ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ СЛУЧАЙНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК H03B29/00 H03K5/156 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к генераторам электрических импульсов и может использоваться для моделирования реальных сигналов данных в системах передачи информации.

Уровень техники

Для оценки запаса работоспособности приемников цифровых сигналов данных, передаваемых по реальным линиям связи, необходимо имитировать сигналы с искажениями, проявляющимися в виде случайного отклонения длительности импульсов от среднего значения с заданными статистическими свойствами.

Для генерирования импульсов случайной длительности применяется устройство, содержащее компаратор, на один вход которого поступает периодические пилообразные импульсы, а на другой вход - напряжение шума [1], которое может генерироваться любым известным источником шума [2]. В таком устройстве происходит линейное преобразование напряжения шума в длительность импульса, поэтому длительность генерируемых импульсов имеет статистические свойства исходного напряжения шума. Недостатком данного аналога является низкая точность и стабильность статистических характеристик длительности генерируемых импульсов ввиду аналогового характера процессов в нем.

Тот же способ реализован в генераторе равномерно распределенных случайных импульсов [3], который состоит из компаратора, входы которого соединены с выходами соответственно устройства выборки-хранения мгновенного значения напряжения шума и генератора линейно изменяющегося напряжения, а входы управления устройства выборки-хранения и генератора линейно изменяющегося напряжения соединены с опорным тактовым генератором. Точность моделирования шумового отклонения длительности импульса на выходе компаратора в данном аналоге также невысока в связи с аналоговым характером процесса, при котором изменение статистических характеристик напряжения шума при уходе температуры или питающего напряжения приводит к искажению установленных вероятностных моментов длительности импульса.

Для моделирования случайных процессов успешно применяются генераторы псевдослучайных чисел (ГПСЧ), представляющие собой сдвигающий регистр с обратной связью через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входами подключенный к выходам соответствующих разрядов регистра [4]. Генерируемый шум для реализации с продолжительностью меньше длительности цикла ГПСЧ можно считать совершенно случайным, при этом сумма содержимого k смежных разрядов m-разрядного регистра в ГПСЧ подчиняется нормальному закону распределения и имеет спектр от f₀/(2^m-1) до f₀, где f₀ - тактовая частота ГПСЧ [5, 6], и число ступеней квантования (k+1). Указанный принцип использован в известном устройстве для моделирования фазового дрожания импульсов кодовой последовательности [7].

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является генератор импульсов с фазовым дрожанием [8], состоящий из опорного генератора, выходом подключенного одновременно к входу ГПСЧ и согласованной многоотводной линии задержки. Отводы линии задержки соединены с соответствующими информационными входами мультиплексора, у которого адресные входы подключены к группе смежных выходов ГПСЧ через блок цифрового суммирования, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства. В данном аналоге, построенном полностью на цифровых блоках, осуществляется шумовая модуляция фазы выходного импульса мультиплексора. Благодаря этому устройство обладает повышенной точностью и стабильностью при генерировании импульсов со случайной фазой. Недостатком устройства-прототипа является ограниченные функциональные возможности, не позволяющие использовать его для получения импульсов случайной длительности.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей - получения импульсов случайной длительности с заданными статистическим характеристиками при высокой точности и стабильности.

Для этого в устройство, содержащее опорный генератор, нагруженный на секционированную линию задержки, группа смежных отводов которой подключена к соответствующим информационным входам мультиплексора, ГПСЧ, группа смежных выходов которого соединена с входами блока суммирования, выходами подключенного к соответствующим адресным входам мультиплексора, введен триггер. При этом один вход триггера соединен с выходом опорного генератора, другой вход триггера - с выходом мультиплексора, а выход триггера подключен к входу ГПСЧ и выходному зажиму устройства.

Принцип действия устройства основан на установке триггера импульсом опорного генератора в фиксированные моменты времени и сбросе триггера импульсом с выхода мультиплексора. Поскольку адрес мультиплексора формируется как сумма смежных разрядов регистра в ГПСЧ и суть случайная величина, то и фаза импульса на выходе мультиплексора является случайной величиной. Поэтому момент сброса триггера и, следовательно, длительность импульса на его выходе также является случайной величиной Среднее значение длительности генерируемых импульсов и ее среднеквадратическое отклонение задает линия задержки, а закон распределения и энергетический спектр - ГПСЧ.

Перечень фигур чертежей

На чертеже представлена электрическая функциональная схема генератора импульсов случайной длительности согласно настоящему изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Показанная на чертеже схема генератора импульсов случайной длительности содержит опорный генератор 1, нагруженный на секционированную линию 2 задержки и один вход триггера 3, а также мультиплексор 4, ГПСЧ 5 и блок 6 суммирования. Другой вход триггера 3 подключен к выходу мультиплексора 4, а его выход - к выходному зажиму 7 и входу ГПСЧ 5. Информационные входы мультиплексора 4 соединены с соответствующими отводами секционированной линии 2 задержки, а цифровой адресный вход - с цифровым выходом блока 6 суммирования. В свою очередь цифровые входы блока 6 суммирования подключены к соответствующим цифровым выходам ГПСЧ 5 - выходам разрядов образующего ГПСЧ регистра сдвига.

В рассматриваемом варианте осуществления используется RS-триггер 3 с прямыми динамическими входами, он взводится и сбрасывается фронтами входных импульсов. ГПСЧ 5 имеет инверсный динамический вход и тактируется спадами выходных импульсов триггера 3. Секционированная линия 2 задержки имеет первую секцию с временем задержки t₁ и n следующих секций с временем задержки каждой t₂. В качестве линии 2 задержки может использоваться согласованная по выходу многоотводная электромагнитная линия задержки, однако предпочтительно использовать последовательную цепь электронных элементов задержки, допускающих плавное регулирование. Опорный генератор 1 работает с частотой f₀.

Генератор импульсов случайной длительности работает в следующем порядке Каждый импульс опорного генератора 1 своим фронтом взводит триггер 3 и одновременно поступает на вход секционированной линии 2 задержки. Через время t₁, пройдя первую секцию линии 2 задержки, импульс начинает распространяться по следующим секциям последовательно достигая информационных входов мультиплексора в порядке нарастания их номеров от 0 до (n-1). Поскольку адресные входы мультиплексора 4 через блок 6 суммирования присоединены к выходам ГПСЧ 5, то в каждом периоде работы адрес случаен и мультиплексор 4 подключает к своему выходу отводы секционированной линии 2 задержки также случайным образом. Поскольку сброс триггера 3 осуществляется фронтом выходного импульса мультиплексора 4 в случайные моменты времени, то и длительность импульса на выходе триггера оказывается случайной. По окончании выходного импульса (по его спаду) ГПСЧ 5 принимает новое состояние, определяющее длительность импульса в следующем периоде работы.

Если пренебречь временем задержки распространения мультиплексора 4, то среднее значение длительности генерируемых импульсов равно

где t₁ и t₂ - времена задержки соответственно первой и следующих секций секционированной линии 2 задержки, n - количество информационных входов мультиплексора 4 и соответственно отводов секционированной линии 2 задержки, а дисперсия составляет

Распределение t_И близко к нормальному, энергетический спектр девиаций t_И простирается от f₀/(2^m-1) до f₀, где f₀ - частота опорного генератора 1, m - разрядность базового сдвигающего регистра в ГПСЧ, а число ступеней квантования t_И равно n.

Литература

1. Тухарели К.Д., Шульга В.Г. Устройства имитации дрожания фазы импульсов кодовых последовательностей. В сб. «Полупроводниковая электроника в технике связи», вып. 19. - М.: Связь, 1978, с.154-161, рис.4.

2. Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. - М.: Энергия, 1971.

3. Генератор равномерно распределенных случайных импульсов. - Патент РФ №2107941, МПК G 06 F 7/58.

4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. - М.: Мир, 1982, с.357, рис.20.20.

5. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т.2.-М.: Мир, 1986.

6. Корн Г. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых машинах. - М.: Мир, 1968.

7. Устройство для моделирования фазового дрожания импульсов кодовой последовательности. - Авт. свид. СССР №1198533, МПК G 06 F 15/20.

8. Чулков В.А. Генератор импульсов с фазовым дрожанием. - Приборы и техника эксперимента, 1996, №2, с.73-74.

Изобретение относится к генераторам электрических импульсов и может быть использовано для моделирования сигналов в системах передачи информации. Достигаемый технический результат - получение импульсов случайной длительности с заданными статистическими характеристиками при высокой точности и стабильности. Генератор импульсов случайной длительности содержит опорный генератор, линию задержки, мультиплексор, генератор псевдослучайных чисел, блок суммирования и триггер. 1 ил.

Генератор импульсов случайной длительности, содержащий опорный генератор, нагруженный на секционированную линию задержки, группа смежных отводов которой подключена к соответствующим информационным входам мультиплексора, а также генератор псевдослучайных чисел, группа смежных выходов которого соединена с входами блока суммирования, выходы блока суммирования соединены с соответствующими адресными входами мультиплексора, отличающийся тем, что в него введен триггер, одним входом соединенный с выходом опорного генератора, другим входом - с выходом мультиплексора, а выходом подключенный к входу генератора псевдослучайных чисел и выходному зажиму генератора импульсов случайной длительности.