大器由Q3与Q4组成，当e(t)>0时，Q4的输出为+3V，当e(t)<0时，Q4的输出为+3V。整个比较器的放大量要根据本地译码器输出的量化台阶S的大小决定，放大倍数2×3(V)K≥K应满足：S(V)②本地译码器本地译码器由极性变换电路、积分器和射随器组成，其电路如图2.11所示。三极性变换Q5nrTD单极码AQ7积分器Ohr560Ohm射随器R/2.2KQ81uF比较信号射随器6C/0.022Q6OUT8.2k0hm图2.11本地译码器电路图极性变换电路由Q5、Q6和Q7所组成，功能是将抽样判决电路输出的单极性枚序列P(t)变换成双极性码。当P(t)由低电平0.3V（0码）跳变为高电平3.6V(1码)时，通过电容的耦合作用，使得Q5截止，Q6饱和导通，A点的电位近似为-12V。当P(t)由高电平跳变为低电平时，Q6截止，Q5饱和导通，A点的电位近似为+12V。因此，A点的输出电压幅度近似为15
15 一个 1KΩ 电阻加到 BG1 共基放大器的射极进行电流相加。由于 f (t) o 和 f (t) 反相，所以是 两信号相减或者说是比较。用共基接法做成比较器是一个比较理想的电路，因为电流比较器 的动态范围大，其基极放大熟人阻抗低，可以减少 f (t) o 与 f (t) 彼此之间的干扰，而且共 基电路的频率特性好。BG2 采用共集射随电路，起隔离作用。 图 2.10 比较器电路原理图 限幅放大器由 Q3 与 Q4 组成，当 e(t) > 0 时，Q4 的输出为+3V，当 e(t) < 0 时，Q4 的输 出为+3V。整个比较器的放大量要根据本地译码器输出的量化台阶 的大小决定，放大倍数 K 应满足： ( ) 2 3( ) V V K ② 本地译码器 本地译码器由极性变换电路、积分器和射随器组成，其电路如图 2.11 所示。 图 2.11 本地译码器电路图 极性变换电路由 Q5、Q6 和 Q7 所组成，功能是将抽样判决电路输出的单极性枚序列 P(t) 变换成双极性码。当 P(t) 由低电平 0.3V（0 码）跳变为高电平 3.6V(1 码)时，通过电容的 耦合作用，使得 Q5 截止，Q6 饱和导通，A 点的电位近似为-12V。当 P(t) 由高电平跳变为低 电平时，Q6 截止，Q5 饱和导通，A 点的电位近似为+12V。因此，A 点的输出电压幅度近似为