Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала Советский патент 1985 года по МПК G01R25/00 

вторрго элементов задержки, третьи входы элементов ЗИ подключены к выходу генератора, выход второго элемента ЗИ соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход четвертого ключа подключен к счетному входу .вто1193600

- рого суммирующего счетчика, а входы записи суммирующих счетчиков и вход сброса вычитающего счетчика соединены с шиной Пуск устройства, вторым выходом которого является второй выход триггера управления.

УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ПРИВЯЗКИ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее генератор, усилитель-ограничитель, первый, второй, третий и четвертый ключи, триггер управления, элемент ЗИ, элемент ИЛИ, элемент.задержки, суммирующий счетчик, элемент записи и вычитающий счетчик, причем информационные входы элемента записи подключены к выходным разрядным шинам суммирующего счетчика, а выходы эле- . мента записи соединены с установочными входами вычитающего счетчика, при этом выход генератора подключен к первому входу первого ключа, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика, выходы второго и третьего ключей, подключены соответственно к S-входу и R-входу триггера управления, один из выходов которого является одним из выходов устройства и подключен одновременно к первому входу элемента ЗИ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика, а входная шина устройства подключена к входу усилителя-ограничителя, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала и расширения частотного диапазона, в него введены D-триггер, дешифратор, формирователь, вторые элемент ЗИ, вход которого подключен к второму выходу триггера управления, элемент задержки и суммирующий счетчик, причем выход генератора подключен к С-входу D-триггера, D-вход которого подключен к выходу yci-шителяограничителя, первый выход D-триггера подключен к вторым входам первого элемента ЗИ и первого ключа, а также к первому входу третьего ключа, его (Л второй выход - к вторым входам второго элемента ЗИ и четвертого ключа, а также к -первому входу второго ключа, вторые входы второго и третьего ключей соединены с выходом формирователя и входом записи вычитающего счетчика, выходные разрядные шины кото- со рого соединены с соответствующими входными шинами дешифратора, выход О5 которого подключен к входу формирователя, кроме того, выходы второго и третьего ключей соединены соответственно с входами первого и второго элементов задержки и соответственно с первым и вторым входами блокировки передачи кода по основным и дополнительным информационным шинам элемента записи, причем дополнительные информационные шины элемента записи подключены к соответствующим вькод ным разрядным щинам второго суммирующего счетчика, а входы сброса первого и второго счетчиков подключены соответственно к выходам первого и

Изобретение относится к электрорадиоизмерениям и предназначено для использования в широкодиапазонных измерителях частотно-временных параметров сигналов.

Цель изобретения - повышение точности привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала и расширение частотного диапазона устройства за счет исключения погрешности, которая вызывается ассиметрией сигнала, и подавления шумовой составляющей в сигнале.

Расширение частотного диапазона .обусловлено снижением требований к чбыстродействию счетчико13, что обеспечивается в результате привязки не только к положительной, но и к отрицательной полуволне сигнала.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его функционирование ..

Устройство содержит генератор 1, усилитель-ограничитель 2, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертьй 6 ключи, триггер 7 управления, элечент ЗИ 8, элемент ИЛИ 9, элемент 10 задержки, суммирующий счетчик 11, элемент 12 записи и вьшитающий счетчик 13. При этом информационные ши ны элемента 12 записи подключены к выходным разрядным шинам суммирующего счетчика 11, а выходы элемента 12 записи соединены с установочными входами вычитающего счетчика 13. Выход генератора 1 подключен к первому входу первого ключа 3, выход которог соединен со счетным входом суммирующего счетчика 11, выходы второго 4 и третьего 5 ключей подключены соответственно к S-входу и R-входу триггера 7 управления, один из выходов которого, являясь одним из выходов

устройства, подключен одновременно к первому входу элемента ЗИ 8, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 9, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика 13, а входная шина устройства подключена к входу усилителяограничителя 2.

Кроме того, устройство содержит

10 D-триггер 4,- дешифратор 15, форми ровдтель 16, вторые элемент,ЗИ 17, элемент 18 задержки и суммирующий счетчик 19,. причем выход генератора 1 подключен к С-входу D-триггера 14

tS D-вход которого подключен К выходу усилителя-ограничителя.2, первьй выход D-триггера 14 подключен к вторым входам первого элемента ЗИ первого ключа 3, а также к первому вход

20третьего ключа5. Второй выход D-тригера 14 подключен к вторым входам второго элемента ЗИ 17 и четвертого . ключа 6, а также к первому входу второго ключа 4, вторые выходы второго 4 и третьего 5 ключей соединены с выходом формирователя 16 и входом записи вычитающего счетчика 13, вьпсоные разрядные шины которого соедине. ны с соответствующими входными шинами деши фратора 15, выход которого подключен к входу формирователя 16.

Выходы второго 4 и третьего 5 ключей соединены соответственно с входами первого 10 и второго 18 элементов задержки и соответственно с первым и вторым входами блокировки .передачи кода по основным и дополнительным информационным шинам элемента 12 записи, причем дополнительные информационные шины элемента 12 записи подключены к соответствующим выходным разрядным шинам второго суммирующего счетчика 19, а выходы сброса второго 19 и первого 11 суммирующих счетчиков подключены соответственно к выходам первого 10 и второго 18 элементов задержки, третьи входы элементов ЗИ 8. и 9 подключены к выходу генератора 1, выход второго эле мента ЗИ 17 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 9, выход четвертого клю ча 6 соединен со счетным входом второго суммирующего счетчика 19. Входы записи суммирующих счетчик 11 и 19 и вход сброса вычитающего счетчика 13 соединены .с шиной Пуск устройства, вторым выходом которого является второй выход триггера 7 управления, причем этот выход соеди нен с первым входом второго элемента ЗИ 17, Устройство работает следующим об разом. Предположим, что на вход устройства подается гармонический сигнал, в котором отсутствуют шумы (фиг.2с() На выходе усилителя-ограничителя формируются прямоугольные импульсы (фиг. 2Щ , фронты и срезы которых соответствуют переходам входног сигнала через нулевой уровень. Эти импульсы подаются на D-вход D-триггера 14, на С-вход которого подаются импульсы с -выхода генератора 1. Частота f следования тактовых импульсов с выхода генератора 1 (фиг. 2в) значительно превышает час тоту входного сигнала F. D-Триггер 14 переключается по заднему фронту тактовых импульсов. В результате на его выходе формируется сигнал, изображённой на фиг. 2i-. Лопустим, что в момент пуска уст ройства счетчики 11, 13 и 19 находятся в произвольном состоянии (фиг. 23, е иу) . Пусть, кроме того, триггер 7 управления находится в единичном состоянии (фиг. 2к-); кроме того, обеспечивается прохождение тактовых импульсов через открытый первый ключ 3 на счетный вход перво го суммирующего счетчика 11, код ко торого линейно возрастает во времени (фиг. 2и) . Одновременно тактовые импульсы через элемент ЗИ 8 и элемент ИЛИ 9 проходят на счетный вход вычитающего счетчика 13, код которог линейно уменьшается во времени (фиг. 2;s) . Если за время действия положительной полуйолны входного си нала код вычитающего счетчика не достигнет нулевого значения, то в течение отрицательной полуволны этого сигнала состояния всех счетчиков останутся неизменными, а с приходом следующей положительной полуволны входного сигнала будет продолжено нарастание кода на счетчике 11 и уменьшение кода на счетчике 13. В момент достижения вьиитающим счетчиком 13 нулевого значения кода на выходе формирователя 16 формируется короткий импульс (фиг. 25-) . Этим, импульсом через открытьй третий ключ 5 триггер управления переводится в нулевое состояние (фиг. 2и). В результате элемент ЗИ 8 закрывается, что прекращает поступление тактовых импульсов на счетный вход вычитающего счетчика 13. Кроме того,импульс с выхода формирователя 16 поступает на вход записи вычитающего счетчика 13 и череа третий ключ 5 на второй вход блокировки передачи кода элемента 12 записи, что приводит к снятию блокировки передачи кода от второго суммирующего счетчи- ка 19 по дополнительным информационным шинам на элемент 12 записи. Последний обеспечивает передачу принятого со счетчика 19 кода на установочные входы вычитающего счетчика с уменьшением вдвое этого кода, причем уменьшенная вдвое величина кода счетчика 19 заносится в вычитающий счетчик 13, поскольку на его входе записи присутствует импульс с выхода формирователя 16. Этимже импульсом через время, достаточное для предустановки вычитающего счетчика 13 и.задаваемое элементом 18 задержки, суммирующий счетчик сбрасывается в нулевое состояние. До окончания текущей положительной полуволны входного сигнала состояние счетчиков 16 и 19 изменяться не будет. Следующая отрицательная полуволна закрывает первьй ключ 3, т.е. прекращается поступление так-, товых импульсов на счетньй вход счетчика 11; одновременно открывается четвертый ключ 6 и элемент ЗИ 17 так, что тактовые импульсы начинают поступать на счетные входы счетчиков 13 и 19. Если за время действия отрицателёной полуволны входного сигнала счетчик 13 достигнет нулевого значения кода, то так же, как и в предыдущем случае, на выходе формирователя 16 будет сформирован импульс который переключит триггер 7 управления в единичное состояние (фиг. 2 произведет запись в вычитающий счет чик 13 уменьшенного вдвое кода суммирующего счетчика 11 и сброс последнего. За время действия отрицательной полуволны в суммирующем сче чике 19 будет зафиксирован код К ff, величина которого пропорциональна длительности этой полувол ны i. Длительности С следующей положительной полуволны будет соответ ствовать код на счетчике 11 М. Сумма кодов N+ М соответствует периоду Т входного сигнала. Код N4. и N. поочередно (но с уменьшением вдвое) записываются в вычитающий счетчик 13. Эта запись производится в моменты достижения вьтитающйм счет чиком нулевого состояния. При этом вычитающий счетчик выполняет функции преобразователя код-интервал г времени: моменты перехода его состояния через нуль соответствуют серединам положительных и отрицательных полуволн входного сигнала. Эти средние моменты определяются на основе длительностей соответствующих полуволн входного сигнала впредыду щем периоде. Не учить1вая задержки, вносимые усилителем-ограничителем 2 легко видеть, что данные моменты времени соответствуют экстремальным значениям входного сигнала, приче . эти моменты не зависят от уходов нулевой линии усилителя-ограничителя., т.е. от асимметрии ограничения. В качестве выходных сигналов устройства могут использоваться либо прямоугольные импульсы с выходов триггера 7 управления, либо, импульсы привязки на выходе второго 4 и третьего 5 ключей. При этом обеспечивается привязка к обоим экстремальным значениям сигнала и осуществляется это с одинаковой точностью, которая обусловлена погрешностью квантования (определяется тактовой частотой) и задержкой усилителяограничителя 2. Длительность переходного процесса ТВ устройстве зависит от начальных значений кодов на счетчиках и частоты входного сигнала. Эта длительность может быть снижена до одного периода входного сигнала, если производить предустановку счетчиков в такое состояние, которое соответствует примерно четверти периода сигнала наивысшей частоты. Технических трудностей такая предустановка не вызывает. В устройстве нет жестких требований к времени задержки суммирующих счетчиков, поскольку перезапись кода в вычитающий счетчик из суммирующего производится в статике, когда счетные импульсы не поступают на счетный вход этого счетчика. Требуемый объем счетчиков (их разрядность) определяется нижней рабочей частотой и частотой тактовых импульсов. В результате снимается ограничение на нижнюю рабочую частоту устройства, что расширяет его рабочий диапазон. В условиях воздействия шумов с широкой полосой частот устройство , работает следующим образом. Пусть входной сигнал имеет вид, который представлен на фиг. 3«, счетчики устройства соответствующим образом . предустановлены,.а триггер 7 управления находится в единичном состоянии. На выходе усилителя-ограничителя 2 формируется сигнал, изображенный на фиг. 35. Во время пребывания смеси сигнала и шума выше нулевого уровня (этому Соответствует единичное состояние D-триггера 14) код суммирующего счетчика 11 возрастает пропорционально интегрсшьной длительности пребывания сформированного сигнала (на выходе D-триггера) вьше нулевого уровня, а код вычитающего счетчика 13 убывает и в некоторый момент достигает нулевого значения. В этот момент, как и при работе с чистым (без шумов) сигналом, в вычитающий счетчик заносится уменьшенный вдвое код суммирующего счетчика 19, происходит переключение триггера 7 управ-, ления, а суммирующий счетчик начинает накапливать код, соответствующий интегральному времени пребывания смеси сигнала и шума ниже нулевого уровня. Код вычитающего счетчики 13 уменьшается, достигая нулевого значения в этом же полупериоде входного сигнала (фиг. 33). В этот момент в вычитающий счетчик заносится уменьшенньй вдвое код суммирующего счетчика 11, соответствующий интегральной

длительности импульсов на рассматриваемом интервале времени. Если на последующих интервалах времени в пределах данного периода сигнала интегральные длительности импульсов и пауз (на выходе усилителя-формирователя) превьшают их уменьшенные вдвое значения, которые были накоплены на предыдущем интервале наблюдения, то будут иметь место многократные ложные срабатывания устройства в переходном процессе, что увеличит его длительность. Однако коды суммирующих счетчиков будут постепенно изменяться, стремясь к значениям, которые пропорциональны среднему за период времени пребывания сигнала выше .(ниже) нулевого уровня. Причем наиболее вероятными моментами достижения выходным кодом вычитающего счетчика 13 нулевого состояния становятся моменты перехода входного сигнала через экстремальные значения, которые наименее подвержены воздействию шумов. В результате на выходе устройства (фиг. Зж) устанавливается, последовательность прямоугольных импульсов, частота следования которых соответствует частоте входного сигнала, а фронты импульсов - его экстремальным значениям.

Погрешность привязки в данном случае определяется статистическими свойствами интегральной длительности импульсов (пауз) на выходе.усилителя-ограничителя 2. Тем же фактором обусловлена, и предельная помехозащищенность устройства. Ложные срабатывания имеют место,если интегральная длительность импульсов (пауз)

в предыдущем периоде сигнала больше или меньше в два раза ее значения в данном периоде сигнала. Если учесть, однако, что разброс интег- ральных оценок длительностей импульсов (пауз) значительно меньше, чем мгновенных значений, что обусловлено эффектом усреднения , то по нехоустойчивость предлагаемого устройства достаточно высо ка.

Кроме того, привязка фронтов импульсов, которые формируются на выходе D-триггера, делает устройство

малокритичным к изменениям задержек элементов, исключает дробление счетных импульсов за счет шумов, что позволяет максимально реализовать его возможности с точки зрения помехоустойчивости .к широкополосным шумам.

Р(/г1

Прк