¿Cómo puedo 'estirar' una señal a tiempo usando componentes analógicos?

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¿Cómo se puede 'estirar' una señal (por ejemplo, una señal de radio analógica) en el tiempo, de modo que la frecuencia se reduzca a la mitad y la señal tome el doble de tiempo? Es sencillo hacerlo en una computadora, pero ¿se puede hacer con componentes analógicos?

La transformación que estoy buscando es la misma que grabar una cinta de audio y luego reproducirla a la mitad de la velocidad, por lo que traducir una señal de entrada de, por ejemplo, ejemplo de señal de entrada

a

ejemplo de señal de salida

(Esto es diferente de lo que hace un receptor de radio heterodino: cambia una señal de una frecuencia alta a una frecuencia más baja, pero la señal todavía ocupa la misma cantidad de tiempo).

Grabar y volver a leer a una velocidad más lenta sería una forma de hacerlo, pero eso requeriría componentes mecánicos lentos y no ser capaz de manejar señales más rápidas.

Antecedentes: no estoy construyendo nada para lo que necesito esto, pero me pregunto si algo como la multiplexación por división de tiempo podría funcionar en la era pre-digital o lo que se necesitaría para crearlo. Esa es también la razón por la cual un método como grabar en cinta y ralentizar la reproducción no funcionaría. Si las señales multiplexadas son cortas, los sistemas mecánicos de una cinta no podrían mantenerse al día.

Editar La relación con la multiplexación por división de tiempo: estaba pensando que tdm podría implementarse con tal técnica. Tome dos señales continuas, divídalas en (digamos) intervalos de microsegundos, exprima cada microsegundo en medio microsegundo (aumentando la frecuencia), luego intercale los segmentos comprimidos de señal de ambas corrientes. Para demodular, invierta el proceso estirando los intervalos pares o impares.

JanKanis
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1. ¿Cómo decidirá su diseño (en el mundo real) a qué hora es "t = 0"? 2. Independientemente del tipo de tecnología que se utilice, producir la salida en (por ejemplo) t = 100 requiere recordar cuál fue la entrada en t = 50. Entonces se requiere algún tipo de memoria. Y la memoria nunca es ilimitada. Entonces, ¿cuánto tiempo necesita para que esto funcione antes de que se quede sin memoria?
El Photon
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Además, no tengo claro cómo se relaciona esta pregunta con la multiplexación por división de tiempo; ¿Puedes decir más sobre por qué crees que hay una conexión?
El fotón
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Reproduzca desde un vehículo que se aleja de usted en Mach 0.5.
Brian Drummond
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El ancho de banda de audio del servicio telefónico tradicional es ~ 3.3 kHz, con la correspondiente frecuencia de muestreo de Nyquist 6.6 kSps. Si hiciste TDM con divisiones a escala estadounidense, siempre y cuando le dieras a cada canal una ranura al menos cada 150 us, la señal podría reproducirse directamente mediante un filtro de paso bajo sin necesidad de esta idea de estiramiento de tiempo.
El Photon
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Había un sistema de radio en Alemania que realmente utilizaba una brigada de cubetas para abrir "espacios de tiempo" cortos en un sistema analógico. Utilizó múltiples receptores y transmisores sincronizados para construir una red de radio muy grande que operaba en un solo par de frecuencias de transmisión / recepción. Los intervalos de tiempo se utilizaron para transmitir datos operativos (intensidad de la señal y otra información) en banda con el audio. Si funcionaba bien, tenía una cobertura enorme sin cambiar de canal. Si no funcionaba bien, todavía tenía la cobertura, pero sonaba como si estuviera intentando gritar una sierra de mesa.
JRE

Respuestas:

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Hay una tecnología analógica que se puede utilizar para hacer el trabajo ... la línea de retardo "brigada de cubetas" del CCD .

Es analógico, pero tiene mucho en común con las técnicas digitales, ya que es un sistema de datos muestreados.

Una línea de retardo CCD típica tiene 512 o 1024 condensadores en una línea y una red de interruptores CMOS para interconectarlos. Funciona aproximadamente de la siguiente manera:

  1. Cargue un condensador hasta el voltaje en el pin de entrada,
  2. Mantenga ese voltaje y cargue el segundo condensador hasta el voltaje del primero,
  3. Mantenga ese voltaje y cargue el Cap 3 desde el Cap 2 mientras carga el Cap 1 desde el pin de entrada.
  4. Repita, cargando desde pares e impares desde pares, hasta que aparezca la primera muestra en el pin de salida.

La idea general es como una fila de personas que pasan cubos entre sí, para tratar de combatir un incendio.

En este punto, si desea cambiar el tono, necesita almacenar nuevos datos en un segundo CCD a la frecuencia de muestreo de entrada, mientras vacía el primero a la nueva frecuencia de muestreo (en su caso, la mitad de la frecuencia de reloj original) .

Como el segundo CCD está lleno y el primero está medio vacío, ahora tiene un problema: debe volcar algunos de los datos. Si tiene más de 2 líneas de retardo CCD, puede "ocultar" las uniones desvaneciéndose de una a la otra, mientras llena una tercera, pero no es una técnica perfecta.

Los CCD tienen especificaciones de distorsión y ruido bastante pobres, junto con todos los problemas espectrales y de alias del audio digital, por lo que no escuchará mucho sobre ellos en este lado de 1980.

Un ejemplo de ello es el SAD1024 (hoja de datos aquí) que se usa como un cambiador de tono (con tono continuamente variable, también conocido como un flanger) aquí

Brian Drummond
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Wow, eso es un buen hallazgo!
peufeu
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"No oirás mucho sobre ellos a este lado de 1980". Como siempre, los músicos tienen preferencias que no tienen sentido desde el punto de vista de EE. Los BBD ya no se fabrican realmente, pero los dispositivos de retardo y tono construidos en torno a los BBD siguen siendo muy populares entre los músicos y productores, por lo que los BBD son muy valorados. Hay al menos diez dispositivos de retardo basados ​​en BBD que están bastante disponibles en tiendas de instrumentos musicales, y como persona que posee algunos retrasos BBD y algunos modelos digitales de retrasos BBD, puedo decir que lo real es mejor.
Todd Wilcox
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De hecho, el movimiento de "instrumentos originales" comenzó con la recreación de instrumentos medievales y renacentistas, los gloriosos sonidos de sacos y cornetas, y ... ¡parece estar pasando a los instrumentos analógicos Moog y Fairlight! A juzgar por el precio que vi por un SAD1024 en eBay ayer, podría ser hora de hurgar en mi caja de basura ...
Brian Drummond
¿Por qué lo llamas CCD en lugar de BBD? Los CCD son dispositivos de imagen específicos que incorporan un BBD en silicio.
OrangeDog
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Debido a que las Brigadas de cubo normalmente se implementan como dispositivos acoplados por carga. En un "sensor CCD", el CCD no es el sensor de imagen en sí, sino la brigada de cubetas utilizada para leer cada línea de exploración. Tipo de registro de desplazamiento analógico de entrada paralela en serie (aunque los condensadores también pueden ser los fotodetectores, no estoy seguro). El nombre CCD ciertamente es anterior a su uso en sensores de imagen.
Brian Drummond el
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Sugeriría grabar la señal en una cinta y reproducirla a la mitad de la velocidad.

No puedo seguir la razón por la que eso no te satisface. Por supuesto, podría usar otros medios (por ejemplo, cables, discos, etc.); El principio básico es el mismo.

Si nada de eso es bueno para usted, debe especificar más los requisitos.

Cuajada
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No puede tener la misma grabación en cinta a una velocidad y reproducir a una velocidad diferente, por lo que si el autor de la pregunta desea procesar en tiempo real, la cinta no funcionará en absoluto.
Todd Wilcox
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@Todd Wilcox: ¡por supuesto que puedes! Reproducir a media velocidad solo significa que la cinta se acumulará entre el cabezal de grabación y el cabezal de reproducción (pero tiene el mismo problema con cualquier otra tecnología; incluso la tecnología digital: en ese caso, la memoria se llenará). Como resultado, deberá detener la grabación durante un tiempo, mientras continúa la reproducción. Pero esto es exactamente lo que OP quiere. Durante esa pausa de grabación en multiplexación por división de tiempo, el otro canal está activo.
Cuajada
Hmm .. Buen punto. O podría tener dos sistemas de cinta y cambiar de uno a otro mientras el primero tiene la holgura eliminada.
Todd Wilcox
@Todd Wilcox: sí. Creo que en realidad se necesitaría más de una cinta (por canal) ya que la aceleración no puede ser instantánea (la cinta / cable / disco requiere algo de tiempo para acelerar / reducir la velocidad) ... pero todas esas consideraciones están relacionadas con una implementación práctica y Creo que la pregunta es puramente teórica.
Cuajada
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Si la señal es periódica, siempre puede usar un osciloscopio de muestreo .

ingrese la descripción de la imagen aquí

Quiero decir, puedes usar cualquier ADC siempre que su ventana de apertura y jitter sean lo suficientemente pequeñas, pero pediste analógico, por lo que tendrás que usar el viejo muestreador de puente de diodos como lo hicieron los magos de antaño ...

DC-14 GHz con piezas pasantes soldadas a mano .

ingrese la descripción de la imagen aquí

Verifique la fecha, 1968;)

peufeu
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Además de disparar un cohete que viaja a la mitad de la velocidad de la luz y extiende la señal recibida, necesita algo que almacene una muestra de lo que recibe y luego lo reproduce a una velocidad más lenta. En última instancia, esto significa que nunca se pone al día con lo que se transmitió originalmente, es decir, tiene que almacenar y reproducir a un ritmo más lento. Una cinta analógica hace esto bien, pero si desea esto en forma de IC, los métodos de almacenamiento digital son la mejor manera.

Andy alias
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Correcto violaría la conservación de algo, porque la acumulación de información entrante :-)
vicatcu
No puedo decir si me falta algún efecto relativista o si solo querías escribir la mitad de la velocidad del sonido.
jalalipop
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@jalalipop: Creo que está aludiendo al cambio rojo / azul (efecto doppler).
jbord39
Me estoy refiriendo a eso.
Andy también conocido como
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Ups Yo también, pero por alguna razón creo que estaba asumiendo una onda de sonido. Tengo hardware de RF funcionando en mi escritorio, pero olvidé que existen ondas EM, doh
jalalipop
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Hay una manera de hacer esto: pulsos láser 'chirridos' y fibra de compensación de dispersión. El índice de refracción de la fibra (y, por lo tanto, la velocidad a la que la luz se propaga por dicha fibra) es una función de la longitud de onda de la luz. Esto se llama dispersión, ya que da como resultado pulsos estrechos que se dispersan en el tiempo. La fibra de compensación de dispersión está diseñada para tener una dispersión negativa muy alta de modo que pueda 'deshacer' la dispersión de una longitud mucho más larga de fibra normal.

Comience con un pulso láser chirrido que barre en longitud de onda. Esto puede generarse tomando un pulso de banda ancha muy estrecho y enviándolo a través de una longitud de fibra de compensación de dispersión. Luego, la amplitud modula el pulso chirrido con la señal que desea estirar. Luego, envíe el pulso modulado a través de una buena pieza larga de fibra de compensación de dispersión.

Esta es realmente una técnica para escalas de tiempo muy cortas, que requiere varios kilómetros de fibra de compensación de dispersión para estirar pulsos de unos 10 s de ns. La dispersión en la fibra de compensación de dispersión suele ser del orden de -50 ps / nm / km.

alex.forencich
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Lindo ... pero ¿quieres ponerle un largo a la fibra que necesitarías para obtener, por ejemplo, un milisegundo de dispersión?
Brian Drummond
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Esto no tiene relevancia para la pregunta en absoluto. "Chirping" convertirá un pulso de banda ancha de corta duración en una señal que tenga un valor de pico a promedio más pequeño (y viceversa), pero no comprimirá una señal arbitraria de forma recuperable. Si intenta AM el pulso chirrido, la fibra de compensación lo convertirá en una forma de onda estrecha en la que la información real se codifica en el "ruido" que viene antes y después del pulso principal. Nada útil para TDM.
Dave Tweed
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Esta es realmente una técnica real que tiene varias aplicaciones, consulte en.wikipedia.org/wiki/Time_stretch_analog-to-digital_converter , en.wikipedia.org/wiki/Serial_time-encoded_amplified_microscopy
alex.forencich
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Realmente no hay conexión con TDM. Aunque el PSTN era digital antes de que se adoptara TDM, el mismo concepto funciona con muestras analógicas.

Solo necesita elegir una frecuencia de muestreo que capture la información que desea. Continuando con el ejemplo PSTN, esa sería una frecuencia de muestreo de 8000 Hz, que captura audio que cae en el rango de 300-3400 Hz.

Para intercalar N canales de voz, necesita un canal de comunicaciones que pueda manejar 8000 × N muestras / segundo. Envía una muestra de cada uno de los canales de voz, en sucesión, y luego comienza la secuencia completa nuevamente 1/8000 de segundo (125 µs) más tarde.

Puede muestrear todos los canales de voz simultáneamente y luego retrasar las muestras en una fracción de 125 µs de acuerdo con su número de canal, o simplemente puede cambiar la fase del muestreo para cada canal para comenzar (que es con lo que la mayoría de los equipos PSTN hace).

La conclusión es que no hay necesidad de "compresión de tiempo" si la frecuencia de cuadros TDM coincide con la frecuencia de muestreo requerida para los canales individuales.

Dave Tweed
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Esto realmente no se puede hacer de forma analógica. Si bien las personas han arrojado un montón de ideas interesantes y ordenadas, los circuitos analógicos pasivos solo pueden (1) cambiar de fase y (2) atenuarse. Todo lo que pueden hacer se limita a esto, que puede expresarse matemáticamente por la función de transferencia (que multiplicará toda la información en el dominio de la frecuencia por una función compleja que cambia el ángulo y atenúa la amplitud).

Si opta por la amplificación como una adición activa analógica, obviamente también puede aumentar algunas frecuencias, pero en realidad eso es todo lo que obtiene, es más.

Hay ideas como brigadas de cubetas, pero como se señaló, esto realmente se está volviendo digital (o al menos cuasi digital). En los viejos tiempos, la idea de grabar a una velocidad en cinta y reproducir a media velocidad es realmente el único enfoque práctico.

Este tipo de cosas es mucho más fácil de hacer digitalmente. Incluso allí, sin embargo, debe tener claro lo que quiere. Si desea comenzar en t = 0 y estirar una señal que va a t = 1 y hacer que salga dos veces al mismo tiempo inicial (entonces, salida 0

eSurfsnake
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Tenga en cuenta que "analógico" no implica necesariamente LTI (lineal, invariante en el tiempo). Sus declaraciones se aplican a este último, no al primero.
Dave Tweed
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Parece que has publicado a mitad de una oración.
wizzwizz4
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@DaveTweed: Dijo componentes analógicos pasivos . Los transistores generalmente se consideran activos, ¿verdad? Supongo que a una escala lo suficientemente pequeña, casi cualquier cosa tendrá un comportamiento extraño, pero a efectos prácticos, ¿tiene razón sobre los componentes pasivos que tienen esta limitación?
user541686
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Los datos muestreados no implican ni digital ni "cuasi-digital" (lo que sea que eso signifique). Aunque es cierto que la gran mayoría de los sistemas digitales son sistemas de datos muestreados, lo contrario no es necesariamente cierto. Y la pregunta no contenía ninguna restricción a los componentes pasivos.
Brian Drummond
Sí a Dave Tweed. En la mayoría de los casos, cuando la gente piensa en cosas como esta, piensa, es un estiramiento 'suave' o algo así. Y esperan hacerlo con un circuito clásico. Pasé por alto ideas que no son LTI ya que LTI da la intuición real.
eSurfsnake
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Parece que está proporcionando la mejor respuesta usted mismo. Usted dice: "Es sencillo hacerlo en una computadora". Todo lo que necesita, entonces, es un convertidor AD "apropiado" para alimentar la señal a la computadora, y luego un convertidor DA para darle la señal final. La computadora le dará toda la flexibilidad que pueda necesitar para procesar la señal.

Guill
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