Устройство фиксации временных положений случайных сигналов Советский патент 1984 года по МПК H03K5/153 

Изобретение бтносится к информационно-измерительной технике и може . использоваться в экспериментальной физике и технике. Известно устройство, осуществляю щее фиксацию временных положений сл чайных сигналов, содержащее выходно формирователь, подключенный к входной клемме первым входом через лини задержки, а вторым - через аналогов запоминающее устройство, и соединен ный своим выходом с выходной клеммой 1 . Недостатком известного устройства является низкая точность фиксации регистрируемых сигналов при изменени длительности их фронтов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство фиксации .временных положений случайных сигналов, содержащее пороговый формирователь, подключен-, ный к входной клемме первш входом через линто задержки, а вторьш входом - через последовательно соединен ные аттенюатор, ограничитель импульсов снизу и линейный инвертор 2, Недостаток данного устройства сос тоит в низкой точности фиксации временных положений случайных сигналов при отличии их фронта нарастания от линейного. , Действительно, аппроксимируя рабо чий участок фронта фиксируемого сигэкспоненциальной зависимостью нала U{t) а{е - 1)/ао для момента tф{t(, ) (фиг. 2,19) пересечения суммарным сигналом порогового уровня Urv можно записать где аи LH соответственно амплитуда и Длительность фронта нарастания исходного фиксируемого сигнала; ао е-1 - нормирующий множитель k и UQ - коэффициент ослабления уровень ограничения сигнала. Полачто является оптималь, ным для линейно нарастающих сигналов по лучим I /-ft т Анализ уравнения (3) показывает, что положение точки фиксации tф на временной оси существенньи образом зависит от величины, времени нарастания сигнала Тц . Так, для и , изменяющегося в пределах 15-50 не, при fj 6 НС смещение момента фиксации t составляет ,6 не. Для реальных сигналов в эквивалентном диапазо не фронтов нарастания величина погрещности фиксации имеет еще большее значение, так как им характерно большее по сравнению с моделью (1) изменение крутизны на интервале нарастания . Цель изобретения - повышение точности устройства фиксации временных положений случайных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее пороговый формирователь, подключенный к входной клемме первым входом через линию задержки, а вторым входом - через последовательно соединенные аттенюатор, ограничитель импульсов снизу и линейный инвертор, дополнительно введены вторая и тре.тья линии задержки, второй и третий пороговые формирователи, диод с накоплением заряда, генератор тока накопления заряда и генератор тока рассасывания заряда, причем второй пороговый формирователь подключен своим первым входом через втор5 то линию задержки к выходу первой линии задержки, вторым входом - к выходу линейного инвертора, а выходом соединен с первым входом генератора тока накопления эаряда, объединенного своим выходом с выходом генератора тока рассасывания заряда, входом третьего порогового формирователя и анодом.диода с накоплением заряда, катодом соединенного с общей шиной, третий пороговый формирователь своим выходом подктпен « выходной клемме устройства и первому входу генератора тока рассасывания заряда, а первый пороговый формирователь выходом соединен с вто5 JMH входами генераторов токов накопления и рассасывания заряда через третью линию задержки. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства фиксации временных положений случайных сигналов; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы; на фиг. 3зависимости момента фиксации вход.ного сигнала от длительности фронта нарастания последнего для известногс (а) и предлагаемого (б-г) устройства. Предлагаемое устройство фиксации временного положения случайных сигналов содержит входную клемму 1, соединенную со входом первой линии задержки 2 с электрической длиной Т, выход которой подключен к входу второй линии задержки 3 с электрической длиной Т , аттенюатор 4, подключенный входом к входной клемме 1 , а выходом через последовательно соединенные ограничитель импульсов снизу 5 и линейный инвертор б к вторым входам первого 7 и второго 8 порюговых фоЕ «ировотелей, первые входы которых соединены соответственно с вьисодами первой 2 и второй 3 линий задержки, выход первого формирователя 7 через третью 9 линию задержки подключен к вторым входам генераторов тока накопления 10 и то ка рассасывания 11 заряда, объединенные выходы которых подключены к аноду диода 12 с накоплением заряда и к входу третьего порогового формирователя 13, соединенного выходом с выходной клеммой 14 и с первым входом генератора тока рассасывания заряда 11, причем первый вход генератора тока накопления заряда 10 соединен с выходом второго пороговог формирователя 8.

Временная фиксация сигналов в предложенном устройстве осуществляется следующим образом.

Входной сигнал поступает на последовательно соединенные аттенюатор 4, ограничитель импульсов снизу 5 и линейный инвертор 6. В результате на выходе линейного инвертора 6 формируется ослабленный в к раз и ограниченный снизу на величину и импульс с полярностью, обратной входному (фиг. 2,16). Полученный таким образом сигнал складывается с помощью формирователя 7 с фиксируемым сигналом, задержанным линией задержки 2 на время т .в момент времени t(j(t) пересечения суммарным сигналом (фиг. 2,19) порогового уровня и г, на выходе формирователя 7 вырабатывается стандартизованный импульс, временное положение которого tд(tф) не зависит от амплитуды регистрируемых сигналов (выражение (3)). Аналогичным образом в момент времени t „j пересечения суммарным сигналом, полученным в результате сложения выходного импульса линейного инвертора

.6 с входным сигналом, задержанным на время Т + t линиями задержки 2 и 3 порогового уровня uj, (причем

.и и„ Ujj) , вырабатывает стандартный импульс формирователь 8 (фиг. 2

20 и 22.

По выходному импульсу порогового формирователя 8 включается генератор тока накопления заряда 10, в результате чего в диоде 12 начинает накапливаться током 1 заряд неосновных носителей Q. Этот процесс продолжается до поступления на второй вход генератора тока рассасывания заряда 11 импульса формирователя 7, задер-. жанного линией задержки 9 на интервал Т 3 , несколько превышающий суммарную задержку v + v линий 2 и 3. Упомянутым импульсом выключается генератор тока накопления заряда 10 и начинается рассасывание заряда накопленного в диоде 12 током I генератора тока рассасывания заряда 11. В момент окончания рассасывания накопленного заряда () происходит резкое восстановление обратного сопротивления диода 12, в результату чего ток генератора 11 полностью переключается в выходной формирователь 13 и запускает его. Формировате 13 генерирует выходной импульс устройства, фиксирующий положение входного сигнала на временной оси, и приводит кроме того в исходное состояние генератор тока рассасывания заряда 11.

. Если при изменении длительности фронта нарастания н регистрируемых сигналов увеличится (уменьшится) задержка tj, запуска формирювателя 7, то увеличится (уменьшится) также и временной интервал ог tj, между сигалами формирователей 8 и 7. При этом уменьшится время накопления и время рассасывания заряда в диоде 12, компенсируя упомянутое смещение момента ф, Оптимальная компенсация погрепйости фиксации достигается подбором значений токов рассасывания и накопления заряда, а также электрических длин линий задержки 3 и 9.

Эффективность рассматриваемого устройства для экспоненциально нарастающих сигналов вида (1) может быть оценена следующим образом.

Известно, что если время накопления t заряда в диоде с накоплением заряда значительно меньше времени жизни неосновных носителей заряда, то оно связано с интервалом рассасывания tp соотношением

t« tp ЗР/ЗН , (4)

т.е. для момента восстановления обратного сопротивления диода с накоплением заряда в предложенном устройстве можно получить следующее соотношение с учетом выражения (2) и (3)

4Ь

где

-т,

2/Ч,и -t

е

V01

Анализируя (5), можно заметить, что при заданных диапазоне изменений времени нарастания регистрируемых сигналов и длительностях линий за- держки 2, 3 и 9 выбор отнораения Иц/Лр позволяет минимизировать вариации времени tg восстановления обратного сопротивления диода с накоплением заряда и сделать их существенно меньше, чем в известном устройстве На фиг. 3 приведены расчетные зависимости to (кривая а) и tj-t (кривые б-г) от величины Т, в диaiпaзoнe 1550 НС. Расчеты выполнены для k 0,4, Т 6 НС, 2 7 НС, Г 10 НС и отношения t , равного 14, 1,8 и 2,1 (кривые б, в и г соответственно) . Из графиков видно, что для экспоненциальных сигналов при ot 1,8 предлагаемое устройство временной фиксации сигналов превосходит по точности известное более 10 раз.

УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ ВРЕМЕННЫХ ПОЛОЖЕНИЙ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее пороговый формирователь, подключенный к входной клемме первым входом через линию задержки, а вторым входом - через последовательно соединенные аттенюатор, ограничитель импульсов снизу и линейный инвертор, отличаю щее с я тем, что, . с целью повышения точности, в него дополнительно введены вторая и третья линии задержки, второй и третий пороговые формирователи, диод с накоплением заряда, генератор тока накопления заряда и генератор тока рассасывания заряда, причем второй пороговый формирователь подключен своим первым входом через вторую линию задержки к выходу линии задержки, вторым входом - к выходу линейного инвертора, а выходом соединен с первым входом генератора тока накопления заряда, объединенного сво.им выходом с выходом генератора тока рассасывания-заряда, входом тре- тьего порогового формирователя и i анодом диода с накоплением заряда, катодом соединенного с общей шиной, (Л третий пороговый формирователь своим выходе подключен к выходной клемме устройства и первому входу генератора тока рассасывания заряда, а первый пороговый формирователь выходом соединен с вторыми входами генераторов токов накопления и рассасывания заряда через третью линию задержки. со СП 00 ч со