СЕЛЕКТОР ИМПУЛЬСОВ ПО ПЕРИОДУ СЛЕДОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H03K5/26 

Предполагаемое изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для выделения импульсных сигналов на фоне помех в установках различного назначения.

Известен селектор импульсов, содержащий ждущий мультивибратор, выход которого подсоединен к входу логического элемента И, соединенного вторым входом с генератором стандартных импульсов, а выходом с входом триггера, выход которого соединен со вторым логическим элементом И, а также логический элемент "Запрет" [1]
Недостатком данного селектора является низкая точность селекции.

Известен селектор импульсов по интервалу между импульсами, содержащий логический элемент И, первый вход которого соединен с входом селектора и одним входом триггера, другой вход которого подключен к выходу логического элемента И, второй вход с входом логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход логического элемента ИЛИ соединен с первым входом выходного логического элемента И, второй вход которого подключен к входу селектора [2]
Недостатком данного селектора является невозможность обеспечения достаточной надежности селектирования.

Наиболее близким к предлагаемому является селектор импульсов, содержащий последовательно соединенные устройство выделения, первого импульса, элемент ИЛИ, элемент задержки, формирователь стробов и элемент И, второй вход которого подключен к входной шине и первому входу устройства выделения первого импульса, второй вход которого соединен со вторым входом элемента задержки и выходом пересчетного устройства, первый вход которого подключен к первому входу элемента И, а второй вход к его выходу, выходной шине, второму входу элемента ИЛИ и второму входу формирователя стробов, второй выход которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ [3]
Недостатком данного устройства является низкая надежность селектирования в условиях помех.

Цель изобретения повышение надежности селектирования в условия помех.

Данная цель достигается за счет сужения интервала стробирования введением в строб-импульс второго более узкого строба, местоположение которого в каждом периоде определяется реальным моментом прихода импульса селектируемой последовательности в предыдущем периоде, чем обеспечивается автоматическая коррекция долговременных нестабильностей и погрешностей настройки, путем введения в селектор импульсов, содержащий устройство выделения первого импульса, первый элемент И и последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, элемент задержки и первый формирователь строба, причем вход селектора импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, счетчика попаданий, счетчика непопаданий, схемы перезапуска, устройства регулируемой задержки, второго формирователя строба, двух элементов ИЛИ, двух элементов НЕ, второго элемента И, выход которого является выходом селектора импульсов, первый вход соединен с выходом первого элемента И, второй вход с первым входом устройства регулируемой задержки, с первым входом счетчика непопаданий, с выходом счетчика попаданий и с первым входом схемы перезапуска, второй вход которой соединен с первым входом устройства выделения первого импульса, с первым входом первого элемента ИЛИ, третий вход со вторым входом первого формирователя строба, с выходом устройства выделения первого импульса и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен со вторым входом первого элемента или и с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя строба и с четвертым вх одом схемы перезапуска, выход которой соединен со вторым входом устройства выделения первого импульса и с первым входом счетчика попаданий, второй вход которого соединен со вторым входом схемы перезапуска, со вторым входом счетчика непопаданий и со вторым входом устройства регулируемой задержки, третий вход которого соединен с третьим входом счетчика непопаданий, с выходом второго элемента ИЛИ и вторым входом первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя строба, второй вход с выходом счетчика непопаданий, входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом второго формирователя строба, второй вход которого соединен с выходом устройства регулируемой задержки. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема селектора импульсов по периоду следования.

На фиг. 2, 3, 4, 5, 6 приведены соответственно возможные варианты реализации формирователей стробов 5 и 14, схемы перезапуска 9, счетчика непопаданий 11, устройства регулируемой задержки 12.

Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, представлены на фиг. 7.

Селектор импульсов по периоду следования содержит устройство 1 выделения первого импульса, дополнительный первый элемент НЕ 2, первый элемент ИЛИ 3, элемент задержки 4, первый формирователь строба 5, дополнительный второй элемент ИЛИ 6, первый элемент И 7 с дополнительным третьим входом, дополнительный второй элемент И 8, дополнительно введенные схему перезапуска 9, счетчик попаданий 10, счетчик непопаданий 11, устройство регулируемой задержки 12, второй элемент НЕ 13, второй формирователь строба 14, третий элемент ИЛИ 15.

Формирователь строба 1 представляет собой последовательно соединенные элемент задержки 1 и триггер 2, выход которого соединен со входом элемента задержки и выходом схемы формирователя строба 1, вход С триггера с первым входом формирователя, вход D с его вторым входом.

Формирователь строба 2 состоит из последовательно соединенных элемента задержки 1 и триггера 2, выход которого соединен со входом элемента задержки и выходом схемы формирователя строба 2, вход D триггера с первым входом формирователя строба 2, вход С со вторым входом формирователя.

Схема перезапуска представляет собой последовательно соединенные элемент ИЛИ 1, один вход которого соединен со вторым входом схемы, а другой с первым, триггер 2, триггер 3, вход сброса которого соединен с третьим входом схемы перезапуска, вход С через элемент НЕ 4 соединен с четвертым ее входом и входом S триггера 2.

Счетчик непопаданий состоит из последовательно соединенных триггера 1, триггера 2, регистра 3, выход которого является выходом счетчика непопаданий, счетный вход соединен с третьим входом схемы, а также вторым входом схемы И 4 и входом установки триггера 1, вход сброса которого соединен со вторым входом схемы, первый вход схемы И 4 с первым входом счетчика непопаданий, выход с входом элемента НЕ 5, выход которого соединен с входом С триггера 2.

Устройство регулируемой задержки содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, пересчетное устройство 2, запоминающее устройство 3, второй вход которого соединен с первым входом схемы, пересчетное устройство 4, выход которого является выходом схемы, второй вход соединен с выходом задающего генератора 1, третий вход с выходом элемента НЕ 6, вход которого соединен с выходом элемента И 5, первый вход которого соединен с третьим входом схемы и вторым входом пересчетного устройства, второй вход схемы И 5
со вторым входом схемы.

В исходном состоянии сигналы на выходах устройства выделения первого импульса 1, элемента задержки 4, формирователей стробов 5 и 14, схемы перезапуска 9, счетчика попаданий 10 и устройства регулируемой задержки 12 отсутствуют, а на выходе счетчика непопаданий 11 устанавливается сигнал лог. "1".

Первый импульс селектируемой последовательности, поступая на вход селектора, проходит через открытую первую схему И 7, фиксируется устройством выделения первого импульса 1 и увеличивает на единицу состояние счетчика попаданий 10.

Сигнал с выхода схемы выделения первого импульса 1 подготавливает к работе первый формирователь строба 5, схему перезапуска 9, пройдя через первый элемент НЕ 2, второй элемент ИЛИ 6, закрывает первую схему И 7 и, через первые элементы НЕ 2 и ИЛИ 3, запускает элемент задержки 4.

Элемент задержки 4 задерживает сигнал на время Тс-t/2,
где T_c период следования селектируемых импульсов.

t ширина строб-импульса, вырабатываемого формирователем строба 5.

По истечении времени задержки, выходной сигнал элемента задержки 4 поступает на вход первого формирователя строба 5, на выходе которого формируется строб-импульс, запускающий схему перезапуска 9 и открывающий через второй элемент ИЛИ 6 первую схему И 7 на время равное длительности импульса строба.

Если во время действия строба сигнал на входе селектора отсутствует, т. е. период следования входных импульсов Т (фиг. 7) не совпадает с периодом селекции Т_с, сигнал на выходе первого элемента И 7 отсутствует.

При этом, по окончании действия строба, схема перезапуска 9 формирует сигнал, устанавливающий устройство селекции в исходное состояние, и описанный выше процесс повторяется.

При совпадении периода следования входных импульсов с периодом селекции (фиг. 7) сигнал, поступающий на вход селектора во время действия строб-импульса, проходит через первый элемент И 7, увеличивает на единицу состояние счетчика попаданий 10, запрещает формирование в данном периоде выходного сигнала схемы перезапуска 9 и, через первый элемент ИЛИ 3, запускает элемент задержки 4.

Поскольку, как было указано выше, длительность интервала задержки меньше периода селекции на время равное половине длительности строб-импульса, то середина следующего строб-импульса совпадает с ожидаемым моментом прихода следующего импульса селектируемой последовательности, на частоту которой настроено устройство селекции.

После прихода на вход счетчика попаданий 10 подряд n импульсов, совпавших по времени с наличием строб-импульса, на выходе счетчика попаданий 10 устанавливается сигнал логической единицы, что соответствует захвату устройством селекции селектируемой последовательности импульсов. Выходной сигнал счетчика попаданий 10 запрещает работу схемы перезапуска 9 открывает второй элемент И 8, разрешая прохождение стробированных входных сигналов на выход устройства селекции, сбрасывает счетчик непопаданий 11, закрывает через третий элемент ИЛИ 15 первый элемент И 7, и разрешает формирование выходного сигнала устройства регулируемой задержки 12.

Сформированный первым формирователем строба 5 импульс строба через второй элемент ИЛИ 6 запускает устройство регулируемой задержки 12.

Устройство регулируемой задержки 12 задерживает сигнала на время Т_з равное Tvar-τ/2,
где: T_var переменный интервал задержки, изменяющийся от τ/2 по длительности строба первого канала;
τ- длительность второго строб-импульса.

Отсчет интервала задержки T_var начинается в устройстве регулируемой задержки 12 в момент прихода переднего фронта строб -импульса с формирователя строба 5 и завершается в момент появления стробированного входного сигнала с выхода первого элемента И 7. Информация о величине T_var используется для формирования задержки сигнала в следующем периоде селекции.

По истечении времени задержки Т_з, выходной сигнал устройства регулируемой задержки 12 поступает на вход второго формирователя строба 14, на выходе которого формируется второй строб-импульс, открывающий на время своего действия элемент и 7 через третий элемент ИЛИ 15.

Таким образом, второй строб располагается внутри первого в месте ожидаемого прихода на вход устройства селекции импульса селектируемой последовательности. Длительность второго строба меньше длительности первого.

Сигнал, поступающий на вход устройства селекции во время действия второго строб-импульса, проходит через открытые первый элемент И 7 и второй элемент И 8 на выход устройства селекции. Одновременно, выходной сигнал первого элемента И 7, поступая на вход устройства регулируемой задержки 12, устанавливает новое значение времени задержки для следующего периода работы устройства селекции.

В случае отсутствия сигнала на входе устройства селекции во время действия второго строб-импульса, сигнал на выходе устройства селекции не формируется, а счетчик непопаданий 11 увеличивает свое состояние на единицу. При отсутствии входного сигнала в m стробах подряд, на выходе счетчика непопаданий 11 устанавливается сигнал логической единицы, который через третий элемент ИЛИ 15 поступает на соответствующий вход первого элемента И 7 и через второй элемент НЕ 13 запрещает работу второго формирователя стробов 14. В этом случае стробирование входного сигнала в устройстве селекции осуществляется только строб-импульсами, формируемыми формирователем строба 5, что соответствует расширению интервала стробирования.

Каждый стробированный входной сигнал через первый элемент И 7 поступает на соответствующий вход счетчика непопаданий 11 и уменьшает его состояние на единицу. После прихода на вход счетчика непопаданий 11 подряд k импульсов с выхода первого элемента И 7, на выходе счетчика 11 устанавливается сигнал логического нуля. При этом происходит сужение интервала стробирования в устройстве селекции.

Таким образом, в каждом периоде местоположение второго строба определяется реальным моментом прихода селектируемой последовательности в предыдущем периоде, что обеспечивает автоматическую коррекцию долговременных нестабильностей и погрешностей настройки, которая позволяет сократить время анализа.

Сокращение времени анализа влечет за собой повышение надежности селектирования в условиях помех. Время анализа определяется шириной строба. Минимальная ширина строб-импульса, обеспечивающая гарантированное попадание в строб импульсов селектируемой последовательности, может быть определена для устройства прототипа из следующего выражения:
t = 2T_c(δ_вх+δ_c),
где: t длительность строб-импульса,
T_c период следования импульсов селектируемой последовательности.

δ_вх нестабильность периода следования импульсов селектируемой последовательности,
δ_c нестабильность формирования периода селекции в устройстве селекции.

Коэффициент 2 учитывает наличие двух знаков у обеих нестабильностей в выражении для определения длительности строба.

Аналогично определяется длительность строб-импульса первого формирователя строба 5 предлагаемого устройства.

Любая из перечисленных нестабильностей может быть представлена в виде суммы трех составляющих:
δ_вх(c)= δ_н+δ_э+δ_ш, где:
где: δ_н- погрешность настройки (технологическая составляющая нестабильности).

δ_э- долговременная нестабильность, связанная с изменением внешних факторов (старение, температура, влажность и т.д.),
δ_ш- кратковременная нестабильность, вызванная шумовыми процессами в элементах времязадающих устройств генератора селектируемой последовательности и устройства селекции.

Технологическая составляющая погрешности является величиной постоянной для каждого конкретного экземпляра изделия.

Долговременная нестабильность медленно изменяющаяся во времени величина.

Т. к. в предлагаемом устройстве селекции местоположение второго строб-импульса в каждом периоде селекции определяется исходя из реального момента прихода импульса селектируемой последовательности в предыдущем периоде, то, для случая, когда за время периода следования импульсов селектируемой последовательности долговременные нестабильности остаются неизменными, технологическая и долговременная составляющие нестабильностей не влияют на работу устройства селекции. При этом длительность строба может быть уменьшена, по сравнению с устройством-прототипом, на величину:
2T_c(δ_вх.д+δ_вх.н+δ_с.д+δ_с.н)
где: T_c период следования импульсов селектируемой последовательности;
δ_вх.д,δ_с.д долговременные нестабильности генератора импульсов селектируемой последовательности и устройства селекции соответственно;
δ_вх.н,δ_с.н погрешности настройки генератора импульсов селектируемой последовательности и устройства селекции соответственно.

Необходимость увеличения ширины строб-импульса в предлагаемом устройстве селекции, в случае временного отсутствия входного сигнала, связана с отсутствием априорной информации об изменении нестабильностей периода следования импульсов селектируемой последовательности и формирования временных задержек устройства селекции за время отсутствия входного сигнала.

Источники информации
1. Патент Японии N 39144, кл. 98(5) с 12, 03.10.72.

2. Авторское свидетельство N 310376, кл. H 03 K 5/20 от 17.09.64.

3. Авторское свидетельство N 785986, кл. H 03 K 5/18 от 04.01.79.

Область применения: изобретение может быть использовано для выделения импульсных сигналов на фоне помех в установках различного назначения. Селектор импульсов по периоду следования содержит устройство для выделения первого импульса 1, элементы НЕ 2, 13, элементы ИЛИ 3, 6, 15, элемент задержки 4, формирователи строба 5, 14, элементы И 7, 8, схему перезапуска 9, счетчик попаданий 10, счетчик непопаданий 11, устройство регулируемой задержки 12. 7 ил.

Селектор импульсов по периоду следования, содержащий устройство выделения первого импульса, первый элемент И и последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, элемент задержки и первый формирователь строба, причем вход селектора импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, отличающийся тем, что в него введены счетчик попаданий, счетчик непопаданий, схема перезапуска, устройство регулируемой задержки, второй формирователь строба, два элемента ИЛИ, два элемента НЕ, второй элемент И, выход которого является выходом селектора импульсов, первый вход соединен с выходом первого элемента И, второй вход с первым входом устройства регулируемой задержки, первым входом счетчика непопаданий, выходом счетчика попаданий и первым входом схемы перезапуска, второй вход которой соединен с первым входом устройства выделения первого импульса, первым входом первого элемента ИЛИ, третий вход с вторым входом первого формирователя строба, выходом устройства выделения первого импульса и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя строба и четвертым входом схемы перезапуска, выход которой соединен с вторым входом устройства выделения первого импульса и первым входом счетчика попаданий, второй вход которого соединен с вторым входом схемы перезапуска, вторым входом счетчика непопаданий и вторым входом устройства регулируемой задержки, третий вход которого соединен с третьим входом счетчика непопаданий, выходом второго элемента ИЛИ и вторым входом первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя строба, второй вход с выходом счетчика непопаданий, входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом второго формирователя строба, второй вход которого соединен с выходом устройства регулируемой задержки.