如何使用模拟组件及时“拉伸”信号？

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如何及时“拉伸”信号（例如，模拟无线电信号），以使频率减半，并且信号花费两倍的时间？这在计算机上很简单，但是可以用模拟组件完成吗？

我要查找的变换与录制录音带然后以一半的速度播放它一样，因此转换例如

至

（这与外差式无线电接收器的操作不同：它将信号从高频移至低频，但该信号仍占用相同的时间。）

以较慢的速度进行记录和回读将是实现此目的的一种方法，但是这将需要较慢的机械组件并且无法处理较快的信号。

背景：我没有构建任何我需要的东西，但是我想知道时分复用之类的东西是否可以在数字时代之前工作，或者创建它会花费多少。这就是为什么像录制到磁带和减慢播放速度这样的方法不起作用的原因。如果多路复用的信号很短，则磁带的机械系统将无法跟上。

编辑与时分多路复用的关系：我当时认为可以使用这种技术来实现tdm。取两个连续的信号，将它们分成（例如）微秒间隔，将每个微秒压缩为半微秒（增加频率），然后交织来自两个流的压缩信号段。要进行解调，请通过延长奇数或偶数间隔来逆转该过程。

analog signal-processing

— 简·凯尼斯
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1.您的设计将如何决定（在现实世界中）“ t = 0”是什么时间？2.不管使用哪种技术，在（例如）t = 100时产生输出都需要记住在t = 50时的输入。因此，需要某种类型的内存。内存永无止境。那么，您需要花多长时间才能使它耗尽内存？

— Photon

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另外，我不清楚这个问题与时分复用的关系。您能否说说为什么有联系？

— Photon

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从远离您的汽车上以0.5马赫的速度播放。

— Brian Drummond

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传统电话服务的音频带宽约为3.3 kHz，相应的奈奎斯特采样速率为6.6 kSps。如果您使用us-scale划分进行TDM，则只要为每个通道至少每150 us分配一个时隙，就可以通过低通滤波直接重现信号，而无需这种费时的想法。

— Photon

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德国有一个无线电系统，实际上使用了一个桶式旅来在模拟系统中打开较短的“时隙”。它使用多个接收器和同步化的发送器来构建一个非常大的无线电网络，该网络可以在单个发送/接收频率对上运行。时隙用于与音频一起在频带内传输操作数据（信号强度和其他信息）。如果运作正常，则无需更改渠道即可获得广泛覆盖。如果工作不正常，您仍然可以覆盖，但听起来好像您正在尝试喊出台锯。

— JRE

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可以使用一种模拟技术来完成这项工作... CCD “桶大队”延迟线。

它是模拟的，但与数字技术有很多共同之处，因为它是一个采样数据系统。

典型的CCD延迟线在一条线上有512或1024个电容器，并且有一个CMOS开关网络将它们互连。其工作原理大致如下：

将一个电容器充电至输入引脚上的电压，
保持该电压，然后将第二个电容器充电至第一个电容器的电压，
保持该电压不变，并通过输入引脚给Cap 1充电，同时从Cap 2给Cap 3充电。
重复，从奇数开始偶数充电，从偶数开始奇数充电，直到第一个样本出现在输出引脚上。

大体上的想法就像一群人互相推着桶去灭火。

此时，如果要更改音调，则需要以输入采样率将新数据存储到第二个CCD中，而以新采样率（在本例中为原始时钟速率的一半）清空第一个CCD。。

由于第二个CCD装满了，而第一个CCD装满了一半，因此您现在遇到了一个问题：您必须转储一些数据。如果您有2条以上的CCD延迟线，则可以通过交叉淡入淡出来“隐藏”连接，同时填充第三条，但这并不是一种完美的技术。

CCD具有非常差的噪声和失真规格，以及数字音频的所有频谱和混叠问题，因此您不会在1980年这一年听到太多有关它们的信息。

一个这样的例子是SAD1024 （此处为数据表），用作此处的音调转换器（音调不断变化，又称为镶边）

— 布赖恩·德拉蒙德
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哇，真是个好发现！

— peufeu

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“您不会在1980年这一年听到太多有关它们的消息。” 与往常一样，从EE的角度来看，音乐家的偏好毫无意义。BBD并没有真正制造出来，但是围绕BBD建造的延迟和音高设备在音乐人和制作人中仍然非常流行，因此BBD本身受到高度重视。至少有十种左右的基于BBD的延迟设备可以从乐器零售商那里广泛获得，作为一个拥有一些BBD延迟和一些BBD延迟数字模型的人，我可以说真实的情况更好。

— Todd Wilcox

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确实，“原始乐器”运动始于重建中世纪和文艺复兴时期的乐器，麻袋布和科奈特琴的光辉声音，而且……似乎正在转向穆格和Fairlight模拟乐器！从昨天在eBay上看到的SAD1024的价格来看，可能是时候在我的垃圾箱里翻箱倒柜了……

— Brian Drummond

为什么将其称为CCD而不是BBD？CCD是在硅中结合了BBD的特定成像设备。

— OrangeDog

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因为通常将水桶旅实现为电荷耦合设备。在“ CCD传感器”中，CCD不是成像传感器本身，而是用来读取每条扫描线的铲斗旅。模拟并行输入串行移位寄存器的种类（尽管电容器也可以是光电探测器，但我不确定）。CCD的名称肯定早于其在图像传感器中的使用。

— 布赖恩·德拉蒙德

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我建议将信号记录在磁带上，然后以一半的速度播放。

我无法理解令您不满意的原因。当然，您可以使用其他媒体（例如电线，磁盘等）；基本原理是相同的。

如果这些都不适合您，则必须进一步指定要求。

— 凝乳
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您不能以相同的速度以相同的速度录制相同的磁带，而不能以不同的速度进行回放，因此，如果问询者想要实时处理，则磁带将根本无法工作。

— Todd Wilcox

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@Todd Wilcox：当然可以！以半速播放只是意味着磁带会在记录头和播放头之间堆积（但是其他任何技术都存在相同的问题；即使是数字技术，在这种情况下，内存也会充满）。结果，您将不得不停止录制一段时间，而继续播放。但这正是OP想要的。在该记录中，在时分复用中暂停时，另一个通道处于活动状态。

— 凝结

嗯..好点。或者，您可以有两个磁带系统，并从一个磁带系统切换到另一个磁带系统，而第一个磁带系统则去除了松弛部分。

— Todd Wilcox

@托德·威尔科克斯：是的。我认为实际上，由于加速不是瞬时的（磁带/电线/磁盘需要一些时间来加速/减速），因此需要不止一个磁带（每个通道）...但是所有这些考虑都与实际实现有关，并且我认为这个问题纯粹是理论上的。

— 凝结

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如果信号是周期性的，则可以始终使用采样示波器。

我的意思是，您可以使用任何ADC，只要其孔径窗口和抖动足够小，但您需要使用模拟信号，因此您必须像旧版向导一样使用旧二极管桥采样器...

DC-14 GHz，带手工焊接的通孔部件。

检查日期，1968年；）

— 佩福
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除了发射以光速的一半传播从而扩展接收信号的火箭之外，您还需要一些东西来存储接收到的样本，然后以较慢的速度播放。最终，这意味着您永远无法赶上最初传输的内容，即您必须以较低的速率存储和播放。模拟磁带可以很好地做到这一点，但是如果您想要IC形式的磁带，那么数字存储方法就是最好的方法。

— 安迪（aka）
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正确，这将违反某种东西的保护，因为传入信息的积累:-)

— vicatcu

我无法确定我是否缺少相对论效应，或者您只是想输入一半的声音速度。

— jalalipop

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@ jalalipop：我认为他是在暗示红色/ blueshift（多普勒效应）。

— jbord39

我在暗示这一点。

— 安迪（aka Andy）

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哎呀。我也是，但是由于某种原因，我正假设自己是一个声波。我有RF硬件我的办公桌上运行但我忘了电磁波的存在，DOH

— jalalipop

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有一种方法可以做到：“ chi”激光脉冲和色散补偿光纤。纤维的折射率（以及光沿该纤维向下传播的速度）是光波长的函数。这被称为色散，因为它会导致窄脉冲随时间散开。色散补偿光纤被设计为具有很高的负色散，因此它可以“消除”更长长度的普通光纤的色散。

从扫描波长的a激光脉冲开始。这可以通过获取非常窄的宽带脉冲并将其发送通过一段色散补偿光纤来生成。然后，使用您想要扩展的信号对amplitude脉冲进行幅度调制。然后将调制后的脉冲通过一条较长的色散补偿光纤发送。

这实际上是一种非常短的时间尺度的技术，需要几公里的色散补偿光纤才能将几十ns的脉冲展宽。色散补偿光纤中的色散通常约为-50 ps / nm / km。

— 亚历克斯·弗兰西奇
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可爱...但是要在光纤上加一个长度，例如要分散一毫秒？

— 布赖恩·德拉蒙德

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这根本与问题无关。“削波”会将短时宽带脉冲转换为峰均值较小的信号（并再次返回），但不会以任何可恢复的方式对任意信号进行时间压缩。如果尝试对the脉冲进行调幅，则补偿光纤会将其转换为窄波形，在其中将实际信息编码为主脉冲前后的“噪声”。对于TDM完全没有用。

— Dave Tweed

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这实际上是一个真正的技术，有许多应用程序，请参见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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确实没有与TDM的连接。尽管在采用TDM之前PSTN是数字的，但相同的概念也适用于模拟样本。

您只需要选择一个捕获所需信息的采样率即可。继续PSTN示例，该示例将是8000 Hz的采样率，它捕获了300-3400 Hz范围内的音频。

要交织N个语音通道，您需要一个可以处理8000×N样本/秒的通信通道。您依次从每个语音通道发送一个样本，然后在1/8000秒（125 µs）之后再次开始整个序列。

您可以同时采样所有语音通道，然后根据其通道号将采样延迟125 µs的一小部分，或者您可以简单地将每个通道的采样相位移开（大多数PSTN设备就是这样）确实）。

底线是，如果TDM帧速率与各个通道所需的采样速率匹配，则无需“时间压缩”。

— 戴夫·特威德
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这真的是无法做到模拟的。尽管人们提出了许多巧妙而有趣的想法，但无源模拟电路只能（1）移相和（2）衰减。他们可以做的所有事情都限于此，可以用传递函数来数学表示（传递函数将频域中的所有信息乘以一个既使角度移动又使振幅衰减的复数函数）。

如果您将放大用作模拟有源附加，显然您也可以提高某些频率-但实际上，您获得的更多。

有类似桶式旅的想法，但是如前所述，这实际上是数字化的（或者至少是准数字化的）。在过去，以一种速度在磁带上记录然后以半速播放的想法实际上是唯一可行的方法。

这种事情在数字上要容易得多。但是，即使在那儿，您也需要清楚自己想要什么。如果要从t = 0开始并拉伸到t = 1的信号，并使其在同一初始时间经过两倍的时间输出（因此，输出0

— 冲浪蛇
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注意，“模拟”不一定暗示LTI（线性，时不变）。您的陈述适用于后者，而不适用于前者。

— Dave Tweed

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您看起来像是在句子的中途发布。

— wizzwizz4

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@DaveTweed：他说无源模拟元件。一般认为晶体管是有源的，对不对？我想在一个很小的范围内，几乎会有任何奇怪的行为，但是出于实际目的，他对具有此限制的无源组件是否正确？

— user541686

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采样数据既不表示数字也不表示“准数字”（无论如何）。即使绝大多数数字系统确实是采样数据系统，也不一定相反。这个问题不包含对被动组件的限制。

— Brian Drummond

是的，戴夫·特威德。在大多数情况下，当人们想到这样的事情时，就会想到这是一种“平稳的”伸展。他们希望使用经典电路来做到这一点。我掩盖了不是LTI的想法，因为LTI给出了真正的直觉。

— eSurfsnake

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看来您正在为自己提供最佳答案。您说：“直接在计算机上进行是很容易的。” 然后，您所需要的只是一个“合适的” AD转换器，将信号馈送到计算机，然后是一个DA转换器，为您提供最终信号。计算机将为您提供处理信号可能需要的所有灵活性。

— 吉尔
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