टॉकिंग बॉक्स: एक CVSD ऑडियो डिजिटाइज़र और प्लेबैक डिवाइस

CVSD ऑडियो डिजिटाइज़र और प्लेबैक डिवाइस

टॉकिंग बॉक्स एक आसान-से-निर्माण, किफायती प्रोजेक्ट है जो वस्तुतः किसी भी कंप्यूटर को डिजिटल रूप से एनकोड करने और बाद में मानव भाषण या इसी तरह के ऑडियो आवृत्ति एनालॉग संकेतों को पुन: पेश करने का तरीका प्रदान कर सकता है। सरल संचालन प्रदान करने के लिए इस प्रोजेक्ट को कंप्यूटर के सीरियल I/O पोर्ट से जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है और यह लगभग एक सिंक्रोनस टेलीफ़ोन मॉडेम जैसा दिखता है। इसके परिणामस्वरूप बड़ी संख्या में अनुप्रयोगों के लिए कनेक्ट करने में आसान डिवाइस इंटरफ़ेस होता है। प्रोजेक्ट सर्किटरी निरंतर परिवर्तनशील तकनीक का उपयोग करता है

स्लोप डेल्टा मॉड्यूलेशन एनालॉग सिग्नल को बाइनरी डेटा में एनकोड करने और फिर इस बाइनरी डेटा को एनालॉग सिग्नल में वापस डिकोड करने के लिए किया जाता है। इस एनकोडिंग/डिकोडिंग क्रिया के कारण, डिवाइस को आमतौर पर और सरलता से कोडेक कहा जाता है।

सोलह किलोबिट प्रति सेकंड (केबीपीएस) की सीरियल डेटा दर पर, टॉकिंग बॉक्स अधिकांश टेलीफ़ोन उत्तर देने वाली मशीनों के बराबर सटीकता के साथ भाषण को रिकॉर्ड और पुनरुत्पादित कर सकता है। डेटा दर को 32 केबीपीएस तक बढ़ाने पर, या पुनरुत्पादित ध्वनि के प्रत्येक सेकंड के लिए लगभग चार किलोबाइट संग्रहीत डेटा, 300 और 3000 हर्ट्ज आवृत्ति के बीच ऑडियो सिग्नल में पाँच प्रतिशत से कम विरूपण का परिणाम देता है। यह परियोजना को कंप्यूटर के साथ आसानी से उपयोग करने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, टेलीफ़ोन टचटोन सिग्नल को पुनरुत्पादित और पहचानने के लिए। हालाँकि इस लेख का प्राथमिक उद्देश्य टॉकिंग बॉक्स सर्किटरी के डिज़ाइन और निर्माण और ऑडियो या स्पीच सिग्नल के बाइनरी स्टोरेज और पुनरुत्पादन के लिए इसके उपयोग का वर्णन करना है, कोडेक डिवाइस के संचार, औद्योगिक नियंत्रण और इंस्ट्रूमेंटेशन में कई अन्य अनुप्रयोग हैं। इस परियोजना के उपयोग के कुछ संभावित तरीकों में डिजिटल फिल्टर, मोटरों का रिमोट कंट्रोल, भाषण संकेतों को क्रमबद्ध करना, भंडारण या प्रदर्शन के लिए क्षणिक संकेतों को कोड करना, सिग्नल का आयाम संपीड़न, प्रतिध्वनि के लिए डिजिटल विलंब रेखाएं, सिंथेटिक भाषण बनाने के लिए एलोफोन्स को निकालना और पुनरुत्पादित करना, ध्वनिक मॉडेम के लिए संकेतों को कोड करना या डिकोड करना, पैकेटबंद आवाज डेटा संदेश, और छवि प्रसंस्करण या विश्लेषण शामिल हैं।

डेल्टा मॉडुलन के सिद्धांत

अधिकांश डिजिटल एनकोडर नियमित अंतराल पर लगातार बदलते सिग्नल के आयाम का नमूना लेते हैं और फिर इन नमूनों को बाइनरी शब्दों द्वारा दर्शाते हैं जो उनके आयाम और ध्रुवता को दर्शाते हैं। इसके विपरीत, एक डेल्टा मॉड्यूलेटर एकल-बिट शब्द उत्पन्न करता है जिसका मान इनपुट सिग्नल के मान को दर्शाने के बजाय ट्रैकिंग सिग्नल में क्वांटाइज्ड त्रुटि, या "डेल्टा" (A) को दर्शाता है। तकनीकी रूप से, एक डेल्टा मॉड्यूलेटर एक बंद-लूप सैंपल-डेटा नियंत्रण प्रणाली है जो एक बाइनरी आउटपुट उत्पन्न करती है जिसकी ध्रुवता वर्तमान में सैंपल किए जा रहे इनपुट सिग्नल और पिछले इनपुट सिग्नल के क्वांटाइज्ड सन्निकटन के बीच अंतर को दर्शाती है। यह एक तुलनित्र को आगे के पथ में और एक इंटीग्रेटर को एक सरल नियंत्रण लूप के फीडबैक पथ में रखकर पूरा किया जाता है। जैसा कि चित्र 1 में रैखिक डेल्टा मॉड्यूलेशन सिस्टम ब्लॉक आरेख में दिखाया गया है, तुलनित्र के इनपुट इनपुट सिग्नल और इंटीग्रेटर या स्थानीय डिकोडर का आउटपुट हैं।

इस प्रकार तुलनित्र आउटपुट इनपुट सिग्नल और इंटीग्रेटर आउटपुट के बीच अंतर के संकेत को दर्शाता है। यह साइन बिट इंटीग्रेटर पर अगले लागू चार्ज की ध्रुवता को नियंत्रित करता है और डिजिटल आउटपुट भी बनाता है। तुलनित्र आउटपुट को सामान्य रूप से इस तरह से क्लॉक किया जाता है कि यह एक सिंक्रोनस बैंड-सीमित सीरियल डिजिटल बिट स्ट्रीम प्रदान करे। आवश्यक सर्किटरी की सरलता और आउटपुट डेटा की सीरियल प्रकृति डेल्टा मॉड्यूलेटर के दो मूलभूत लाभ हैं। यदि परिणामी क्लॉक्ड सीरियल बिट स्ट्रीम को फिर एक समान रूप से निर्मित रिसीविंग इंटीग्रेटर को डिलीवर किया जाता है जैसा कि चित्र 1 में भी दिखाया गया है, तो इस डिकोडिंग इंटीग्रेटर का आउटपुट मूल ट्रांसमिटिंग कंट्रोल लूप इंटीग्रेटर आउटपुट की एक कॉपी होगी। सिंक्रोनस सीरियल डेटा स्ट्रीम में कोई फ़्रेमिंग जानकारी शामिल नहीं है और एनकोडर से बिट स्ट्रीम द्वारा दर्शाए गए मूल इनपुट की प्रतिकृति इस डेटा के डिकोडर में इनपुट होने के तुरंत बाद शुरू होती है। इस कॉपी की निष्ठा सबसे बड़े पैमाने पर इस बात पर निर्भर करेगी कि ट्रांसमिटिंग इंटीग्रेटर मूल इनपुट सिग्नल को किस हद तक ट्रैक करता है। जैसा कि चित्र 2 में दिखाए गए तरंगों से देखा जा सकता है, एक रैखिक डेल्टा मॉड्यूलेटर तरंग आरेख, एनकोडर का फीडबैक सिग्नल रैंप किए गए चरणों की एक श्रृंखला में इनपुट सिग्नल को ट्रैक करने का प्रयास करता है, जिसका आकार स्थिर होता है। क्योंकि स्थानीय डिकोडर से फीडबैक सिग्नल में ऐसे चरण होते हैं जो एक रैखिक नेटवर्क द्वारा निर्मित स्थिर या लगभग स्थिर आकार के होते हैं, इस प्रकार के डेल्टा मॉड्यूलेशन को रैखिक डेल्टा मॉड्यूलेशन कहा जाता है। डिकोडर आउटपुट में इन वृद्धिशील चरणों की उपस्थिति के परिणामस्वरूप एक क्वांटाइजिंग शोर संकेत होता है जिसे ग्रैन्युलर शोर कहा जाता है। यदि बिट स्ट्रीम की क्लॉक दर इनपुट सिग्नल की बैंडविड्थ से एक सप्तक या अधिक ऊपर है, तो रिसीवर आउटपुट पर लो पास फ़िल्टरिंग इस शोर सिग्नल के अधिकांश को खत्म कर देगा।

किसी भी रैखिक मॉड्यूलेशन सिस्टम की सबसे बड़ी खामी यह है कि ऐसे सरल रूप से बनाए गए नियंत्रण लूप इनपुट सिग्नल पावर की विस्तृत रेंज पर पर्याप्त सिग्नल-टू-शोर (एस/एन) अनुपात बनाए रखने में सापेक्ष अक्षमता रखते हैं, यानी उनकी डायनेमिक रेंज सीमित होती है। उदाहरण के लिए, स्पीच रिकॉर्डिंग में, अलग-अलग व्यक्तियों के स्पीच पैटर्न में पाए जाने वाले अलग-अलग पावर लेवल के परिणामस्वरूप काफी अलग एस/एन अनुपात होंगे।

डेल्टा मॉड्यूलेशन एनकोडर में, इनपुट सिग्नल के तात्कालिक ढलान या आयाम में परिवर्तन की दर के बारे में जानकारी बाइनरी या लॉजिकल आउटपुट स्तरों में से प्रत्येक की घटना की अनुक्रमिक दर से संकेतित होती है। इनपुट पर मौजूद शून्य ढलान, निरंतर आयाम संकेत के साथ जैसा कि चित्र 2 के बाईं ओर दिखाया गया है, परिणामी ट्रैकिंग सिग्नल रैंप किए गए चरणों की एक श्रृंखला है, जिनमें से प्रत्येक स्तर में समान है, लेकिन विपरीत ध्रुवता का है। इसके परिणामस्वरूप डिजिटल आउटपुट पर एक वैकल्पिक शून्य-एक अनुक्रम होता है जिसे इस प्रकार इनपुट सिग्नल में सापेक्ष मौन की अवधि या एक स्थिर आयाम स्तर को इंगित या संगत करने के लिए देखा जा सकता है। मौन अवधि के दौरान इस वांछित परिणाम से किसी भी विचलन को निष्क्रिय-चैनल शोर के रूप में संदर्भित किया जाता है और निश्चित रूप से, संबंधित डिकोडर से एक गैर-शून्य संकेत आउटपुट होगा।

जैसा कि बताया गया है, शून्य ढलान वाले इनपुट सिग्नल के अनुप्रयोग के परिणामस्वरूप इकाइयों और शून्यों का एक वैकल्पिक अनुक्रम आउटपुट होगा। लेकिन मान लीजिए कि इनपुट सिग्नल ढलान इतनी तेज़ी से बदल जाए कि फीडबैक सिग्नल (यानी एनकोडर का इंटीग्रेटर आउटपुट) आने वाले सिग्नल को ट्रैक न कर सके। इस मामले में, आउटपुट पर निरंतर ध्रुवीयता के बिट्स की एक धारा का परिणाम होगा। इस स्थिति को ढलान अधिभार कहा जाता है, और जब ऐसा होता है तो डिकोडर से आउटपुट मूल सिग्नल से काफी अलग हो सकता है। मूल सिग्नल और इसकी प्रतिकृति के बीच अंतर की डिग्री को ढलान अधिभार शोर के रूप में संदर्भित किया जाता है। ढलान अधिभार शोर एक प्रतिकृति तरंग के विरूपण में दानेदार या परिमाणीकरण शोर की तुलना में अधिक योगदान देता है और इसलिए निरपेक्ष तरंग निष्ठा पर इसका बड़ा प्रभाव पड़ता है। हालाँकि, मानव श्रोताओं को पुनरुत्पादित भाषण संकेतों में दानेदार शोर अवधारणात्मक रूप से अधिक ध्यान देने योग्य और परेशान करने वाला लगता है।

इस प्रकार हम देख सकते हैं कि रैखिक एनकोडर के लिए एस/एन अनुपात सीधे इनपुट सिग्नल पावर स्तर से प्रभावित होता है। कम इनपुट पावर स्तर पर, सिग्नल ट्रैकिंग खराब होती है क्योंकि फीडबैक ट्रैकिंग सिग्नल अपेक्षाकृत छोटे इनपुट सिग्नल के बारे में पर्याप्त भ्रमण करता है और इसलिए तुलनात्मक रूप से बड़ा स्टेप साइज महत्वपूर्ण मात्रा में दानेदार शोर उत्पन्न करता है। जैसे-जैसे इनपुट सिग्नल पावर स्तर बढ़ता है, एस/एन अनुपात रैखिक रूप से बेहतर होता जाता है क्योंकि क्वांटिज़िंग शोर कुल मौजूद पावर का एक छोटा हिस्सा बन जाता है। इनपुट सिग्नल को ट्रैक करने की एनकोडर की क्षमता में उत्तरोत्तर सुधार होता है जब तक कि एनकोडर थोड़ा ढलान-ओवरलोड नहीं हो जाता। इस बिंदु पर, एस/एन अनुपात कम होना शुरू हो जाता है क्योंकि शोर शक्ति सामग्री सिग्नल पावर सामग्री की तुलना में अधिक तेज़ी से बढ़ती है। इन संबंधों का एक ग्राफ़िकल प्रतिनिधित्व चित्र 3, डेल्टा मॉड्यूलेटर सिस्टम में सिग्नल पावर और शोर शक्ति में दर्शाया गया है।

* एनकोडर के लिए एनालॉग इनपुट सिग्नल के लिए आवृत्ति सीमा ऊपरी छोर पर सीमित होती है। निक्विस्ट सैंपलिंग दर द्वारा निर्धारित कुछ क्लॉक आवृत्ति होती है जो इनपुट सिग्नल बैंडविड्थ से बड़ी होती है और जो दिए गए शोर स्तर पर सिग्नल को एनकोड करेगी, बशर्ते हमारे पास पर्याप्त छोटा स्टेप साइज़ हो। हालाँकि, इनपुट सिग्नल के लिए आयाम सीमाएँ ऊपरी और निचले दोनों छोरों पर सीमित होती हैं। किसी भी विशेष इनपुट सिग्नल स्तर के लिए, एक संबद्ध इंटीग्रेटर स्टेप साइज़ होता है जो इष्टतम s/n अनुपात प्रदान करेगा। दुर्भाग्य से, निश्चित स्टेप साइज़ के परिणामस्वरूप रैखिक एनकोडर में उपयोगी इनपुट सिग्नल डायनेमिक रेंज के लिए अपेक्षाकृत छोटा सीमित मान होता है।

अब s/n अनुपात में सुधार पर विचार करें जो तब होगा जब ट्रैकिंग स्टेप साइज़ को किसी तरह छोटा बनाया जा सके जब इनपुट सिग्नल का ढलान छोटा हो, और फिर ढलान के तीव्र होने पर बड़ा बनाया जा सके। इंटीग्रेटर के लाभ को समायोजित करके इसे पूरा किया जा सकता है। जाहिर है, फीडबैक सिग्नल तब इनपुट पावर स्तरों की एक व्यापक रेंज पर बेहतर तरीके से ट्रैक करेगा। चूँकि क्वांटाइज़िंग नॉइज़ स्टेप साइज़ के वर्ग के समानुपातिक है, इसलिए स्टेप साइज़ को इनपुट सिग्नल की एक व्यापक रेंज के लिए अनुकूल बनाने से नॉइज़ पावर इनपुट सिग्नल पावर के साथ अलग-अलग होगी, बजाय इसके कि यह रैखिक डेल्टा मॉड्यूलेशन के साथ स्वतंत्र हो। इसलिए नॉइज़ पावर को सिग्नल पावर के समानुपातिक बनाने से s/n अनुपात का इनपुट सिग्नल स्तर से स्वतंत्र एक स्थिर मान हो जाता है। यह अनुकूली डेल्टा मॉड्यूलेशन का सिद्धांत है। किसी दिए गए क्लॉक रेट और इनपुट सिग्नल बैंडविड्थ के लिए इंटीग्रेटर गेन को समायोजित करने का तरीका उपयोगी डायनेमिक रेंज में एक उल्लेखनीय वृद्धि प्रदान कर सकता है जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

ट्रैकिंग इंटीग्रेटर स्टेप साइज को अनुकूल रूप से बदलने के लिए कई एल्गोरिदम का उपयोग किया गया है, लेकिन टॉकिंग बॉक्स निरंतर परिवर्तनशील ढलान डेल्टा (CVSD) मॉड्यूलेशन के रूप में जानी जाने वाली तकनीक का उपयोग करता है। इसे सिलेबिक रूप से संयोजित डेल्टा मॉड्यूलेशन के रूप में भी संदर्भित किया जाता है, यह बड़ी गतिशील रेंज वाले भाषण या अन्य एनालॉग सिग्नल को एन्कोडिंग और डिकोड करने के लिए एक पसंदीदा तरीका है। पहले दिखाए गए रैखिक डेल्टा मॉड्यूलेटर में निहित ऑपरेटिंग तत्वों के अलावा एक एल्गोरिदम का कार्यान्वयन है जो डेल्टा मॉड्यूलेटर से वर्तमान और पिछले कुछ डिजिटल आउटपुट की निगरानी करता है और फिर एनकोडर इंटीग्रेटर के लाभ को तदनुसार समायोजित करता है। जैसा कि CVSD मॉड्यूलेशन सिस्टम ब्लॉक डायग्राम, चित्र 4 में दिखाया गया है, एल्गोरिदम का मॉनिटरिंग हिस्सा एक साधारण शिफ्ट रजिस्टर के साथ साकार होता है जो अंतिम तीन या चार आउटपुट बिट्स को संग्रहीत करता है। स्वीकृत मानक एल्गोरिदम एक संकेत प्रदान करता है जब ये सभी क्रमिक रूप से संग्रहीत बिट्स एक ही तर्क स्तर के होते हैं, एक स्थिति जिसे संयोग कहा जाता है। एक सच्चे संयोग आउटपुट की घटना संकेत देती है कि वर्तमान इंटीग्रेटर लाभ एनालॉग इनपुट को ट्रैक करने के लिए शायद बहुत छोटा है। संयोग आउटपुट एक बड़े करंट को लो-पास फ़िल्टर को चार्ज करने की अनुमति देता है, और फिर इस फ़िल्टर के वोल्टेज आउटपुट को एनकोडर इंटीग्रेटर लाभ के पूर्ण परिमाण को समायोजित करने के लिए नियोजित किया जाता है। अधिकांश अनुप्रयोग एक साधारण सिंगल-पोल लो-पास फ़िल्टर का उपयोग करते हैं, जिसमें लगभग पाँच से दस मिलीसेकंड तक का एक निश्चित संयोग समय स्थिरांक होता है, जो कि आवाज़ वाले भाषण की विशिष्ट पिच अवधि के बराबर होता है, लगभग सौ मिलीसेकंड तक, जो भाषण की विशिष्ट शब्दांश अवधि के बराबर होता है। इसलिए इस फ़िल्टर को अक्सर स्पीच कोडेक अनुप्रयोगों में शब्दांश फ़िल्टर के रूप में संदर्भित किया जाता है। अक्सर समय स्थिरांक मान अंततः व्यक्तिपरक वरीयता के मामले के रूप में चुना जाता है।

तर्क स्तरों का यह संयोग अनुक्रम पहचान एल्गोरिथ्म महत्वपूर्ण है, दोनों इसकी सुंदर सादगी के कारण और क्योंकि शिफ्ट रजिस्टर का उपयोग करने वाले कई अन्य एल्गोरिदम कम संतोषजनक परिणामों के साथ आजमाए गए हैं। स्वीकृत एल्गोरिथ्म के साथ संयोग संकेत की उपस्थिति इनपुट सिग्नल के लिफाफे की प्रकृति से संबंधित है और इसलिए यह इनपुट वक्र के ढलान के बारे में अधिक तात्कालिक जानकारी के बजाय सिग्नल के समय-औसत शक्ति स्तर को इंगित करता है जो अन्य अनुक्रम पहचान विधियां प्रदान करती हैं। एल्गोरिथ्म का प्रभाव सिग्नल को संयोजित करना और इस प्रकार वास्तविक गतिशील रेंज को बढ़ाना है।

एल्गोरिथ्म को डिकोडर में दोहराया जाता है और इसलिए प्राप्त छोर पर स्तर डेटा पुनर्प्राप्त किया जाता है। यदि CVSO एनकोडर डेटा स्ट्रीम एक रैखिक डिकोडर में इनपुट किया गया था, तो एनकोडर के एनालॉग इनपुट सिग्नल का आवश्यक आकार दोहराया जाएगा लेकिन सभी आउटपुट में समान स्तर होंगे। बिट स्ट्रीम ऐसा प्रतीत होता है जैसे कि यह एक स्थिर इनपुट स्तर के साथ एक रैखिक एनकोडर से आ रहा था, और इसलिए सिग्नल को डीकंपैंड करके या विस्तारित करके आयाम स्तर भिन्नता को पुनर्स्थापित करने के लिए डिकोडर छोर पर एल्गोरिथ्म की आवश्यकता होती है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि चूंकि एल्गोरिथ्म केवल पिछले सीरियल डेटा पर काम करता है, इसलिए यह चैनल बिट दर को बदले बिना बिट स्ट्रीम की सूचना सामग्री को बढ़ाने के बराबर है।

अतः हम देख सकते हैं कि सीवीएसओ एल्गोरिथ्म के साथ डेल्टा मॉडुलन का सिद्धांत, ध्वनि आवृत्ति एनालॉग सूचना को धारावाहिक डेटा स्ट्रीम में डिजिटाइज़ करने के लिए एक आसान-से-कार्यान्वित, कुशल विधि प्रदान करता है।

टॉकिंग बॉक्स सर्किट कार्यान्वयन की विशिष्टताएँ

टॉकिंग बॉक्स डेल्टा मॉड्यूलेटर कार्यों को पूरा करने के लिए मोटोरोला MC3417 या MC3418 एकीकृत सर्किट (IC) का उपयोग करके CVSD एनकोडर और डिकोडर इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी को लागू करता है। ये IC सामान्य-उद्देश्य वाले CVSO बिल्डिंग ब्लॉक हैं जो सर्किट प्राप्ति को किसी एप्लिकेशन की विशेष आवश्यकताओं के अनुरूप बनाने की अनुमति देते हैं। मोटोरोला के अनुसार, ढलान ध्रुवता स्विच के लिए वर्तमान मिलान MC3418 IC के निर्माण के दौरान लेजर ट्रिम किया जाता है ताकि पांच-मिलीवोल्ट न्यूनतम चरण आकार और पंद्रह माइक्रोएम्प्स से तीन मिलीएम्प्स तक एक विशिष्ट एक प्रतिशत वर्तमान मिलान के साथ निष्क्रिय चैनल प्रदर्शन की गारंटी दी जा सके। यह तीन सौ से एक के चरण आकार भिन्नता की अनुमति देता है, जो एक महत्वपूर्ण एनालॉग सिग्नल डायनेमिक रेंज की क्षमता को दर्शाता है।

चूँकि टॉकिंग बॉक्स सर्किटरी में स्वयं एक अलग एनकोडर और डिकोडर पथ होता है, इसलिए यह भेजने और प्राप्त करने के लिए एक साथ उपयोग की अनुमति देता है, जिससे पूर्ण डुप्लेक्स संचालन की अनुमति मिलती है। एनकोडर और डिकोडर दोनों एक ही परिवर्तनीय दर TTL क्लॉक जनरेटर सर्किट द्वारा संचालित होते हैं। वोल्टेज रेगुलेटर की एक जोड़ी और RS232 इंटरफ़ेस लेवल कनवर्टर ICs से युक्त सहायक तत्व मुद्रित सर्किट कार्ड पर एकमात्र अन्य भाग हैं।

एनकोडर पथ इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी को चित्र 5 के योजनाबद्ध आरेख में दिखाया गया है, जो CVSD कोडेक स्पीच डिजिटाइज़र (A/D) है। जैसा कि वहाँ दिखाया गया है, सर्किट को चार कार्यात्मक क्षेत्रों में विभाजित किया गया है, जिसकी शुरुआत माइक्रोफ़ोन प्रीएम्पलीफ़ायर सर्किटरी से होती है, उसके बाद एक स्वचालित लाभ नियंत्रण (AGC) एम्पलीफायर, एक स्पीच बैंडपास फ़िल्टर, और अंत में CVSD मॉड्यूलेटर सर्किट के साथ समाप्त होता है।

माइक्रोफ़ोन प्रीएम्पलीफ़ायर एक क्लासिक ट्रांसफ़ॉर्मलेस असंतुलित, या सिंगल-एंडेड, इनपुट एम्पलीफायर सर्किट है। डायनेमिक माइक्रोफ़ोन जैसे ऑडियो स्रोत से अपेक्षित निम्न-स्तरीय संकेतों के साथ इष्टतम शोर प्रदर्शन के लिए, डिज़ाइन एक नॉनइनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करता है। यह कार्यान्वयन उच्च प्रतिबाधा क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (FET) इनपुट के साथ TL084 प्रकार के क्वाड ऑपरेशनल एम्पलीफायर (ऑप एम्प) IC के एक-चौथाई में साकार होता है। प्रीएम्पलीफ़ायर में एक समायोज्य लाभ होता है जिसे ट्रिमपॉट का उपयोग करके बदला जा सकता है जो फीडबैक रेसिस्टर के रूप में जुड़ा होता है, जिसे MIC GAIN लेबल किया जाता है। एम्पलीफायर में एक कम-आवृत्ति रोल-ऑफ भी होता है, यानी उच्च पास विशेषता, जिसकी कोने की आवृत्ति ऑप-एम्प के इनवर्टिंग इनपुट से ग्राउंड तक जाने वाले श्रृंखला प्रतिरोधक/संधारित्र संयोजन के मूल्यों द्वारा स्थापित होती है। यह प्रीएम्पलीफ़ायर के परिवेशी AC फ़ील्ड (आमतौर पर 60 हर्ट्ज) ह्यूम पिकअप संवेदनशीलता को कम करने और इनपुट सिग्नल की कम-आवृत्ति पावर सामग्री को कम करने का काम करता है। अंत में, प्रीएम्प में एक छोटा सा कैपेसिटर भी होता है जिसे ऑप-एम्प के नॉनइनवर्टिंग या सिग्नल इनपुट से ग्राउंड तक लगाया जाता है जो अवांछित उच्च-आवृत्ति शोर को बायपास करने का काम करता है जो माइक्रोफ़ोन केबल पर मौजूद हो सकता है। ध्यान दें कि कुछ अनुप्रयोगों के लिए श्रृंखला इनपुट प्रतिरोधक (100 ओम) को आमतौर पर लगभग एक माइक्रोफ़ारड के कैपेसिटर से बदला जा सकता है।

माइक्रोफ़ोन प्रीएम्पलीफ़ायर के बाद एक A6C एम्पलीफायर सर्किट होता है जो ऑडियो सिग्नल को स्पीच फ़िल्टर और CVSD कोडेक पर लागू करने से पहले लेवल कम्प्रेशन प्रदान करता है। यह क्रिया फ़्रीक्वेंसी बैंडपास और एनकोडर प्रोसेसिंग के लिए इसके सबमिशन से पहले सिग्नल एम्पलीट्यूड की डायनेमिक रेंज को सीमित करती है। टॉकिंग बॉक्स में इस्तेमाल किया जाने वाला AGO सर्किट बर-ब्राउन रिसर्च कॉरपोरेशन* के जेराल्ड ग्रीम द्वारा वर्णित है। इसका संचालन एक टी वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क में एक नियंत्रित चर प्रतिरोध तत्व के रूप में एक FET के उपयोग पर आधारित है जो इस चरण के लाभ रेंज और आउटपुट आयाम को निर्धारित करता है।

एजीसी सर्किट क्रिया को एफईटी और उसी क्वाड पैकेज से दो ऑप एम्प के साथ महसूस किया जाता है जिसका आंशिक रूप से पहले से वर्णित माइक्रोफोन प्रीएम्पलीफायर के लिए उपयोग किया जाता है। पहला ऑप एम्प एक लाभ-नियंत्रित इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में कार्य करता है, और दूसरा एक पीक सेंसिंग एम्पलीफायर के रूप में। यदि आउटपुट सिग्नल का पीक पॉजिटिव लेवल एजीसी लेवल पोटेंशियोमीटर के वाइपर आर्म पर सेट वोल्टेज वैल्यू से अधिक है तो सेंसिंग तुलनित्र का आउटपुट पॉजिटिव स्विंग करेगा, जिससे एफईटी का गेट वोल्टेज बढ़ेगा और इस प्रकार इसका ड्राइव इन-टू-सोर्स प्रतिरोध कम हो जाएगा। यह बदले में इनपुट सिग्नल के अधिक हिस्से को जमीन पर भेज देगा, जिसके परिणामस्वरूप अंततः इस चरण के लिए समग्र सर्किट लाभ कम हो जाएगा। आउटपुट सिग्नल आयाम को ऊपर बताए गए एजीसी लेवल कंट्रोल पोटेंशियोमीटर को समायोजित करके शून्य से लेकर लाभ-नियंत्रित एम्पलीफायर के संतृप्ति या क्लिपिंग स्तर के बीच सेट किया जा सकता है।

ऑडियो सिग्नल के लिए एक परिवर्तनीय प्रतिरोध तत्व के रूप में FET की अवधारणा का उपयोग करने वाले कई कार्यान्वयनों में आने वाली कठिनाई इस तथ्य पर केंद्रित है कि डिवाइस का प्रतिरोध स्वयं उस पर लगाए गए सिग्नल द्वारा मॉड्यूलेट किया जाता है। FET की विशेषताओं के इस पहलू के लिए पर्याप्त रूप से क्षतिपूर्ति करने में विफलता के परिणामस्वरूप सिग्नल स्तर-निर्भर लाभ और विरूपण होगा। चित्र 5 में दिखाया गया सर्किट इस सिग्नल स्तर मॉड्यूलेशन को काफी कम करने के लिए एक नई सुधारात्मक प्रतिक्रिया विधि का उपयोग करता है। जैसा कि देखा जा सकता है, FET के ड्रेन लीड पर दिखाई देने वाले सिग्नल का मिलान संबंधित AGC एम्पलीफायर के आउटपुट से प्राप्त समान लेकिन विपरीत इन-फ़ेज़ सिग्नल से होता है। सर्किट में उपयोग किए जाने वाले प्रतिरोध मानों का चयन इस तरह से किया जाता है कि FET को छोटे-सिग्नल स्तरों पर संचालन का आनंद लेने की अनुमति मिल सके; एक परिस्थिति जो विरूपण को कम करने में भी सहायता करती है। जैसा कि दिखाया गया है, AGC चरण का आउटपुट फिर एनकोडर के सिग्नल पथ में अगले दिखाई देने वाले स्पीच बैंडपास फ़िल्टर पर लागू होता है।

स्पीच बैंडपास फ़िल्टर सर्किट स्टेज नाममात्र रूप से 300 से 3000 हर्ट्ज़ की आवृत्ति पासबैंड के भीतर इनपुट सिग्नल को पास होने देता है जबकि इस सीमा से बाहर के सिग्नल को अस्वीकार कर देता है। बैंडपास फ़िल्टर के लिए कार्यान्वयन तकनीक के चयन में प्रमुख विचारों में से एक व्युत्पन्न पैरामीटर का मान है जिसे सामान्यीकृत या आंशिक बैंडविड्थ कहा जाता है। संख्यात्मक रूप से, यह ऊपरी -3dB कटऑफ आवृत्ति से निचली -3dB, या आधी शक्ति, कटऑफ आवृत्ति को घटाकर और इस अंतर मान को इन दो आवृत्तियों के ज्यामितीय माध्य से विभाजित करके प्राप्त परिणाम है। ज्यामितीय माध्य निश्चित रूप से इस अभी-अभी गणना किए गए अंतर मान का वर्गमूल है। एनकोडर स्पीच फ़िल्टर की निर्दिष्ट (उच्च और निम्न) कटऑफ आवृत्तियों से इस प्रकार गणना की गई आंशिक बैंडविड्थ का मान लगभग तीन है, हम पाते हैं कि जैसे-जैसे आंशिक बैंडविड्थ के लिए यह गणना मूल्य लगभग 0.8 के मान से गुजरना शुरू होता है और नीचे से एकता (या एक का संख्यात्मक मान) के करीब या उससे अधिक हो जाता है, आम तौर पर बैंडपास फ़िल्टर प्रदर्शन के लिए बेहतर परिणाम कैस्केड किए गए उच्च-पास और निम्न-पास फ़िल्टर अनुभागों से प्राप्त होते हैं, न कि एक सच्चे बैंडपास कार्यान्वयन से। यह वह विधि है जिसका उपयोग एनकोडर स्पीच फ़िल्टर सर्किट में किया जाता है।

विचार का एक और क्षेत्र भाषण, फ़िल्टर के लिए अच्छी आवृत्ति और क्षणिक प्रतिक्रिया विशेषताओं की आवश्यकता है। बटरवर्थ प्रकार के फ़िल्टर में सबसे सपाट पासबैंड आयाम होता है जबकि एक मध्यम तेज़ प्रारंभिक क्षीणन रोलऑफ़ दर प्रदान करता है। हालाँकि इन फ़िल्टरों का उपयोग करते समय पासबैंड में आवृत्ति परिवर्तन के साथ एक चरण बदलाव होता है, यह क्रमिक होता है और श्रव्य रूप से बोधगम्य नहीं होता है। इसके अतिरिक्त, इस तरह के फ़िल्टर में ओवरशूट की कम मात्रा और एक स्वीकार्य क्षणिक प्रतिक्रिया होती है। ये सभी कारक इस किस्म के फ़िल्टर के साथ कम सिग्नल विरूपण प्रदान करने के लिए संयोजित होते हैं। एनकोडर में उपयोग के लिए चुने गए उच्च और निम्न पास फ़िल्टर प्रकार तीसरे क्रम के सक्रिय फ़िल्टर हैं जो कोने की आवृत्ति से परे -18dB प्रति सप्तक की तीव्र कटऑफ दर और बैंड में चरण बदलाव में क्रमिक परिवर्तन के साथ एक सपाट शक्ति और वोल्टेज आवृत्ति प्रतिक्रिया प्रदर्शित करते हैं। फ़िल्टर को लागू करने के लिए नियोजित विशेष इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को अनंत-लाभ # बहु-प्रतिक्रिया डिज़ाइन के रूप में संदर्भित किया जाता है और इसे इसलिए चुना गया क्योंकि यह जटिलता और घटक मूल्य प्रसार और संवेदनशीलता के बीच एक अच्छा समझौता प्रदान करता है। प्रत्येक अनुभाग को LM353 दोहरे FET इनपुट ऑप एम्प IC के आधे भाग के साथ साकार किया जाता है। इन उपकरणों में बहुत उच्च इनपुट प्रतिबाधा, एक तेज़ स्लीव दर और कैपेसिटिव लोड के साथ बेहद स्थिर संचालन होता है। क्योंकि फ़िल्टर में दो इनवर्टिंग ऑप एम्प कैस्केड होते हैं, इसलिए शुद्ध परिणाम स्टेज के माध्यम से शून्य चरण परिवर्तन का अनुमान लगाता है।

स्पीच बैंडपास फ़िल्टर से आउटपुट सिग्नल को अंततः CVSD मॉड्यूलेटर सर्किट पर लागू किया जाता है। अनिवार्य रूप से इस चरण की सभी सक्रिय कार्यक्षमता आईसी के भीतर ही समाहित होती है जबकि असतत घटक डिवाइस संचालन के तीन क्षेत्रों के विशेष मापदंडों को स्थापित करने का काम करते हैं।

सबसे पहले, हम पाते हैं कि दो सिलिकॉन डायोड आईसी के पिन 12 से जमीन तक जुड़े हुए हैं, जो बोर्ड पर टीटीएल लॉजिक स्तरों या आरएस232 इंटरफेस आईसीएस के साथ उपयोग के लिए जमीन से लगभग 1.4 वोल्ट (लगभग दो डायोड ड्रॉप) ऊपर डिवाइस में लॉजिक सिग्नल इनपुट के लिए सीमा बिंदु स्थापित करता है।

विचार का दूसरा क्षेत्र ट्रैकिंग इंटीग्रेटर फ़िल्टर नेटवर्क है। टॉकिंग बॉक्स सर्किट आईसी के पिन 6 और 7 के बीच स्थानीय डिकोडर इंटीग्रेटर एम्पलीफायर से जुड़े एकल-पोल इंटीग्रेटिंग फ़िल्टर नेटवर्क का उपयोग करता है। आउटपुट

पिन 7 पर दिखाई देने वाले ट्रैकिंग इंटीग्रेटर का पिन 2 पर एनालॉग सिग्नल तुलनित्र के एक इनपुट से भी जुड़ा हुआ है। इस फ़िल्टर के लिए दो-पोल नेटवर्क का उपयोग एकल-पोल प्राप्ति पर एक या दो डीबी द्वारा एस/एन अनुपात में सुधार कर सकता है। यदि वांछित है तो प्रिंटेड सर्किट कार्ड के शीर्ष पर पिन 2 और 7 को जोड़ने वाले ट्रेस को काटकर और कंडक्टर की तरफ पिन को उपयुक्त प्रतिरोधक के साथ जम्पर करके और फिर पिन 2 से ग्राउंड तक एक कैपेसिटर जोड़कर दो-पोल नेटवर्क लागू किया जा सकता है। आवश्यक घटक मूल्यों की व्युत्पत्ति मोटोरोला डेटा शीट 2 में बताई गई है।

CVSD मॉड्यूलेटर ऑपरेशन का अंतिम क्षेत्र सिलेबिक फ़िल्टर नेटवर्क और IC डिवाइस के लिए इंटीग्रेटर न्यूनतम चरण आकार और लूप लाभ का निर्धारण है। सिलेबिक फ़िल्टर एक सरल सिंगल-पोल लो-पास सर्किट है जिसमें Rs और Rp लेबल वाले दो प्रतिरोधक और कैपेसिटर Cs होते हैं। आम तौर पर कैपेसिटर को Rs और Rp के माध्यम से श्रृंखला में चार्ज किया जाता है। लेकिन जब संयोग आउटपुट, IC का पिन 11, सत्य हो जाता है, तो यह Cs के लिए चार्ज पथ से ऊपरी प्रतिरोधक, Rp को प्रभावी रूप से हटाने का काम करता है और इस प्रकार चार्ज करंट और अंततः इंटीग्रेटर स्टेप साइज़ को बढ़ाता है। प्रतिरोधक Rm न्यूनतम इंटीग्रेटर स्टेप साइज़ निर्धारित करने का काम करता है जबकि प्रतिरोधक Rx का मान एक सरल रैखिक करंट-टू-वोल्टेज परिवर्तन द्वारा लूप लाभ स्थापित करने का काम करता है। इस परिवर्तन संबंध को संशोधित करने से s/n अनुपात में उल्लेखनीय वृद्धि हो सकती है लेकिन इलेक्ट्रॉनिक सर्किट जटिलता में एक परिचर वृद्धि के साथ। उदाहरण के लिए, इस कार्य को पूरा करने के लिए सक्रिय सर्किट उपकरणों के उपयोग से 32 केबीपीएस डाटा दर पर संचालित होने पर 30 डीबी एस/एन अनुपात के साथ आसानी से 50 डीबी उपयोगी सिग्नल आयाम (गतिशील) रेंज प्राप्त हो सकती है।

CVSD एनकोडर IC के संचालन से जुड़े तीन डिजिटल या लॉजिक-लेवल सिग्नल पथ हैं। इनमें से पहला सिग्नल पिन 14 पर क्लॉक इनपुट है, जो आमतौर पर नीचे वर्णित क्लॉक जनरेटर सर्किट द्वारा प्रदान किया जाता है। दूसरा लॉजिक सिग्नल पिन 9 पर दिखाई देने वाला डिजिटल आउटपुट है, जो मॉड्यूलेटर से आने वाली वास्तविक सीरियल डेटा स्ट्रीम है। डेटा बिट्स को पिन 14 पर IC में क्लॉक इनपुट के गिरते किनारे पर डिवाइस से क्लॉक आउट किया जाता है। तीसरा और अंतिम लॉजिक सिग्नल सर्किट के लिए फ़ोर्स आइडल इनपुट, IC पिन 15 है। जब पिन 9 से डिजिटल आउटपुट को IC के पिन 13 से जोड़ा जाता है जैसा कि दिखाया गया है, तो डिवाइस के भीतर एक टॉगल फ़्लिप-फ़्लॉप बनता है, और फ़ोर्स आइडल इनपुट पिन को सक्रिय करने के परिणामस्वरूप एनकोडर डिजिटल आउटपुट से एक आइडल चैनल पैटर्न का ट्रांसमिशन होता है। यह सुविधा डेटा लिंक सिंक्रोनाइज़ेशन स्थापित करने या एनकोडर से साइलेंस पैटर्न को फ़ोर्स करने का एक आसान तरीका प्रदान करती है।

इस प्रकार टॉकिंग बॉक्स के लिए एनकोडर पथ को शामिल करने वाले सर्किटरी के विवरण की जांच करने के बाद, आइए अब हम डिकोडर पथ में उपयोग किए जाने वाले सर्किट डिज़ाइन पर अपना ध्यान केंद्रित करें। संपूर्ण डिकोडर पथ के लिए योजनाबद्ध आरेख चित्र 6 में दिखाया गया है, एक CVSD कोडेक स्पीच जेनरेटर (D/A)। जैसा कि इस आरेख से देखा जा सकता है, डिकोडर पथ में संचालन के तीन मुख्य चरण होते हैं, जो CVSD डिमोड्यूलेटर से शुरू होते हैं, उसके बाद एक स्पीच बैंडपास फ़िल्टर होता है जिसका आउटपुट अंत में एक आउटपुट एम्पलीफायर को चलाता है।

जैसा कि डेल्टा मॉड्यूलेशन के सिद्धांतों पर अनुभाग में बताया गया था, डिकोडर फ़ंक्शन को एनकोडर के कुछ हद तक पूरक के रूप में देखा और समझा जा सकता है। तब आश्चर्य की बात नहीं है, हम उनके संबंधित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और घटक मूल्यों में एक समान समानता देख सकते हैं।

इस प्रकार CVSD डिमॉड्यूलेटर चरण के लिए योजनाबद्ध में कैपेसिटर Cs के साथ Rp और Rs लेबल वाले प्रतिरोधकों के लिए ऑपरेटिंग फ़ंक्शन और मान पूरी तरह से चित्र 5 में समान रूप से लेबल किए गए घटकों के ऑपरेटिंग फ़ंक्शन और मान के अनुरूप है, जो एनकोडर पथ सर्किट के लिए आरेख है। इसी तरह, Rx और Rm लेबल वाले प्रतिरोधक एनकोडर कार्यान्वयन में उनके समान रूप से लेबल किए गए पूरकों के समान तरीके से काम करते हैं। इसी तरह, CVSD डिमॉड्यूलेटर के लिए डिकोडर इंटीग्रेटर फ़िल्टर नेटवर्क बनाने वाले घटक भी मॉड्यूलेटर सर्किट में पाए जाने वाले घटकों के अनुरूप हैं। अंत में, डिकोडर IC के लिए लॉजिक थ्रेशोल्ड लेवल भी सिलिकॉन डायोड की एक जोड़ी में गिरावट द्वारा निर्धारित किए जाते हैं जैसा कि एनकोडर IC के साथ किया जाता है।

हालाँकि, डिकोडर पथ में, सर्किट से जुड़े केवल दो डिजिटल सिग्नल पथ होते हैं। एक क्लॉक इनपुट होता है जो आमतौर पर उसी TTL क्लॉक जनरेटर सर्किट द्वारा संचालित होता है जिसका उपयोग एनकोड फ़ंक्शन के लिए किया जाता है। यह सिग्नल डिकोडर IC के पिन 14 पर लगाया जाता है और डिजिटल इनपुट, पिन 13 पर बारी-बारी से दिखाई देने वाले डेटा बिट्स को IC में क्लॉक करता है।

CVSD डिमॉड्यूलेटर स्टेज का आउटपुट निश्चित रूप से मूल एनालॉग सिग्नल की एक अनफ़िल्टर्ड कॉपी है जिसे एक बार एनकोडर पथ में इनपुट किया गया था। इसके बाद इसे डिकोडर पथ स्पीच बैंडपास फ़िल्टर पर लागू किया जाता है जो पहले वर्णित ग्रैन्युलर या क्वांटाइज़िंग शोर को हटाने का काम करता है। हार्डवेयर कार्यान्वयन अनिवार्य रूप से एनकोडर पथ में नियोजित के समान है सिवाय इसके कि हाई-पास और लो-पास सर्किट के कैस्केडिंग ऑर्डर को उलट दिया गया है। डिकोडर फ़िल्टर में, पहला उद्देश्य क्वांटाइज़िंग शोर को यथासंभव हटाना है, इस प्रकार लो-पास फ़ंक्शन को फ़िल्टर चरण के इनपुट के सबसे पहले और सबसे नज़दीक रखा जाता है (और इसलिए डिकोडर आउटपुट के लिए भी) इस क्षीणन को अधिकतम करने के लिए।

डिकोडर सिग्नल पथ में स्पीच फ़िल्टर के बाद तीसरा और अंतिम डिकोडर सर्किट, आउटपुट एम्पलीफायर दिखाया गया है। जैसा कि नाम से पता चलता है, यह चरण ऑडियो सिग्नल को बढ़ाता है जो स्पीच फ़िल्टर से आउटपुट होता है। इस सर्किट में उपयोग किए गए LF356 ऑप एम्प आईसी की पावर आउटपुट क्षमता को बेहतर बनाने के लिए पूरक सिलिकॉन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की एक जोड़ी बफर डिवाइस के रूप में जुड़ी हुई है। फीडबैक पथ में ट्रिमपॉट के रूप में एक लाभ (या आउटपुट स्तर) नियंत्रण प्रदान किया जाता है, लेकिन ऑप एम्प आईसी के नॉनइनवर्टिंग इनपुट से ग्राउंड तक जाने वाले प्रतिरोधक का मान आउटपुट स्तर की सीमा को समायोजित करने के लिए भी संशोधित किया जा सकता है। अंततः प्रवर्धित सिग्नल को आउटपुट ट्रांसफॉर्मर के प्राइमरी में एक बड़े मूल्य वाले इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के माध्यम से जोड़ा जाता है। सेकेंडरी में विकसित सिग्नल तब डिकोडर पथ का अंतिम आउटपुट होता है, जो इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के इस हिस्से का विवरण पूरा करता है।

जैसा कि पहले बताया गया था, अभी वर्णित एनकोडर पथ और डिकोडर पथ सर्किट के अलावा, टॉकिंग बॉक्स का दूसरा प्रमुख सर्किट तत्व क्लॉक जनरेटर है जिसका उपयोग इन पहले दो के समय को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। इस सर्किट का योजनाबद्ध आरेख चित्र 7 में दिखाया गया है, एक चयन योग्य आवृत्ति TTL क्लॉक जनरेटर सर्किट। जैसा कि वहाँ देखा जा सकता है, इस सर्किट में अनिवार्य रूप से एक क्रिस्टल-नियंत्रित ऑसिलेटर होता है जो एक प्रोग्रामेबल डिवाइडर चेन चलाता है जिसका विभाजन मापांक एक संबद्ध डिपस्विच पर सेट किए गए मान द्वारा निर्धारित होता है। इस प्रकार प्रोग्रामेबल डिवाइडर को डेटा क्लॉक दरों की एक बड़ी रेंज के लिए बहुत आसानी से कॉन्फ़िगर किया जाता है, और वास्तव में, लचीलेपन के लिए, इस क्लॉक दर को कनेक्टिंग इंटरफ़ेस के माध्यम से संबद्ध कंप्यूटर द्वारा चयन योग्य बनाया जा सकता है।

मुद्रित सर्किट बोर्ड पर अंतिम इलेक्ट्रॉनिक सर्किट घटक सकारात्मक और नकारात्मक वोल्टेज विनियामकों और कंप्यूटर इंटरफ़ेस द्वारा उपयोग किए जाने वाले RS232 स्तर कनवर्टर आईसी से युक्त सहायक तत्व हैं। इन भागों सहित एक योजनाबद्ध आरेखण चित्र बी, RS232 इंटरफ़ेस सर्किट और वोल्टेज विनियामक आरेख में दिखाया गया है।

इस प्रकार यह देखने के बाद कि डेल्टा मॉड्युलेटर सामान्य रूप से कैसे काम करता है और फिर यह विशेष रूप से कैसे संचालित होता है, आइए अब देखें कि वास्तविक हार्डवेयर कैसे बनाया जाता है और उसका भौतिक निर्माण कैसे किया जाता है।

टॉकिंग बॉक्स प्रोजेक्ट भौतिक निर्माण

अभी वर्णित इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी एक ही डबल-साइडेड प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पर समाहित है। इस बोर्ड का एक पक्ष मुख्य रूप से ग्राउंड प्लेन के रूप में उपयोग किया जाता है जो डिजिटल और एनालॉग सर्किटरी के करीबी प्लेसमेंट और इंटरमिक्स की अनुमति देता है। मुद्रित वायरिंग बोर्ड के दोनों तरफ सर्किट ट्रेस की एक सकारात्मक छवि चित्र 9, CVSD कोडेक प्रिंटेड सर्किट बोर्ड लेआउट में दिखाई गई है। ध्यान दें कि जब कार्ड डबल-साइडेड होता है, या बोर्ड के सामने और पीछे दोनों तरफ कंडक्टिंग पथ होते हैं, तो लेआउट ऐसा होता है कि दोनों पक्षों को जोड़ने के लिए प्लेटेड थ्रू या कंडक्टिंग होल के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है। यह निश्चित रूप से परियोजना में उपयोग के लिए सुझाए गए सर्किट बोर्ड के एक आसान और सस्ते प्रयोगकर्ता दोहराव की अनुमति देने के लिए किया जाता है। प्लेटेड थ्रू होल और आर्टवर्क की फिल्म प्रतियों के साथ तैयार सर्किट बोर्ड भागों की सूची में दिखाए अनुसार उपलब्ध हैं।

ध्यान दें कि संरेखण लक्ष्य दोनों सामने और पीछे सर्किट लेआउट के किनारों पर परिधीय क्षेत्रों पर प्रदान किए गए हैं। सबसे पहले, इस कलाकृति को प्रत्येक पक्ष के लिए एक फिल्म छवि के रूप में उठाएं (आमतौर पर एक नकारात्मक के रूप में) प्रत्येक मामले में इन लक्ष्यों को शामिल करना सुनिश्चित करें। फिर, इन लक्ष्यों का उपयोग करके, सामने और पीछे की फिल्म छवियों को एक दूसरे के ऊपर संरेखित करें और उन्हें एक दूसरे के स्थान पर चिपका दें। अब एक गोल पेपर पंच के साथ एक साथ दोनों फिल्म शीट के माध्यम से तीन अलग-अलग पंजीकरण छेद पंच करें। सर्किट कलाकृति के क्षेत्रों के बाहर एक स्थान पर पंच करने के लिए सावधान रहें। इन पंजीकरण छिद्रों की उपस्थिति तब सामने और पीछे की फिल्म शीट को इन छिद्रों के माध्यम से रखे गए उपयुक्त पिनों के माध्यम से एक दूसरे के साथ संरेखित करने की अनुमति देगी, जबकि उजागर होने वाले सर्किट बोर्ड सामग्री का एक टुकड़ा उनके बीच एक सैंडविच की तरह फैशन में रखा जाता है, जिससे सर्किट कार्ड के दोनों किनारों का आसान सामने-पीछे पंजीकरण सुनिश्चित होता है। इस तरह के पंजीकरण पिन, सटीक आकार के, मुद्रित सर्किट आपूर्ति घरों से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, लेकिन अनुभव से पता चलता है कि एक पेंसिल या डॉवेल को आकार में शेव करना इस उद्देश्य के लिए अच्छा होगा यदि उचित आकार की प्रीफॉर्मेड रॉड जैसी कोई चीज उपलब्ध नहीं है। अधिकांश समर्थित छिद्रों के लिए संख्या 68 ड्रिल आकार पर्याप्त है, अर्थात वे जिनमें से घटक लीड गुजरता है। अपवाद रेगुलेटर माउंटिंग छेद हैं जो संख्या 37 हैं, और फोनो कनेक्टर माउंटिंग छेद जो 3/16 इंच व्यास के हैं।

मुद्रित सर्किट बोर्ड के लिए घटक माउंटिंग और असेंबली विवरण दिखाने के लिए दो आरेखों का उपयोग किया जाता है। इनमें से पहला, चित्र 10, CVSD कोडेक सर्किट बोर्ड घटक असेंबली आरेख, भागों की प्लेसमेंट को दिखाता है क्योंकि उन्हें बोर्ड पर माउंट और सोल्डर किया जाना है और यह योजनाबद्ध में विभिन्न लेबल वाले बिंदुओं के स्थान को भी दर्शाता है, इनमें से कुछ लेबल वाले सर्किट स्थान परीक्षण बिंदुओं के रूप में उपयोग करने के लिए कनेक्शन के रूप में काम करते हैं जबकि अन्य विभिन्न कॉन्फ़िगरेशन विकल्पों को स्ट्रैप करने की अनुमति देते हैं।

दूसरा आरेख। चित्र 11, CVSD कोडेक सर्किट बोर्ड 'Z वायर' स्थान आरेख, सर्किट बोर्ड में उन छेदों के स्थान का विवरण देता है जिन्हें कार्ड के शीर्ष या घटक पक्ष पर सोल्डर किया जाना चाहिए। ध्यान दें कि यह कदम केवल तभी आवश्यक है जब बोर्ड पर कोई प्लेटेड-थ्रू छेद न हो और भागों की सूची में दिखाए गए बोर्ड में ऐसे छेद हों। यदि इस छेद के स्थान पर कोई घटक लीड है, तो इसे बोर्ड के दोनों तरफ सोल्डर करें। यदि इस छेद के माध्यम से कोई घटक लीड नहीं है, तो छेद और क्लिंच के माध्यम से एक तार लीड पास करें और इसे दोनों तरफ बोर्ड पर सोल्डर करें। सर्किट बोर्ड के एक तरफ से दूसरे तरफ एक प्रवाहकीय मार्ग या पथ प्राप्त करने की इस विधि को अक्सर "Z वायर" के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि जम्पर उस अक्षर के लिए असभ्य दिखाई देता है, इसलिए चित्र 11 का शीर्षक है। ध्यान दें कि सर्किट बोर्ड के कंडक्टर पक्ष पर सोल्डर किए जाने वाले कोई भी छेद अंधे नहीं हैं, यानी माउंट किए गए घटकों के साथ दुर्गम हैं। यह प्रोजेक्ट सर्किटरी को होमब्रू प्रिंटेड बोर्ड के साथ आसानी से इकट्ठा करने की अनुमति देता है, जिसके लिए कोई प्लेटेड थ्रू होल और बहुत कम जंपर्स की आवश्यकता नहीं होती है।

RS232 कनेक्टर में पिनों की ऊपरी पंक्ति, अर्थात् संख्या एक से तेरह, को बोर्ड के शीर्ष या घटक पक्ष पर जोड़ा जाना है, जबकि निचली पंक्ति, पिन बारह से पच्चीस, को बोर्ड के पीछे की ओर जोड़ा जाना है।

टॉकिंग बॉक्स परियोजना के लिए कंप्यूटर इंटरफ़ेस संचालन

अब जबकि हमने CVSD संचालन के इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांतों को देख लिया है और यह भी कि परियोजना सर्किट बोर्ड का भौतिक निर्माण किस प्रकार किया जाता है, तो अगला क्षेत्र जिसकी हम जांच करेंगे, वह है डिवाइस को संबद्ध कंप्यूटर से जोड़ने के लिए आवश्यक सॉफ्टवेयर।

जैसा कि परिचय में बताया गया था, टॉकिंग बॉक्स मूलतः ऐसा प्रतीत होता है जैसे कि यह कनेक्टेड सपोर्टिंग कंप्यूटर के लिए एक सिंक्रोनस मॉडेम हो। हमने अब तक प्रोजेक्ट सर्किटरी में और बाहर पाँच डिजिटल सिग्नल पथों का वर्णन किया है। ये निश्चित रूप से दो डेटा पथ थे, एक डिकोडर के लिए और एक एनकोडर से; दो संबद्ध क्लॉक सिग्नल; और एनकोडर के लिए बल निष्क्रिय इनपुट। कुछ अन्य वैकल्पिक भौतिक इंटरफ़ेस सिग्नल अगले अनुभाग में अनुप्रयोग उदाहरणों पर वर्णित हैं। हालाँकि, चूँकि तुरंत बाद के स्पष्टीकरण केवल डेटा एक्सचेंज ऑपरेशन के प्रोग्रामेटिक पहलुओं से संबंधित हैं, इसलिए अब केवल इन पाँच सिग्नल लाइनों को एक संबद्ध कंप्यूटर पर एक सीरियल I/O पोर्ट से और उससे जुड़ा हुआ माना जाता है। इस इंटरकनेक्शन की हार्डवेयर विशिष्टताएँ चित्र 12 में विस्तार से दिखाई गई हैं, CVSD बोर्ड उपयोग के लिए SIO डिवाइस वायरिंग स्कीमैटिक्स।

निम्नलिखित चर्चा के दौरान, हम लिस्टिंग 1 में दिखाए गए सॉफ़्टवेयर रूटीन का उल्लेख करेंगे, जिसका शीर्षक CVSD ड्राइवर प्रोग्राम है। इस प्रोग्राम लिस्टिंग में इंटेल 8251 संगत सीरियल I/O डिवाइस, यानी USART को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक रूटीन का वह मॉड्यूल और ज़िलॉग SIO संगत सीरियल I/O डिवाइस को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक मॉड्यूल दोनों शामिल हैं। ड्राइवर मॉड्यूल के उचित विकल्प के साथ, इनमें से किसी भी डिवाइस को टॉकिंग बॉक्स की आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त सिंक्रोनस मोड में आसानी से संचालित किया जा सकता है। स्रोत कोड पूरी तरह से इंटेल 8080 असेंबली भाषा में लिखा गया है और मॉड्यूल के बीच उपयोग का विकल्प समान कथनों द्वारा किया जाता है।

USART और SIO सॉफ्टवेयर ड्राइवर मॉड्यूल दोनों में चार मुख्य रूटीन या प्रवेश बिंदु होते हैं, जो सीधे कंप्यूटर के एनकोडर/डिकोडर के साथ डेटा के आदान-प्रदान से संबंधित होते हैं। ये चार प्रवेश बिंदु INUART रूटीन, SERIN और SEROUT रूटीन और GETSYNC रूटीन हैं।

किसी भी दिशा में डेटा स्थानांतरित करने के लिए इसके पहले उपयोग से पहले, उपयोगकर्ता को पहले सीरियल I/O डिवाइस को सिंक्रोनस मोड में संचालित करने के लिए आरंभीकृत करना होगा, या सॉफ़्टवेयर कॉन्फ़िगर करना होगा। यह INUART नामक रूटीन को कॉल करके पूरा किया जाता है। किसी भी मॉड्यूल में यह निर्देश अनुक्रम अनिवार्य रूप से I/O डिवाइस के नियंत्रण रजिस्टरों को लोड करने का काम करता है ताकि हम इसे आठ-बिट (बाइट-वाइड) डेटा कैरेक्टर पर बिना किसी पैरिटी बिट के साथ संचालित कर सकें, और ताकि यह सीरियल बिट स्ट्रीम के भीतर मिलान करने के लिए पैटर्न के लिए टेम्पलेट के रूप में एक एकल कैरेक्टर का उपयोग करे (जिसे अक्सर SYNC कैरेक्टर कहा जाता है) यह मानने के लिए कि कैरेक्टर सीमा पर सिंक्रोनाइजेशन का सामना किया गया है (जिसे सिंक डिटेक्ट कहा जाता है)।

ध्यान दें कि अधिकांश समकालिक संचार में कोई वर्ण फ़्रेमिंग बिट्स नहीं होते हैं जैसे कि एसिंक्रोनस, या वर्ण-उन्मुख, सीरियल संचार प्रोटोकॉल से परिचित स्टार्ट और स्टॉप बिट्स। इसके बजाय, एक वर्ण बनाने वाला प्रत्येक बिट बारी-बारी से एक अलग सिग्नल कनेक्टर पथ पर प्रस्तुत टाइमिंग सिग्नल द्वारा सीरियल डिवाइस में या उससे बाहर स्थानांतरित किया जाता है और वर्ण सीमाओं को क्लॉक्ड इन बिट स्ट्रीम से प्रति वर्ण बिट्स की उचित रूप से परिभाषित संख्या की गणना करके निर्धारित किया जाता है। अधिकांश "वास्तविक", या समकालिक टेलीफ़ोन मॉडेम, डेटा ट्रांसफ़र एप्लिकेशन डेटा वर्णों को ब्लॉक में भेजते और प्राप्त करते हैं, इन स्थानांतरणों के बीच डेटा स्ट्रीम के आवधिक पुनर्संक्रमण के लिए और प्रत्येक ब्लॉक की सामग्री की त्रुटि जाँच जैसी चीज़ों की अनुमति देने के लिए विराम के साथ। स्पष्ट कारणों से, सिंक्रोनस विधियों को अक्सर संदेश-उन्मुख सीरियल संचार प्रोटोकॉल कहा जाता है।

एक बार जब SIO या USART डिवाइस आरंभ हो जाती है और फिर संचालन में सेट हो जाती है, तो वे दोनों सॉफ़्टवेयर में नियंत्रित करने के लिए अपेक्षाकृत आसान होते हैं। दोनों मामलों में, SERIN (पोर्ट से एक कैरेक्टर प्राप्त करें) और SEROUT (पोर्ट पर एक कैरेक्टर आउटपुट करें) रूटीन वही हैं जो वे एक साधारण एसिंक्रोनस एप्लिकेशन के लिए हो सकते हैं। इस प्रकार कैरेक्टर इनपुट और आउटपुट रूटीन में केवल स्टेटस बाइट के भीतर एक बिट लेवल का लूपिंग टेस्ट शामिल होता है जिसे I/O डिवाइस से बार-बार पढ़ा जाता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि कोई कैरेक्टर स्वीकार किए जाने या डिलीवर किए जाने के लिए तैयार है या नहीं। जब यह परीक्षण अंततः संतुष्ट हो जाता है तो कैरेक्टर को वास्तव में सीरियल पोर्ट से पढ़ा जाता है या लिखा जाता है इससे पहले कि रूटीन कॉलर को रिटर्न के साथ बाहर निकल जाए।

शेष ड्राइवर रूटीन वह है जिसे GETSYNC लेबल किया गया है। एक बार फिर रूटीन I/O डिवाइस के किसी भी विकल्प के लिए लगभग समान कार्य पूरा करता है। इस एंट्री पॉइंट को आमतौर पर एनकोडर से ऑडियो डेटा के इनपुट को वास्तव में शुरू करने के लिए रिकॉर्ड चक्र की शुरुआत में बुलाया जाता है। इस कार्य में, रूटीन सबसे पहले एनकोडर को फोर्स आइडल इनपुट को सही रखने का काम करता है, जिससे एनकोडर एक ही वैकल्पिक एक-शून्य बिट अनुक्रम आउटपुट उत्पन्न करता है जो मौन का प्रतिनिधित्व करता है, जब तक कि सीरियल I/O डिवाइस सिंक्रोनाइज़िंग कैरेक्टर के लिए मैच के रूप में ऐसे बिट्स की स्ट्रिंग का पता नहीं लगा लेता। जब इस कैरेक्टर की उपस्थिति के लिए परीक्षण संतुष्ट हो जाता है, तो फोर्स आइडल सिग्नल लाइन तुरंत गलत लौटा दी जाती है, जिससे एनकोडर सीरियल पोर्ट पर ऑडियो डेटा भेजना शुरू कर देता है जिसे रूटीन के अंत में बाहर निकलने से पहले इस डेटा को प्राप्त करने के लिए अगला सेट किया जाता है। ध्यान दें कि कुछ अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले इस बिट पैटर्न का मान, यानी सिंक कैरेक्टर, बदला जा सकता है ताकि सिग्नल वेवफॉर्म में एक निश्चित स्थान के अनुरूप हार्डवेयर डिटेक्शन पर ऑडियो रिकॉर्डिंग की शुरुआत की जा सके।

इन चार हार्डवेयर ड्राइवर प्रिमिटिव रूटीन को एक एप्लीकेशन प्रोग्राम द्वारा ऑडियो डेटा को कंप्यूटर में और कंप्यूटर से भौतिक रूप से स्थानांतरित करने के कार्य को पूरा करने के लिए कहा जाता है। निम्नलिखित अनुभाग में प्रोजेक्ट बोर्ड और एक सहायक कंप्यूटर के साथ इन रूटीन का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों के कुछ उदाहरण दिए गए हैं।

कुछ विशिष्ट अनुप्रयोग उदाहरण

लेखक द्वारा इस्तेमाल किया गया टॉकिंग बॉक्स डेमो प्रोग्राम इन ड्राइवर रूटीन को नियोजित करता है, जो अभी वर्णित हैं और चित्र 13 में दिखाए गए आदेशों के मेनू से कार्यों के चयनात्मक निष्पादन की अनुमति देता है, CVSD कोडेक सर्किट बोर्ड डेमो प्रोग्राम कमांड मेनू। यह प्रोग्राम CP/M ऑपरेटिंग सिस्टम के तहत चलता है और इसे 8080 (होमब्रू) और Z80-आधारित (टेलीवीडियो TS802H) माइक्रोकंप्यूटर सिस्टम दोनों पर परीक्षण किया गया है। इस प्रोग्राम के लिए असेंबली सोर्स कोड लिस्टिंग 2, CVSD कोडेक सर्किट बोर्ड डेमो प्रोग्राम में दिखाया गया है। [-वैकल्पिक समावेशन]

जैसा कि आदेशों की इस तालिका से देखा जा सकता है, कार्यक्रम को ऑपरेटर को स्थानीय माइक्रोफ़ोन और स्पीकर जोड़ी या टेलीफ़ोन लाइन से ऑडियो रिकॉर्ड करने और चलाने की अनुमति देने के लिए सेट किया गया है। टॉकिंग बॉक्स के साथ प्रदर्शन कार्यक्रम और कंप्यूटर को स्विच किए गए टेलीफ़ोन नेटवर्क से जोड़ने के लिए उपयोग की जाने वाली इंटरकनेक्ट व्यवस्था डेटा एक्सेस अरेंजमेंट या DAA नामक डिवाइस पर आधारित है। लेखक द्वारा उपयोग किया गया विशेष उपकरण एक पुराना (1976 विंटेज) बेल टेलीफ़ोन टाइप 1001F डेटा कपलर है, हालाँकि नए FCC पार्ट 68 पंजीकृत हाइब्रिड मॉड्यूल जो इसके DAA फ़ंक्शन को डुप्लिकेट करते हैं, उन्हें Cermetek (CH1810 डायरेक्ट कनेक्ट प्रोटेक्टिव हाइब्रिड, या DCPH, संदर्भ देखें) जैसी फर्मों से बीस डॉलर से कुछ कम में खरीदा जा सकता है। ये मॉड्यूल समान रूप से कार्यात्मक कनेक्शन प्रदान करते हैं, लेकिन वे आकार में काफी छोटे होते हैं और उपयोग की सुविधा में बहुत बेहतर होते हैं, क्योंकि इन्हें एक अलग बाड़े में दीवार पर लटकाने के बजाय डिवाइस के अंदर माउंट करने का इरादा होता है! ध्यान दें कि DCPH मॉड्यूल CMOS लॉजिक लेवल सिग्नल पथों को नियोजित करते हैं जबकि DAA में RS232 सिग्नल लेवल आवश्यकताएँ होती हैं। या तो DAA या DCPH यह संकेत दे सकता है कि टेलीफोन बज रहा है और कंप्यूटर को डिवाइस के ऑनहुक/ऑफहुक (या उत्तर/हैंगअप) स्थिति को नियंत्रित करने और फोन लाइन से ऑडियो के आवेदन या रिसेप्शन को नियंत्रित करने की अनुमति देता है। दोनों एक तथाकथित बिलिंग विलंब टाइमर, सिग्नल ओवरलोड सुरक्षा, लाइन अलगाव और सुरक्षा और टेलीफोन लाइन को जब्त करने और डायल पल्स करने की क्षमता प्रदान करते हैं, यानी कॉल आउट। DAA या DPCH और टॉकिंग बॉक्स को होस्ट कंप्यूटर से जोड़ने के लिए उपयोग की जाने वाली भौतिक वायरिंग को चित्र 14 में दिखाया गया है, एक CVSD बोर्ड और DAA से कंप्यूटर वायरिंग आरेख।

कंप्यूटर को स्थानीय रूप से और टेलीफ़ोन से ऑडियो रिकॉर्ड करने और प्लेबैक करने की अनुमति देने के अलावा, डेमो प्रोग्राम ऑडियो सिग्नल का प्रतिनिधित्व करने वाले मेमोरी क्षेत्र की सामग्री को प्रदर्शित करने और बदलने के लिए रूटीन प्रदान करता है, इसे कुछ प्रीसेट (SYNC) वर्ण मान पर साफ़ करने के लिए, और होस्ट कंप्यूटर सिस्टम डिस्क ड्राइव से इस ऑडियो मेमोरी की सामग्री को सहेजने या लोड करने के लिए भी। यह प्रोजेक्ट द्वारा उपयोग किए जाने वाले सीरियल I/O पोर्ट को आरंभ करने, SYNC वर्ण मान को बदलने और उपयोगकर्ता-परिभाषित नियंत्रण आउटपुट (जिसे फ़्लैग बिट कहा जाता है) सिग्नल को उच्च या निम्न सेट करने की भी अनुमति देता है। इस आउटपुट सिग्नल का उपयोग कंप्यूटर के नियंत्रण के तहत एन्कोड/डिकोड सीरियल क्लॉक दरों की एक जोड़ी से चयन करने के लिए किया जा सकता है जैसा कि चित्र 7 और 8 में दिखाया गया है। अंत में, प्रोग्राम एक सिंक्रोनाइज़िंग पल्स सिग्नल भी प्रदान करता है जो प्रत्येक प्लेबैक चक्र की शुरुआत में आउटपुट होता है ताकि ऑसिलोस्कोप डिस्प्ले को ट्रिगर करने जैसी चीज़ों की अनुमति मिल सके।

जाहिर है, कार्यक्रम और इसके कुछ रूटीन कई उपयोगी डिवाइस अनुप्रयोगों के लिए केंद्र प्रदान कर सकते हैं। प्रोजेक्ट सिस्टम द्वारा तुरंत पूरा किए जा सकने वाले कई कार्यों में से कुछ में इसका कम्प्यूटरीकृत इलेक्ट्रॉनिक ऑडियो मैसेजिंग सिस्टम या उत्तर देने वाली मशीन के रूप में उपयोग, संग्रहीत भाषण से कुछ डेटा नमूने के रूप में एलोफोन (या स्पीकर-निर्भर ध्वनि उदाहरण) को निकालने और प्लेबैक करने के लिए इसका उपयोग, और विश्लेषण के लिए इन एलोफोन या क्षणिक ऑडियो आवृत्ति संकेतों जैसी चीजों को संग्रहीत करने और फिर (एक ऑसिलोस्कोप पर) प्रदर्शित करने के लिए इसका उपयोग, और बाद में फिर से चलाने के लिए डिस्क पर पूरे शब्दों या कथनों को संग्रहीत करने के लिए इसका उपयोग शामिल है।

इस प्रकार हम देख सकते हैं कि टॉकिंग बॉक्स, कंप्यूटर के साथ भाषण या अन्य ऑडियो संकेतों को डिजिटाइज़ करने और पुन: प्रस्तुत करने के लिए एक आसान-से-निर्माण और उपयोग में आसान परियोजना है।

स्वीकृतियाँ

लेखक विशेष रूप से श्रीमान डब्ल्यूएच केर, ईपी नॉरवुड और सीपी क्विन को इस परियोजना के कार्यान्वयन में उनके अमूल्य समर्थन और योगदान के लिए धन्यवाद देना चाहते हैं।

रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स पत्रिका द्वारा खरीदे गए इस लेख का समापन हो गया है। नीचे मोटोरोला से CVSD कोडेक डेटा शीट की एक प्रति है। यह दस्तावेज़ बहुत ही रोचक और जानकारीपूर्ण है।

निष्कर्ष

उम्मीद है कि आपको ऊपर प्रस्तुत हमारे लेख में कुछ उपयोगिता या रुचि मिली होगी ☺ गंभीरता से कहूँ तो टिप्पणियाँ, आलोचनाएँ और सुझाव हमेशा सराहनीय हैं। भगवान सबका भला करे।