В статье автор проводит математическое моделирование схемы синхронизации источника цифрового сигнала и выносного блока цифро-аналогового преобразования, основным элементом которой является буфер ОЗУ. Рассмотрен вопрос подавления нежелательных фазовых отклонений. Показана эффективность использования данного метода. Приведены достоинства и недостатки рассматриваемого метода синхронизации. Приведены способы устранения недостатков.
Ключевые слова: синхронизация, цифровая обработка, аудиоданные
Keywords: synchronization, digital processing, audio stream
Для подавления фазовых шумов (джиттера) применяются различные схемы. Одной из наиболее эффективных является схема с использованием буфера ОЗУ [1], запись в который производится с частотой, определяемой источником, а считывание, обработка в цифровом фильтре и работа цифро-аналогового преобразователя — с частотой локального высокостабильного источника тактирования, например, температурно-стабилизированного кварцевого резонатора. Объем буфера определяется максимальной разностью частот дискретизации, разрядностью одного отсчета, и временем работы без переполнения. [2]
Рис. 1. Структурная схема тактирования с использованием буферизации входных данных в ОЗУ
Для подтверждения теоретической эффективности такой схемы, она была промоделирована в MatLab. Simulink-модель представлена на рисунке ниже.
Рис. 2. Модель схемы в Matlab Simulink
В основе схемы лежит FIFO-буфер (блок Queue) объемом 512бит. Его параметры представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Параметры буфера
В качестве источника полезных данных используется генератор дискретного синусоидального сигнала (блок Sine Wave) с частотой 1Гц и частотой дискретизации 10Гц. Полные параметры генератора приведены на рисунке ниже.
Рис. 4. Параметры генератора
В качестве тактирования используются два блока. Первый не имеет джиттера (блок Pulse) и имеет частоту 10 Гц. В качестве такого блока в реальном устройстве может выступать высококачественный, температурно-стабилизированный, кварцевый резонатор. Второй источник тактирования имеет джиттер (блок jitterPulseSfun), величина которого передается ему в качестве параметра. При моделировании время отклонения фазы было задано равным 0,01с. Это видно на следующем рисунке.
Рис. 5. Тактовый сигнал
Сверху показан идеальный тактовый сигнал, который не имеет фазовых отклонений. Снизу фазовый сигнал имеет джиттер.
Для устранения влияния фазовых искажений данные помещаются в буфер с использованием искаженного тактового сигнала, а считываются из буфера по идеальному сигналу. Это позволяет достичь линейности устройства на выходе.
Для сравнения на рисунке 6 приведены сигналы: один (сверху) — восстановленный с помощью идеального источника тактирования, второй (снизу) — восстановленный с использованием несовершенного источника тактирования. А на рисунке 7 приведен исходный сигнал, снятый с выхода генератора.
Рис. 6. Результаты моделирования
Рис. 7. Исходный сгенерированный сигнал
Исходя из рисунков видно, что если тактовый сигнал искажен, то пропорционально искажаются и дискретные отсчеты полезного сигнала. Если же такой сигнал сначала записать в буфер, а затем считывать из него данные при помощи тактового сигнала близкого к идеальному, то джиттер не оказывает влияния на полезный сигнал.
Выводы.
Таким образом рассмотренная схема синхронизации позволяет избавиться от фазовых шумов сигнала за счет введения централизованного источника тактирования при этом сохраняется относительная простота реализации устройств. В качестве синхронизирующего сигнала необходимо использовать наиболее стабильный из имеющихся в устройстве тактовых сигналов. Недостатком такой схемы является ограниченный объем буфера. Для его устранения требуется источник цифрового сигнала, имеющий вход для тактового сигнала, это позволит реализовать единый для источника и приемника цифрового сигнала блок тактирования.
Литература:
- Комахин М. О. Анализ методов синхронизации устройств с источником цифрового сигнала в системах цифровой обработки аудиоданных // Молодой ученый. — 2016. — № 11. — С. 384–388.
- Семенцов С. Г. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи в системах активного управления акустическими полями // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2008. № 4. С. 88–102.
- Семенцов С. Г., Власов А. И. Влияние конечной разрядности в системах цифровой обработки // Датчики и системы. 2009. № 6. С. 39–43.
- Власов А. И., Стешенко В. Б., Нестеров В. А., Мысловский Э. В. Методы цифровой обработки сигналов тактильных чувствительных элементов мембранного типа // Наука и образование: научное издание. 2012. № 5. С. 37.
- Shakhnov V. A., Vlasov A. I., Knyazev V. S. Hardvare and software integrated system for processing signals for monitoring signals and analyzing the state of different level technical systems // Сб. док. 3-я международная конференция «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике». — Москва. 2002. С. 123.
- Мысловский Э. В., Власов А. И., Кузнецов А. С. Цифровые сигнальные процессоры с фиксированной точкой семейства ADSP21XX — Москва, Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2003. Том 2. 75 с.
- Мысловский Э. В., Власов А. И., Меньшов К. А. Цифровые сигнальные процессоры с плавающей точкой семейства ADSP2106X — Москва, Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2003. Том 3. 75 с.
