非线性编码器具有特定的压缩特性，这种特性是为了使编码结果与信号幅度相匹配，以最大限度地减小量化噪声功率。目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A 律和μ律对数线近似。本实验选用的集成化PCM编译码器14502具有13折线逼近的对数压缩特性。编码器与译码器的压缩特性如图3.2和图3.3所示。图3.2中，每一个折线段各自被划分为16个分层电平。二相邻段落的分层按步阶1/2递减分段，而每个段落内的分层都是均匀的。
图3.2 编码压缩特性 图3.3 译码器压缩特性
模拟信号经分段分层处理后被编成二进制码组，码组的形式为折叠二进制。在A律l3折线的编码方式中，国际标准规定最大量化输入为2048个量化单位，各段量化间隔?1＝?2＝1，?3＝2，?8＝64。由于采用非线性编码，码组中每位电平码的权重是变化的。以上编码规律可用表1—1、表1—2详细说明。这里对应模拟信号为正值的情况，若输入为负，则PCM码字的最高位“符号位”由“1”改为“0”，其他规律不变。
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1. 逐次反馈比较编码
所谓编码就是将抽样后的样值信号变换成二进码序列的方法，用的最多的是逐次反
馈编码方案。图3.4是逐次反馈比较编码方框图。
图3.4 逐次反馈比较编码方框图
编码的工作原理与天平称量物体重量的方法相似。 (1) 判定值(权值)的提供与编码方法
逐次反馈编码相当于天平称物，要提供一套大小不同的判定值(砝码)来作标准权值。当称量(比较)一次后，如果物体重量(相当于信号的抽样值)重于砝码(相当于设备中提供的判定值)时，下一次称量需保留原砝码外再增加一个砝码(换一个较大的判定值)，反之若发现物体重量轻于砝码重量时，则需更换一个较小的砝码，逐次反馈比较编码方式就是仿此概念而来的。
确定A律13折线8位码的判定值的方法是：极性码的判决不需要判定值(严格讲，其判定值为零)，它根据输入信号(电流值0的极性来决定。即
Is?0时,a1?\1\码，Is?0时,a1?\0\码 。
17幅度码的位数是7位，需要2?1?2?1?127个判定值，它们分别是： 第1段 0、1、2、3?????????????15共15种 第2段 16、17、18?????????????31共16种 第3段 32、34、36?????????????62共16种 第4段 64、68、72?????????????124共16种 第5段 128、136、144???????????248共16种 第6段 256、272、288???????????496共16种 第7段 512、544、576???????????992共16种 第8段 1024、1088、1152?????????1984共16种
实际上没有必要产生这127种判定值(否则设备太复杂)，根据13折线压扩特性是通过图
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中本地解码电路中7/11变换来实现，即将压缩后7位非线性码变换成11位线性码，也就是只需要利用这11位线性码所对应的权值作为判定值即可。
(2) 极性判决与全波整流
具有正、负双极性信号的话音信号，分别送入极性判决和全波整流电路，一方面将正或负信号编成a1=“1”码或a1=“0”码，另一方面将双极性信号整流成单极性“正”信号再送入编码器编码。
对编码用的全波整流器的要求是： 对大、小信号都能整流，同时具有良好的线性特性。对于普通二极管整流器来讲，由于二极管的结电压以及伏安特性的非线性，上述两点要求均无法实现为此常采用运算放大器的折叠放大电路来组成全波整流电路。 (3) 比较器
比较器是一种模数变换部件，它是双端模拟输入单端数字输出的三端器件，如图3.5 (a)所示，对于理想的电压或(电流)比较器，其输入与输出的转移特性如图 (b)所示。如果在正端输入样值U(I)；负端接判定值UR(IR)，显然Us≥UR时，输出U0H (“1”码)；当Us?UR时，输出U0为低电平U0L (“0”码)。但这种理想比较器是不可能做到的，实际比较器的转移性如图(c)所示，它在Us?UR??后才转换，而在区间(??~??)是不转换的，这区间称为模糊区。在模糊区内U0不能肯定是“1”码还是“0”码。而比较器的灵敏度是从输出“0”码转换成
U?URU?URU?UR“1”码所需要的s差值来衡量的，s大时，比较器灵敏度就低，而s小时，比较器灵敏度就高，显然图(c)的灵敏度为2?，从要求比较器灵敏度高的条件，希望模糊区2?越小越好。
图3.5 比较器
对转移特性影响较大的还有比较器输入失调电压，它不仅使灵敏度降低，而且失调电压的不稳定会形成比较器工作点漂移，严重时会引起编码误差，所谓失调即??不等，如图(d)所示。解决办法可采用自动稳零路如图(e)所示。这样可使模糊区的中点对准Us?UR?0 称为稳零。
7比特串并变换及记亿电路如由图3.6所示。
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图3.6 7比特串并变换及记忆电路
(4) 本地解码器
图3.4所示的方框图中，输入经保持的PAM信号分作两路，一路送入极性判决电路，在D1时刻进行判决，信号为正极性或负极性时，分别用a?1或a?0表示。另一路经全波整
11流后与本地解码器输出的判决值比较，在位脉冲D2,D3,?,D8时隙比较后，形成a2,a3,?,a8码字。本地解码器的作用就是将除极性码a1以外的a2,a3,?,a8码逐位反馈经串并变换，并存贮在记亿电路中，记亿电路输出分别为M2,M3?,M8，再将M2~M8这7位非线性码变换为11位线性码(又称7/11变换)，再经11位线性解码网络，就可得到11种判定值(IR)。所以本地解码器包括7比特串并变换及记亿电路、7/11变换电路及11比特线性解码网络。
① 7比特串并变换及记忆电路
每个样值开始比较前，下权脉冲D8将M2置于1，同时将M3~M8清0，由于
M2M3M4?100，正好是第5量化段的起点电平，它等于128?，用这个IR2和输入经保持的PAM值比较。当PAM值(以Is表示)大于IR2时，a2?1，经非门后a'2?0，然后反馈至F2 (与
非门)的一个输入端，在这时反馈用脉冲D'2?1同时加到F2的另一端，F2输出高电位，即，F2?1时，M2?1保留，另外在这同时D2又将M3置1，结果M2M3M4?110，正好是第7段
I?512?的起点电平，它等于512?。下一次比较时， R3。当PMA值(Is)小于IR3时，a3?0，经非门后a'3?1，反馈至F3的一个输入端，同时D'3?1加至F3的另一输入端，F3?0，这时M3被清零即M3?0，同时D'2将M3置1，结果M2M3M4?010，这正好是第3段起点电平，它等于32?，下一次比较时IR3?32???。
② 7/11变换电路
7/11变换又称非线性码/线性码变换，即将非线性7位幅度码变换成线性11位幅度码它
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们的变换关系可用表1—3表示。
表1—3 A律13折线非线性码与线性码的关系
其中Ci为第i段的“段落标志”，即Ci?C1表示是第1个量化段，于是有C1?a2a3a4，C2?a2a3a4,C3?a2a3a4,C4?a2a3a1,C5?a2a3a1,C6?a2a3a4,C7?a2a3a4,C8?a2a3a4根据表1—3可得出ai与Bi之间的逻辑表达式。例如线性码B4的权为128?，哪几种情况要求出128?的权值呢? 对应于128?的非线性码有以下4种情况：
第一种是第8量化段(C8?1)时的a7?1；即C8a7?1； 第二种是第7段(C7?1)的a6?1时； 第三种是第6段(C6?1)的a5?1时; 第四种是第5段(C5?1)时。
根据公式2－27可写出下列7/11变换逻辑表达式：
B1(1024?)?C8B2(512?)?C8a5?C7B3(256?)?C8a6?C7a5?C6B4(128?)?C8a7?C7a6?C6a5?C5B5(64?)?C8a8?C7a7?C6a6?C5a5?C4?B6(32?)?C8?C7a8?C6a7?C5a6?C4a5?C3B7(16?)?B8(8?)?B9(4?)?B10(2?)?B11(1?)??B12(12?)??C7?C6a8?C5a7?C4a6?C3a5?C2?C6
?C5a8?C4a7?C3a6?C2a5?C1a5?C5?C4a8?C3a7?C2a6?C1a6?C4?C3a8?C2a7?C1a7?C3?C2a8?C1a8?C2?C1式中“+”表示“或”运算；相乘表示“与”运算，标“*”者为收端解码用。
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