Jak mogę „rozciągnąć” sygnał w czasie za pomocą komponentów analogowych?

9

Jak można „rozciągnąć” sygnał (np. Analogowy sygnał radiowy), aby częstotliwość została zmniejszona o połowę, a sygnał zabiera dwa razy więcej czasu? Jest to łatwe do zrobienia w komputerze, ale czy można to zrobić za pomocą komponentów analogowych?

Transformacja, której szukam, jest taka sama, jak nagrywanie taśmy audio, a następnie odtwarzanie jej z połową prędkości, więc na przykład tłumaczenie sygnału wejściowego

do

(To różni się od tego, co robi heterodynowy odbiornik radiowy: przesuwa sygnał z wysokiej na niższą częstotliwość, ale sygnał nadal zajmuje tyle samo czasu.)

Nagrywanie i odczytywanie z mniejszą prędkością byłoby jednym ze sposobów, aby to zrobić, ale wymagałoby to wolnych komponentów mechanicznych i nie byłoby w stanie poradzić sobie z szybszymi sygnałami.

Tło: Nie buduję niczego, do czego jest mi to potrzebne, ale zastanawiam się, czy coś takiego jak multipleksowanie z podziałem czasu mogłoby działać w erze pre-cyfrowej lub co trzeba by go stworzyć. Dlatego też metoda taka jak nagrywanie na taśmę i spowolnione odtwarzanie nie działa. Jeśli zmultipleksowane fragmenty sygnału są krótkie, mechaniczne systemy taśmy nie byłyby w stanie nadążyć.

Edytuj Związek z multipleksowaniem z podziałem czasu: Myślałem, że tdm można zaimplementować za pomocą takiej techniki. Weź dwa ciągłe sygnały, podziel je na (powiedzmy) mikrosekundowe przedziały, ściśnij każdą mikrosekundę na pół mikrosekundy (zwiększając częstotliwość), a następnie przeplataj ściśnięte segmenty sygnału z obu strumieni. Aby zdemodulować, odwróć proces, rozciągając przedziały nieparzyste lub parzyste.

analog signal-processing

— JanKanis
źródło

7

1. Jak Twój projekt zdecyduje (w realnym świecie), która godzina to „t = 0”? 2. Bez względu na to, jaka technologia jest używana, wytworzenie wyniku przy (na przykład) t = 100 wymaga zapamiętania, co było wejściem przy t = 50. Potrzebna jest więc pewna pamięć. A pamięć nigdy nie jest nieograniczona. Jak długo potrzebujesz tego, zanim zabraknie pamięci?

— Photon

1

Nie jestem też jasne, w jaki sposób to pytanie odnosi się do multipleksowania z podziałem czasu; czy możesz powiedzieć więcej o tym, dlaczego uważasz, że istnieje związek?

— Photon

25

Odtwarzaj go z oddalającego się od ciebie pojazdu w Mach 0,5.

— Brian Drummond

1

Przepustowość audio tradycyjnej usługi telefonicznej wynosi ~ 3,3 kHz, przy odpowiedniej częstotliwości próbkowania Nyquist 6,6 kSps. Jeśli zrobiłeś TDM z podziałami w skali USA, o ile dałeś każdemu kanałowi miejsce co najmniej co 150 nas, sygnał można odtworzyć bezpośrednio przez filtrowanie dolnoprzepustowe bez potrzeby tego rozciągającego czas pomysłu.

— Photon

2

W Niemczech istniał system radiowy, który naprawdę wykorzystał brygadę kubełkową do otwarcia krótkich „przedziałów czasowych” w systemie analogowym. Wykorzystał wiele odbiorników i zsynchronizowanych nadajników, aby zbudować bardzo dużą sieć radiową, która działała na pojedynczej parze częstotliwości nadawczo-odbiorczych. Szczeliny czasowe zostały wykorzystane do transmisji danych operacyjnych (siła sygnału i inne informacje) w paśmie z dźwiękiem. Jeśli wszystko działało poprawnie, miałeś ogromny zasięg bez zmiany kanałów. Jeśli to nie zadziałało, nadal masz zasięg, ale brzmiało to tak, jakbyś próbował krzyknąć piły stołowej.

— JRE

16

Istnieje jedna analogowa technologia, której można użyć do wykonania zadania ... linia opóźniająca „brygady kubełkowej” CCD .

Jest analogowy, ale ma wiele wspólnego z technikami cyfrowymi, ponieważ jest to system danych próbkowanych.

Typowa linia opóźniająca CCD ma 512 lub 1024 kondensatory w linii, a sieć przełączników CMOS do ich połączenia. Działa z grubsza w następujący sposób:

Naładuj jeden kondensator do napięcia na pinie wejściowym,
Utrzymaj to napięcie i naładuj drugi kondensator do napięcia pierwszego,
Przytrzymaj to napięcie i naładuj nasadkę 3 z nasadki 2, jednocześnie ładując nasadkę 1 ze styku wejściowego.
Powtarzaj ładowanie nawet od nieparzystej i nieparzystej od parzystej, aż pierwsza próbka pojawi się na styku wyjściowym.

Ogólny pomysł jest jak linia ludzi, którzy przekazują sobie wiadra, aby spróbować zwalczyć ogień.

W tym momencie, jeśli chcesz zmienić wysokość tonu, musisz zapisać nowe dane w drugiej matrycy CCD z wejściową częstotliwością próbkowania, podczas gdy opróżniasz pierwszą z nową częstotliwością próbkowania (w Twoim przypadku połowę oryginalnej częstotliwości zegara) .

Ponieważ drugi CCD jest pełny, a pierwszy jest tylko w połowie pusty, masz teraz problem: musisz zrzucić część danych. Jeśli masz więcej niż 2 linie opóźniające CCD, możesz „ukryć” połączenia, przechodząc między przejściami, wypełniając jedną trzecią, ale nie jest to doskonała technika.

CCD mają dość słabą specyfikację szumów i zniekształceń, a także wszystkie problemy z widmem i aliasingiem cyfrowego dźwięku, więc nie usłyszysz o nich dużo po tej stronie 1980 roku.

Jednym z takich przykładów jest tutaj SAD1024 (arkusz danych tutaj) używany jako przesuwnik wysokości (z ciągle zmieniającą się wysokością, zwaną flanger) tutaj

— Brian Drummond
źródło

Wow, to dobre znalezisko!

— peufeu

4

„nie usłyszysz o nich wiele po tej stronie 1980 roku”. Jak zawsze muzycy mają preferencje, które nie mają sensu z punktu widzenia EE. BBD nie są już tak naprawdę produkowane, ale urządzenia opóźniające i pitch zbudowane wokół BBD są nadal bardzo popularne wśród muzyków i producentów, więc same BBD są bardzo cenione. Istnieje co najmniej dziesięć urządzeń opóźniających opartych na BBD, które są dość powszechnie dostępne u sprzedawców instrumentów muzycznych, a jako osoba posiadająca kilka opóźnień BBD i kilka cyfrowych modeli opóźnień BBD, mogę powiedzieć, że prawdziwa rzecz jest lepsza.

— Todd Wilcox

1

Rzeczywiście, ruch „oryginalnych instrumentów” rozpoczął się od odtworzenia instrumentów średniowiecznych i renesansowych, wspaniałych dźwięków worków i kornetów i… wydaje się, że przenosi się na analogowe instrumenty Moog i Fairlight! Sądząc po cenie, którą widziałem wczoraj za eBay na eBayu, może być czas na przeszukanie mojej skrzynki na śmieci ...

— Brian Drummond

Dlaczego nazywasz to CCD zamiast BBD? CCD to specyficzne urządzenia do obrazowania, które zawierają BBD w krzemie.

— OrangeDog

1

Ponieważ brygady kubełkowe są zwykle wdrażane jako urządzenia sprzężone z ładunkiem. W „czujniku CCD” CCD nie jest samym czujnikiem obrazowania, ale brygadą kubełkową używaną do odczytywania każdej linii skanowania. Rodzaj analogowego rejestru przesuwnego Parallel In Serial Out (choć nie jestem pewien, czy kondensatory mogą być również fotodetektorami). Nazwa CCD z pewnością wyprzedza jego zastosowanie w czujnikach obrazu.

— Brian Drummond

11

Sugeruję nagranie sygnału na taśmie i odtworzenie go z połową prędkości.

Nie mogę podążać za powodem, dla którego cię to nie satysfakcjonuje. Oczywiście możesz użyć innych mediów (np. Przewody, dyski itp.); podstawowa zasada jest taka sama.

Jeśli nic z tego nie jest dla Ciebie dobre, musisz sprecyzować wymagania.

— Twaróg
źródło

Nie można nagrywać tego samego kawałka taśmy przy jednej prędkości i odtwarzać z inną prędkością, więc jeśli pytający chce przetwarzać w czasie rzeczywistym, taśma w ogóle nie będzie działać.

— Todd Wilcox

2

@Todd Wilcox: oczywiście, że możesz! Odtwarzanie z połową prędkości oznacza po prostu, że taśma nakłada się między głowicą nagrywającą a głowicą odtwarzającą (ale masz ten sam problem z każdą inną technologią; nawet technologią cyfrową: w takim przypadku pamięć się zapełni). W rezultacie będziesz musiał zatrzymać nagrywanie na chwilę, podczas gdy odtwarzanie będzie kontynuowane. Ale tego właśnie chce OP. Podczas tej przerwy w nagrywaniu w multipleksowaniu z podziałem czasu drugi kanał jest aktywny.

— Curd

Hmm .. Dobra uwaga. Lub możesz mieć dwa systemy taśm i przełączać się między nimi, podczas gdy pierwszy usuwa luz.

— Todd Wilcox

@Todd Wilcox: tak. Myślę, że w rzeczywistości potrzebna byłaby więcej niż jedna taśma (na kanał), ponieważ przyspieszenie nie może być natychmiastowe (taśma / drut / dysk wymaga trochę czasu, aby przyspieszyć / spowolnić) ... ale wszystkie te rozważania dotyczą praktycznego wdrożenia i Myślę, że pytanie jest czysto teoretyczne.

— Curd

6

Jeśli sygnał jest okresowy, zawsze możesz użyć oscyloskopu próbkującego .

To znaczy, możesz użyć dowolnego ADC, pod warunkiem, że jego okno apertury i fluktuacja są wystarczająco małe, ale poprosiłeś o analog, więc będziesz musiał użyć starego próbnika mostka diodowego, tak jak robili to dawni czarodzieje ...

DC-14 GHz z ręcznie lutowanymi częściami przelotowymi .

Sprawdź datę, 1968;)

— peufeu
źródło

5

Oprócz wystrzelenia rakiety, która leci z połową prędkości światła, a więc rozciąga odbierany sygnał, potrzebujesz czegoś, co przechowuje próbkę tego, co otrzymujesz, a następnie odtwarza ją z mniejszą prędkością. Ostatecznie oznacza to, że nigdy nie nadążasz za tym, co zostało pierwotnie przesłane, tj. Musisz przechowywać i odtwarzać w wolniejszym tempie. Taśma analogowa robi to dobrze, ale jeśli chcesz to w postaci układu scalonego, cyfrowe metody przechowywania są najlepszym sposobem.

— Andy aka
źródło

2

Racja, to naruszyłoby zachowanie czegoś, ponieważ gromadzenie się przychodzących informacji :-)

— vicatcu

Nie wiem, czy brakuje mi jakiegoś efektu relatywistycznego, czy po prostu chciałeś wpisać połowę prędkości dźwięku.

— jalalipop

2

@jalalipop: Myślę, że nawiązuje do red / blueshift (efekt dopplerowski).

— jbord39,

Nawiązuję do tego.

— Andy aka

4

Ups Ja też, ale z jakiegoś powodu zakładam falę dźwiękową. Mam sprzęt RF działający na moim biurku, ale zapomniałem, że istnieją fale elektromagnetyczne, doh

— jalalipop

3

Jest na to sposób: „ćwierkające” impulsy laserowe i włókno kompensujące dyspersję. Współczynnik załamania światłowodu (a tym samym prędkość, z jaką światło rozchodzi się po tym włóknie) jest funkcją długości fali światła. Nazywa się to dyspersją, ponieważ powoduje rozpraszanie wąskich impulsów w czasie. Włókno kompensujące dyspersję jest zaprojektowane tak, aby miało bardzo wysoką dyspersję ujemną, dzięki czemu może „cofnąć” dyspersję znacznie dłuższej długości normalnego włókna.

Zacznij od ćwierkającego impulsu laserowego, który zamiata się wzdłuż długości fali. Można to wygenerować, pobierając bardzo wąski, szerokopasmowy impuls i przesyłając go przez długość włókna kompensacji dyspersji. Następnie amplituda moduluje impuls ćwierkający za pomocą sygnału, który chcesz rozciągnąć. Następnie wyślij modulowany impuls przez ładny długi kawałek włókna kompensacji dyspersji.

Jest to naprawdę technika dla bardzo krótkich skal czasowych, wymagająca kilku kilometrów włókna kompensacji dyspersji, aby rozciągnąć impulsy rzędu kilku dziesiątek ns. Dyspersja we włóknie kompensującym dyspersję jest zwykle rzędu -50 ps / nm / km.

— alex.forencich
źródło

1

Urocze ... ale staraj się nałożyć włókno na długość, powiedzmy, milisekundę dyspersji?

— Brian Drummond

1

Nie ma to żadnego związku z tym pytaniem. „Ćwierkanie” przekształci krótkotrwały impuls szerokopasmowy w sygnał, który ma mniejszą wartość szczytową do średniej (iz powrotem), ale nie skompresuje czasowo dowolnego sygnału w żaden możliwy do odzyskania sposób. Jeśli spróbujesz AM wygenerować impuls ćwierkający, włókno kompensacyjne zmieni to w wąski przebieg, w którym rzeczywista informacja jest zakodowana w „szumie”, który pojawia się przed i po impulsie głównym. W ogóle nie przydatne w TDM.

— Dave Tweed

2

To właściwie prawdziwa technika, która ma wiele zastosowań, patrz en.wikipedia.org/wiki/Time_stretch_analog-to-digital_converter , en.wikipedia.org/wiki/Serial_time-encoded_amplified_microscopy

— alex.forencich

2

Naprawdę nie ma połączenia z TDM. Chociaż PSTN był cyfrowy przed przyjęciem TDM, ta sama koncepcja działa z próbkami analogowymi.

Wystarczy wybrać częstotliwość próbkowania, która przechwytuje pożądane informacje. Kontynuując przykład PSTN, byłby to częstotliwość próbkowania 8000 Hz, która przechwytuje dźwięk mieszczący się w zakresie 300-3400 Hz.

Aby przeplatać N kanałów głosowych, potrzebujesz kanału komunikacyjnego, który może obsłużyć 8000 × N próbek na sekundę. Wysyłasz jedną próbkę z każdego z kanałów głosowych kolejno, a następnie zaczynasz całą sekwencję od nowa 1/8000 sekundy (125 µs) później.

Możesz albo próbkować wszystkie kanały głosowe jednocześnie, a następnie opóźniać próbki o ułamek 125 µs zgodnie z ich numerem kanału, lub możesz po prostu przesunąć fazę próbkowania dla każdego kanału na początek (to jest to, co większość urządzeń PSTN robi).

Najważniejsze jest to, że nie ma potrzeby „kompresji czasu”, jeśli szybkość klatek TDM odpowiada częstotliwości próbkowania wymaganej dla poszczególnych kanałów.

— Dave Tweed
źródło

2

Tego naprawdę nie da się zrobić analogowo. Podczas gdy ludzie rzucają garść schludnych i interesujących pomysłów, pasywne obwody analogowe mogą tylko (1) przesunąć fazę i (2) osłabić. Wszystko, co mogą zrobić, ogranicza się do tego, co może być wyrażone matematycznie przez funkcję przenoszenia (która pomnoży wszystkie informacje w dziedzinie częstotliwości przez złożoną funkcję, która zarówno zmienia kąt, jak i tłumi amplitudę).

Jeśli zdecydujesz się na wzmocnienie jako analogowy aktywny dodatek, oczywiście możesz również zwiększyć niektóre częstotliwości - ale tak naprawdę to wszystko, co dostajesz, to więcej.

Istnieją pomysły takie jak brygady kubełkowe, ale jak wspomniano, to naprawdę staje się cyfrowe (lub przynajmniej quasi-cyfrowe). W dawnych czasach pomysł nagrywania na taśmie z jedną prędkością i odtwarzania z połową prędkości to tak naprawdę jedyne praktyczne podejście.

Tego rodzaju rzeczy są znacznie łatwiejsze do zrobienia cyfrowo. Jednak nawet tam musisz jasno określić, czego chcesz. Jeśli chcesz zacząć od t = 0 i rozciągnąć sygnał, który przechodzi do t = 1 i sprawić, aby wyszedł ponad dwa razy w tym samym czasie początkowym (więc wyjdź 0

— eSurfsnake
źródło

3

Zauważ, że „analog” niekoniecznie oznacza LTI (liniowy, niezmienny w czasie). Twoje oświadczenia dotyczą tego drugiego, a nie pierwszego.

— Dave Tweed

1

Wyglądasz, jakbyś opublikował w połowie zdania.

— wizzwizz4,

1

@DaveTweed: Powiedział pasywne komponenty analogowe. Tranzystory są ogólnie uważane za aktywne, prawda? Przypuszczam, że na wystarczająco małą skalę prawie wszystko będzie dziwne, ale czy dla celów praktycznych ma rację co do elementów pasywnych posiadających to ograniczenie?

— user541686,

1

Próbkowane dane nie oznaczają ani cyfrowej, ani „quasi-cyfrowej” (cokolwiek to oznacza). Chociaż prawdą jest, że zdecydowana większość systemów cyfrowych to systemy danych próbkowane, sytuacja odwrotna nie musi być prawdziwa. Pytanie to nie zawierało żadnych elementów pasywnych.

— Brian Drummond

Tak dla Dave'a Tweeda. W większości przypadków, gdy ludzie myślą o takich rzeczach, pomyślał, że jest to „gładkie” rozciąganie lub coś takiego. I mają nadzieję, że zrobią to z klasycznym obwodem. Zastanawiałem się nad pomysłami, które nie są LTI, ponieważ LTI daje prawdziwą intuicję.

— eSurfsnake,

1

Wygląda na to, że sam udzielasz najlepszej odpowiedzi. Stwierdzasz: „Łatwo to zrobić na komputerze”. Wystarczy zatem „odpowiedni” konwerter AD, który doprowadzi sygnał do komputera, a następnie konwerter DA, który dostarczy sygnał końcowy. Komputer zapewni Ci elastyczność niezbędną do przetworzenia sygnału.

— Guill
źródło