Устройство для формирования сигнала разностной частоты импульсных последовательностей Советский патент 1984 года по МПК H03K5/156 

Изобретение относится к итульсной технике и может бцть использова но в дискретных и цифровых системах в частности в дискриминаторах часто ты. Известно устройство для формирования сигнала разностной-частоты, содержащее усилитель, ограничитель и смеситель, например триггериый ба лансный модулятор 1 - Однако данное устройство примени МО только при близких между собой частотах входных сигналов и не допускает Наличия во входных сигналах шума., Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для формирования разност ной частоты импульсных последовательностей, содержащее пять триггеров и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вЯода ми синхронизации первого и второго триггеров, ифнормационные входы кото рых подключены к выходам третьего и четвертого триггеров соответственно информационные входы которых соедине ны соответственно с первым и вторым выходами пятого триггера, первый вход которого подключен к первой вхо ной шине и к входу синхронизации третьего триггера, вход установки в нулевое состояние которого соединен с первым выходом первого триггера, второй выход которого подключен к первой выходной шине, при этом второй вход пятого триггера соединен с второй входной шиной и с входом.синх ронизации четвертого триггера, вход установки в нулевое состояние которого подключен к первому выходу второго триггера, второй выход которого соединен с второй выходной шиной 2j Недостатком известного устройства является низкая точность формирования разностной частоты импульсных последовательностей при наличии их во входных сигналах за счет невозмо/ ности распознавания импульсных помех Цель изобретения - повышение точности формирования разностной частоты импульсных последовательностей. Поставленная цель достигается тем что-в устройстводля формирования сигнала разностной частоты импульсных последовательностей, содержащее пять триггеров и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами синхронизации первого и вто рого триггеров, информационные входы которых подключены к выходам третьего и четвертого триггеров соответственно, информационные входы которых соединены с входными шинами устройства, введены элемент задержки, два элемента И, два элемента НЕ, первый и второй сумматоры по модулю два, первые входы которых соединены с вы ходами первого и второго триггеров, а вторые - с выходами четвертого и третьего триггеров соответственно, входы синхронизации которых подключены к выходу генератора, тактовых импульсов и- через элемент задержки к первым входам элементов И, при этом второй вход первого элемента И сбедкнен с выходом первого сумматора по модулю два и через первый элемент НЕ с вторьпи входом второго элемента И, третий вход которого подключен к выходу второго сумматора по .модулю два и через второй элемент НЕ к третьему входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого триггера, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, а выход - к выходной шине .устройства. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняюище его работу. Устройство для формирования сигт: |Нала разностной частоты импульсных последовательностей.содержит пять триггеров 1-5 и, генератор тактовых импульсов 6, выход которого соединен с входами синхронизации первого и второго триггеров 1 и 2, информационные входы которых подключены к выходам третьего и четвертого триггеров 3 и 4 соответственно, информационные входы которых соединены с входными шинами устройства, а также элемент задержки 7, два элемента И 8 и 9, два элемента НЕ 10 и 11, первый и второй сумматоры по модулю два 12 и 13, первые входы которых соединены с выходами первого и второго триггеров 1 и 2, а вторые - с выходами чеувертого. и третьего триггеров 4 и 3 соответственно, входы синхронизации которых подключены -к выходу генератора тактовых импульсов 6 и через элемент задержки к первым входам элементов И 8 и 9. При этом второй вход первого элемента И 8 соеди-, нен с выходом первого сумматора пЬ модулю два 12 и через первый элемент НЕ 10 с вторым входом второго элемента Н 9, третий вход которого подключен к выходу-второго сумматора по модулю два 13 и через второй элемент НЕ 11 к TpeTbeiMy входу первого элемента И 8, выход которого соединен с первым входом пятого триггера 5, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И 9, а выходк выходной шине устройства. Устройство работает следующим образом. Два входных сигнала запоминаются с помощью триггеров 3 и 1, 4 и 2. На информационные входыD-триггеров 3 и 4 поступают сигналы с амплитудой 1 или О, а на входы синхронизации - тактовые импульсы от генератора 6. Аналогично работают триггеры 1 и 2. Каждый из триггеров запоминает значения сигнала на период тактовых импульсов. Сумматоры 12 и 13 осуществляют сложение по модулю два первого входного сигнала, определенного в момент запоминания , с вторьви входньм сигналом, определенным в момент запоминания +1, Если при сложении получаются одновременно единичные уровни сигналов, то они . заменяются нулевыми уровнями с помощью элементов И 8 и 9, на другие входы которых подаются запрещающие сигналы соо-паетственно от сугшаторов 13 и 12 через элементы НЕ 11 и 10, Для исключения влияния переходных процессов при переключениях В-триггеров элементы И тактируются импульсами от генератора б, задержанными с помощью элемента задержки 7 на отрезок времени,меньший периода тактовых импульсов. Сигналы с выходов элементов И устанавливают триггер 5 в положение 1 или О, формируя сигнал разностной частоты.

На временной диаграмме (фиг. 2) изображено преобразование входных сигналов, приводящее к формированию сигнала разностной частоты. I НаD-триггерах значения прямоугольных входных сигналов запоминаются в моменты времени, соответствующие последовательности тактовых импульсов - сигналу Ь. Ошибку в фазе сигнала, получающуюся при этой операции дискретизации, можно ограни 1ить требуемой малой величиной, увеличивая частоту тактовых импульсов, Зйачеиия сигналов нужно запрминать на время не менее одного периода тактовых импулйсов. В схеме-устройства (фиг. 1) Время запоминания значений сигналов равно двум периодам тактовых импульсов. Суммирование по модулю двухразновременных и разноименных значений входных сигналов, фиксированных при их запоминании к моменту времени i, +1, пояснено на фиг. 2 стрелками: суммируются значения сигналов 1 или О, определенные в-моменты времени, соответствую.щие началу и концу стрелки. Получаемые при этом суммарные сигналы 1 и g изображены над ) исходными сигналами.

далее, после исключения из двух суммарных сигналов тех участков. На которых сигналы одновременно приримают значения 1, получаются два сигнала е и К.

Наконец, формируются фронт и срез сигнала разностной частоты (сигнал 1 в моменты, когда сигналы е и , принимают соответственно едининые значения.

Доказательство того факта, что данная последовательность операций действительно приводит к формированию сигнала разностной частоты, основано на анализе трёх возможных случаев относительного положения фронтов и срезов входных сигналов а и 5 (фиг. 2). В первом случае (слева) фронт второго сигнала отстает от фронта первого сигнала, что определяет единичные значения первого суммарного сигнала и нулевые значения второго суммарного сигнала. Во втором с.лучае (справа) , наоборот, .фронт первого сигнала отстает от фроцта второго сигнала, что соответственно определяет нулевые значения первого суммарного сигнала и единичные второго. Третий случай - тбчное совпадение фронтов (срезов) сигналов не позволяет получить единичные значения первого или второго суммарных сигналов, необходиьме для формирования сигнала разносгной частоты. Однако ввиду неравенства частот входных сигналов после третьего случая немедленно следуют рассмотренные первый или второй случаи. Поскольку сигнал разностной частоты следует рассматривать с физической стороны, как результат биений двух входных сигналов, когда фронты ( одного сигнала обгоняют фронты (.срезы) другого сигнала, становится очеврщнымчто операции данного алгоритма, фиксирующие изменения во взаимном положении фронтов (срезов) , приводят к формированию сигнала разностной частоты.

Согласно фиг. 2, входные сигналы а, S близки по частоте, а по форме являются меандрами, т.е. прямоугольными, импульсами со скважность два. Выходной сигнал разностной частоты при этом также формируется в виде меандра. Такой вид сигналов взят лишь для наглядности. Однако данный алгоритм полностью применим к более широкому классу сигналов ,в частности к входным сигналам с произвольным отношением частот, к непериодическим сигналам, к сигналам с различной и переменной скважностью j смеси сигналов с шумом. Применение алгоритма к некоторым из перечисленных сигналов рассмотрено-на фиг. 3. Единственным требованием к сигналам является необходимость выполнения неравенства /т i г гД® Т наименьший интервал времени между переменами состояний 1 (О) входного сигнала; f - частота запоминания значений входного сигнала. Это условие аналогично по виду и физическому смыслу известной теореме В.А.Котельникова, относящейся к дискретизации сигналов с ограниченным спектром. Иэ описания предлагаемого устройства следует также возможность его применения в двух предельных случаях входных сигналов. Если частота одного из сигналов равна нулю, то операция суммирования по модулю два переменных значений одного из сигналов с постоянной величиной дает в итоге сигнал с частотой входного сигнала. Если же частот входных сигналов равны между собой, сигналы отличаются друг от друга только фазой. В этом случае после суммирования их значений и исключения из суммарных сигналов одновременно появляо щихся единичных участков получаем два сигнала, из которых только один принимает как единичные, так и нулевые значения, второй же везде равен нулю. Следовательно, и разностная частота также равна нулю. Знак разности частот двух входных сигналов можно определить при расщеплении одного из входных сигналов по фазе, т.е; преобразовании двух пар сигналоб. Известно, что если частота входного сигнала, расщепляемого по фазе, больше частоты второго (нерасщепленного) сигнала, то для сигнала разностной частоты сохраняется не только величина, но и знак фазового сдвига. Вели же частота расщепляемого сигнала меньше, то знак фазового сдвига меняется на противоположный.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, содержащее пять триггеров -и генератор тактовых илетульсов, выход которого соединен с входами синхронизации первого и второго триггеров, информационные , входы которых подключены к выходам третьего и четвертого триггеров соответственно, информационные входы которых соединены с входными шинами устройства, отличающееся; тем, что, с целью повышения точности формирования разностной частоты импульсных последовательностей, в него введены элемент задержки, два элемента И, два элемента НЕ, первый ;и второй сумматоры по модулю два, первые входы KOTOEftjx соединены с выходами первого и второго триггеров, а вторые входы - с выходами четвертого и третьего триггеров соответственно, входы синхронизации которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов и через элемент.задержки к первым входам элементов И, при этом второй вход первого элемента И.соединен с выходом первого сумматора по модулю два и через пера вый элемент НЕ с вторым входом второ го элемента И,, третий вход которого сл подключен к выходу второго сумматора по два и через второй элемент с НЕ к третьему входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого триггера, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, ; выход - к выходной шине устройст а. о X) 5Ь :л Lt/ У1 ND

-.

.pLTLT-L

ж

3 «

Q 1QI 1e Si 016160181 В 1 BIO 11010

a

1 OflOlOIQiQIO OtOlOIOlOliQ10 1

1Л1ПЛ ШГШЛЛ1ОШ

111 10011 ill 10000110ff 1000 111 foo г r

011 0000, . 0011 1100 woo It 000

J

L

Pui.s ,