Устройство задержки импульсов Советский патент 1985 года по МПК H03K5/13 

1 1

Изобретение относится к импульсной и вьинслительной технике и может быть использовано для получения случайных временных задержек, а также для физического моделирования устройств задержки с учетом нестабильности или разброса временных параметров .

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования случайной задержки с регулируемыми статистическими параметрами.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемогр устройства на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства и таблицы истинности сигналов управления ключей.

Устройство задержки импульсов состоит из формирователя 1, инерционного звена 2, компаратора 3, трех ключей 4, 5 и 6, блока 7 сигналов коммутации и генератора 8 случайного напряжения. Вход блока 1 и выход блока 3 являются соответственно входом и выходом всего устройства. Вход 9 является входом управляющего сигнала.

Вход устройства через формирователь 1 подсоединен к входу инерционного звена 2, выход которого подключен к первому входу компаратора 3 через ключ 4 по его основному входу. Второй вход компаратора 3 соединен с выходами ключей 5 и 6, а его выход является выходом устройства и соединен с первым входом блока 7 сигналов коммутации, второй вход которого подключен к выходу формирователя 1, а первый, второй и третий его выходы соединены соответственно с управляющими входами ключей 4-6.

Основные входы ключей 5 и 6 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам генератора 8 случайного напряжения. Вход 9 является третьим входом блока сигналов 7 коммутации.

Блок 7 сигналов коммутации содержит первый элемент ИЛИ 10, первый вход которого является первым входом блока 7 и соединен с инверсным входом первого элемента ЗАПРЕТ 11, а второй вход является вторым входом блока 7 и соединен с прямым входом первого элемента ЗАПРЕТ 11, первым входом элемента НЕ-И 12 и инверсивным входом второго элемента ЗАПРЕТ

712

13, прямой вход которого является третьим входом блока 7 и соединен с . вторым входом элемента НЕ-И 12, выход которого соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ 14, другой вход которого подключен к выходу первого элемента ЗАПРЕТ 11.

Выходы первого 10 и второго 14 элементов ИЛИ, а также выход второго элемента ЗАПРЕТ 13 являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока 7 сигналов коммутации.

Формирователь 1 служит для формирования стабильных уровней напряжения логических сигналов О и 1 из соответствукяцих входных сигналов, амплитуда которых может иметь большой разброс. В качестве его могут быть использованы, например, инверторы или логический повторитель.

В данном случае в качестве формирователя 1 применен логический повторитель.

С помощью инерционного звена 2 осуществляется основная функция задержки во времени. Это звено может быть реализовано на основе RC-цепочки (либо как пассивная схема, либо с операционным усилителем). Входными сигналами для звена 2 являются прямоугольные импульсы с формирователя 1.

Компаратор 3 обеспечивает формирование выходных сигналов, являюцихся результатом задержки входных Время задержки зависит от постоянной времени инерционного звена 2 и уровня порогового напряжения, подаваемого на второй Bxoja компаратора 3.

Ключи 4-6 предназначены для коммутации аналоговых сигналов по основным входам. Управляющие сигналы в виде уровней О и 1 подаются на управляницие входы этих ключей. Если действует управляющий сигнал О, то ключ

закрыт и входное напряжение с основного входа не проходит на выход, если 1, то выходное напряжение практически равно напряжению по основному входу ключа, т.е. ключ открыт.

Обозначаем управляющие сигналы

ключей 4-6 соответственно через К, К, (фиг. 2cj). Эти управляющие сигналы формируются блоком 7 сигналов коммутации, представлянлцим собой ло1гическую схему. Входными сигналами для блокаJ7 служат сигналы вькода формирователя 1, выхода компаратора 3 (выхода всего устройства) и специального входа 9 управления в зависимости от сигнала, на котором устройство может обеспечивать два режима ра.боты: режим формирования отрицательной корреляции и режим формирования положительной корреляции временной задержки соседних фронтов входных импульсов.

Случайность задержки во времени обеспечивается с помощью генератора 8 случайного напряжения, формирующего флуктуирующее пороговое напряжение для компаратора 3. Генератор 8 состоит, например, из датчика 15 случайных сигналов, формирующего слу чайный процесс типа обобщенного телеграфного сигнала. Частота дискретизации этого сигнала задается элементом 16 настройки. Сигнал телеграфног типа с выхода датчика 15 сглаживает ся фильтром 17 нижних частот, на выходе которого формируется случайно напряжение с распределением, близким к нормальному. Верхняя частота спектра этого напряжения может задаваться элементами 16 и 18 настройки. Усилитель 19 формирует на своих выходах два противофазных случайных нормальнораспределенных напряжения с регулируемыми средним значением и дисперсией с помощью элементов соответственно 20 и 21.

Такое построение генератора 8 случайного напряжения обеспечивает независимые регулировки спектральной характеристики, дисперсии и среднего значения нормальнораспределенных напряжений с обоих выходов.

Устройство работает следующим образом.

Задерживаемый иг пульсный процесс подается на вход формирователя 1. С его входа процесс Ае |0,l|, восстановленный по обоим уровням, поступает на вход инерционного звена 2, в котором происходит преобразование прямоугольных импульсов в экспоненциальные. Далее эти импульсы с экспоненциально затянутыми фронтами через ключ 4 поступают на первый вход компаратора 3. По второму входу компаратора действует случайное опорное напряжение, подаваемое от генератора 8 случайного напряжения через ключ 5 или 6. Когда напряжение по первому входу компаратора 3 превы сит опорное напряжение, на выходе устройства формируется перепад логических уровней типа , что означает формирование одного из задержанных фронтов. Совокупность чередуемых перепадов , на выходе компаратора 3 составляют выходной импульсный процесс ,l| , прпредставляющий собой задержанный на случайные интервалы времени входной процесс (а также процесс А, если в качестве формирователя 1 применен логический повторитель).

Устройство может работать в двух режимах: в режиме формирования отрицательной и в режиме формирования положительной корреляций времени задержки соседних фронтов входных импульсов, что соответствует подаче на вход 9 управления блока 7 сигналов коммутации сигнала С, равного соответственно О и 1.

На фиг. 2а представлены временные диаграммы работы устройства при С О. В этом случае ключ 6 постоянно закрыт (Kj О) и на компараторе 3 происходит постоянное сравнение экспонендаальных импульсов со случайным напряжением, снимаемым с одного (выхода генератора 8 случайного напряжения . В этом режиме происходит формирование отрицательной корреляционной связи между задержками соседних фронтов входных импульсов. Отрицательный знак корр еляции временных задержек формируется за счет положительной корреляции опорного напряжения во временных точках, соответствукяцих формированию двух соседних фронтов выходного процесса В. Например, опорное напряжение при формировании передачи типа повысилось, тогда задержка по этому фронту изменится относительно среднего значения в сторону увеличения. Если к моменту формирования следующего по времени перепада типа опорное напряжение также будет выше среднего, то задержка по этому фронту уже уменьшится. Таким образом, сужая с помощью элементов 16 и 18 спектр случайного напряжения, увеличивают значения положительной корреляции опорного напряжения во всех временных точках, включая моменты срабатывания компаратора 3, тем самыувеличивают степень отрицательной корреляции временных задержек соседних (противоположных по знаку) фронтов входных импульсов.

Работа устройства в режиме формирования положительной корреляции

51

(при С 1) иллюстрируется временными диаграммами (фиг, 2и). Отличие от предыдущего режима состоит в том, что ко второму входу компаратора 3 поочередно подключаются с помощью ключей 5 и 6 случайные напряжения то с прямого, то с инверсного выхода генератора 8 случайного напряжения. Благодаря этому в соседних временных точках сравнения напряжений значения процесса на втором входе компаратора будут находиться в отрицательно коррелированной связи, а соответствующие им временные задержки - положительно коррелированы.

Процесс формирования опорного напряжения UK 1 , снимаемого с объединенных выходов ключей 5 и 6, иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 25)..

В момент начала действия уровня 1 по входу устройства, а следовательно, и по выходу формирователя 1 (процесс А, фиг. 25) происходит подключение с помощью ключа 5 второго входа компаратора 3 к прямому выходу генератора 8 (К 1, К, 0), в результате чего подготавливается момент формирования выходного перепада процесса & типа . А в момент окончания действия по входу устройства уровня 1 напряжение VK ( ; определяется уже напряжением с инверсного выхода генератора 8, благодаря открытому ключу 6 (К 0, Kj 1), что-обеспечивает формирование выходного перепада процесса В типа . Аналогичным образом происходит формирование опорного напряжения и соответствуюпЕИХ при этом временных задержек для остальных входных импульсов в случае С , 1 (режим формирования положительной корреляции В1 еменных задержек). Для формирования статистически независимых временных задержек необходимо с помощью элементов 16 и 18 обеспечить достаточно широкополосный случайный процесс с выходов генератора 8, такой, чтобы интервал корреляции опорного напряжения был значительно меньше i минимально возможной длительности (и паузы) входных импульсов. Сигнал управления на входе 9 при зтрм может быть любым, т.е. С е(0,l|В целях обеспечения устойчивой работы компаратора 3 в обоих режи-. мах (Се ( ) ключи 4-6 коммути716

руют сигналы соответственно с инерционного звена 2 и с выходов генератора 8 таким образом, что после очередного срабатывания компаратора 3 входная разность напряжений на его входах значительно возрастает. Это позволяет избежать ложные срабатывания компаратора 3 от возможных колебаний случайного опорного напряжения около точки сравнения. Действие такого гистерезисного эффекта (при С 0) иллюстрируется временной диаграммой (фиг. 2а).

Перед моментом формирования выходного перепада процесса & типа ключ 5 открыт (Кз 1), а ключ 4 закрыт (К 0), в качестве опорного напряжения компаратора 3 действует случайное напряжение с прямого выхода генератора 8. После срабатывания компаратора 3, т.е. после формирования выходного перепада типа ключ 5 закрывается (К 0) и уменьшает опорное напряжение до нуля путем отключения от прямого выхода генератора 8 при наличии напряжения с инерционного звена 2 (К 1). Это обеспечивает достаточно большую разность входных напряжений компараторов 3 и - UK (за C4eTUKjiCj- -0). После подачи на вход устройства перепада происходит опять подключение случайного напряжения (Kj 1) к второму входу компаратора

1 (при этом К 1), после срабатывания которого разность , увеличивается за счет отключения от основного входа компаратора 3 (Ki 0) напряжения с инерционного звена 2

(UK, 0) . Аналогичные гистерезисные свойства (при ) работыкомпаратора 3 и ключей 4-6 иллюстрируются временными диаграммами (фиг. 2§). Работа .ключей обеспечивается блоком 7 сигналов коммутации, управляющими ключами 4-6, вьтолненными в виде комбинационной схемы (фиг. 1, блок 7). Таблицы истинности сигналов управления ключей 4 (К), 5 (Kj)

и 6 (к,) приведены на фиг. 2а, б.

В предлагаемом устройстве может регулироваться дисперсия временных задержек посредством изменения дисперсии опорного напряжения с помощью элемента 20.

Изменением среднего значения выходного напряжения усилителя 19 с помощью элемента 21 регулировки

можно задавать различные степени временной нелинейности устройства задержки, т.е. обеспечивать различные средние значения временных задержек перепадов типа и . Например, если среднее значение обоих напряжений с выходов усилителя 19 больше половины амплитуды напряжения с выхода инерционного звена 2, то среднее время задержки перепада меньше среднего значения задержки перепада и наоборот, если среднее значение опорного напряжения меньше половины амплитуды сигнала с инерционного звена 2. При равенстве среднего значения опорного напряжения половина амплитуды экспоненциальных импульсов с выхода звена 2 формируются одинаковые средние задержки по обоим фронтам входных импульсов, т.е. в этом случае задержка линейная. Средняя величина временной задержки задается постоянной времени инерционного звена 2.

Учитывая, что закон распределения задержки определяется законом распределения опорного напряжения с генератора 8, можно с помощью элементов 16 и 18 настройки задавать не только нормальное распределение, но и,например, параболическое, равномерное, арксинусоидальное и пр.

Применение в предлагаемом устройстве ключей, блока сигналов коммутации и генератора случайного напряжения с элементами регулировки спектра, среднего значения, дисперсии и закона распределения по сравнению с известным позволяет реализовать случайные временные задержки с регулируемыми статистическими параметрами (дисперсией, математическим

ожиданием, корреляционной функцией, законом распределения и степенью нелинейности), что значительно расширяет функциональные возможности устройства.

1. УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИ ИМПУЛЬСОВ, содержащее инерционное звено, компаратор и формирователь, вход которого является входом устройст а, выход подсоединен к входу инерционного звена, а выход компаратора является вьгходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования случайной задержки с регулируемыми статистическими параметрами, в него, введены три ключа, генератор случайного напряжения и блок сигналов коммутации, выходы которого подключены к управляющим входам соответствувощих ключей, основной вход первого ключа подсоединен к выходу инерционного звена, а выход - к первому входу компаратора, выход которого подсоединен к первому входу блока сигналов коммутации, второй вход которого подсоединен к выходу формирователя, а третий вход- является управляющим, основ ной вход второго ключа подсоединен к прямому выходу генератора случайного напряжения, инверсньй выход которого подсоединен к основному входу третьего ключа, выход которого соединен с выходом второго ключа и вторым входом компаратора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок, сигналов коммутации содержит два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ и элемент НЕ-И, первый вход блока сигналов коммутации соединен с инверсным входом первого элемента,ЗАПРЕТ и первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока сигналов коммутации, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, инверсным СП входом второго элемента ЗАПРЕТ, пер вым входом элемента НЕ-И и прямым Од входом первого элемента ЗАПРЕТ, вы ход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, а вьпсод второго элемента ИЛИ является вторым выходом блока сигналов коммутации, третий вход которого соединен с вторым входом элемента НЕ-И и прямым входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход которого является третьим выходом блока сигналов коммутации.

LUn //

У У W

w го я