Детектор временного положения максимума флуктуирующих электрических сигналов Советский патент 1987 года по МПК H03K5/153 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точной фиксации временного положения максимума импульсных электрических сигналов с флуктуирующими параметрами.

Цель изобретения - повышение точности при определении временного положения максимума флуктуирующих сигналов несимметричной формы.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого детектора; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая работу детектора.

Детектор временного положения максимума флуктуирующих электрических сигналов содержит входную шину 1, элемент 2 задержки, ограничитель 3 снизу, пиковый детектор 4, аттенюатор 5, ЭЛЕМЕНТЫ 6 и 7 сравнения, триггер 8, генераторы 9 и К) тока заряда, ключи 11 и 12, накопительные конденсаторы 13 и 14, аналоговый сумматор 15, генератор Штока разряда и выходную шину 17. Входная шина 1 через элемент 2 задержки соединена с первым входом второго э.пемента 7 сравнения и непосредственно с входом ограничителя 3 снизу. Первый вход пикового детектора 4 связан с выходом ограничителя 3 снизу, второй вход - с вторым входом триггера 8, выходной шиной 17 и выходом первого элемента 6 сравнения, а выход - с входом аттенюатора 5. Второй вход второго элемента 7 сравнения подключен к выходу аттенюатора 5, а выход - к входам первого и второго генераторов 9 и 10 тока заряда и первому входу триггера 8. Выход последнего подключен к вторым входам первого 11 и второго 12 ключей, выходы которых соединены с общей шиной устройства, а первые входы - с первыми выводами соответственно первого 13 и второго 14 накопительных конденсаторов, вторые выводы которых подключены к общей щине устройства. Выход первого генератора 9 тока заряда соединен с первыми входами первого ключа 11 и первого элемента 6 сравнения, а также с выходом генератора 16 тока разряда. Второй вход элемента 6 сравнения подключен к выходу аналогового сумматора 15, первый вход которого связан с выходом второго генератора Штока заряда и первым входом ключа 12, а второй вход - с источником опорного напряжения.

Детектор работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на первый вход элемента 7 сравнения через элемент 2 задержки со временем ta 1н.(1 - а), где 1н макс - максимальная длительность фронта нарастания сигнала; а - относительный уровень привязки. Текущий уровень срабатывания элемента 7 сравнения устанавливается для каждого входного сигнала индивидуально на основании оценки его амплитуды при помощи Ликового детектора 4. С этой целью сигнал делится аттенюатором 5

в соответствии с требуемым относительным уровнем а привязки и поступает на второй вход элемента 7 сравнения. Ограничитель 3 снизу, установленный на входе пикового детектора 4, обеспечивает необходимую для нормальной работы устройства величину исходного порогового уровня элемента 7 сравнения. Таким образом, на выходе последнего формируется импульс длительностью, равной времени превышения входным сигналом уровня а-Urn, где Um - амплитуда входного сигнала. С помощью остальных элементов устройства на выходной щине 17 формируется импульс, жестко привязанный к середине этого импульса. Выходной импульс устройства осуществляет также сброс пикового детектора 4.

Для импульсов треугольной формы (фиг. 2) длительностью 1 и д тительностью til фронта нарастания погрещность А определения момента достижения импульсом максимального значения путем нахождения середины импульса, длительность которого равна времени превышения исходным сигналом уровня ос Um, связана с относительным уровнем а привязки соотнощением

Д (1 -а)-(т/2-Ь).

Из соотношения (1) видно, что для симметричных сигналов (til т/2) погрешность равна нулю, для несимметричных сигналов погрещность тем меньше, чем больше относительный уровень привязки. Зная параметры входного сигнала i-tn, относительный уровень можно выбрать из соотнощения (1) так, чтобы погрешность заведомо не превышала заданную величину.

Для импульсов треугольной формы погрешность имеет максимальное значение. Для

реальных сигналов (например, косинусо- идальной, колоколооброазной формы, экспоненциально нарастающих и спадающих сигналов и др.) погрешность меньше, так как в реальных условиях, как правило, на уровне - 0,8-и,„ и выше длительности фронта нарастания меньше отличается от длительности спада, чем для всего и.мпульса в целом (из соотнощения (1) видно, что погрешность при этом уменьшается).

В предлагаемом детекторе статистические

и температурные флуктуации коэффициента передачи пикового детектора и аттенюатора мало влияют на точность определения временного положения максимума сигнала, так как выходной импульс детектора формируется не в момент пересечения входным сигналом уровня, задаваемого детектором и аттенюатором, как это имеет место в устройствах временной привязки с управляемым порогом, а формируется путем нахождения середины импульса, длительность которого равна времени превышения входным сигналом уровня, задаваемого детектором и аттенюатором. Поэтому для медленных (по сравнению с длительностью регулируемого сигнала) флуктуации коэффициента передачи достигается практически полная компенсация этой погрешности. По этой же причине статистические флуктуации вершины регистрируемого сигнала также слабо влияют на точность измерения.

Ограничитель 3 снизу с порогом Uor ограничения представляет собой устройство, на выходе которого исходный сигнал образуется снизу на уровне Uor и может быть выполнен на основе быстродействующих им- пульсных диодов.

В качестве элемента 7 сравнения используется, например, быстродействующий компаратор напряжения.

При необходимости фиксирования временного положения максимума импульсов тре- угольной формы с амплитудой, флуктуирующей от 0,1 Urn до и„;, порог дискриминатора в известном детекторе должен быть Vo 0,1-Urn или по крайней мере Vo 0,1-Urn- В случае симметрии входного импульса погрешность близка к нулю. При нарушении симметрии сигнала, например при длительности 1н фронта нарастания и длительности т 3 1н импульса, погрешность известного детектора 0,45-tii, а предлагаемого при относительном уровне привязки а 0,9-0,05 (к, т.е. в девять раз меньше. При большем нарушении симметрии входного сигнала выигрыш еще значительнее. При флуктуациях формы входного сигнала предлагаемый детектор также дает существенно более высокую точность, чем известный.

Формула изобретения

Детектор временного положения максимума флуктуирующих электрических сигналов, содержащий входную шину, первый и второй генераторы тока заряда, первый и

А

5 0

5

0

5

второй ключи, триггер, генератор тока разряда, первый и второй нако11ите,1ьные конденсаторы, аналоговый сум.матор, первый элемент сравнения и выходную шину, соединенную с выходом первого элемента сравнения и вторым входом триггера, первый вход которого соединен с входами второго и первого генераторов тока заряда, а выход - с вторыми входами первого и второго ключей, выходы которых соединены с общей шиной устройства, а первые входы - с первыми выводами соответственно первого и второго накопительных конденсаторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной устройства, причем первый вывод первого накопительного конденсатора соединен также с выходом первого генератора тока заряда, выходом генератора тока разряда и первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом аналогового сумматора, первый вход которого подсоединен к первому входу второго ключа и выходу второго генератора тока заряда, а второй вход - к источнику опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении временного положения максимума флуктуирующих сигналов несимметричной формы, в него введены элемент задержки, ограничитель снизу, пиковый детектор, аттенюатор и второй элемент сравнения, выход которого соединен с первым входом триггера, а первый вход через элемент задержки - с входной шиной и входом ограничителя снизу, выход которого соединен с первым входом пикового детектора, второй вход которого соедине - с вторым входом триггера, а выход через аттенюатор - с вторым входом второго элемента сравнения.

О-центр сигнала на уровне (-Um

LLZ.Z

Составитель М. Леонова

Редактор И. ГорнякТехред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Заказ 2876/53Тираж 901Подписное

В1-1ИИ11И Государственного комитета СССР по делам нзобрстен;-;й .и открытии

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская ija6., д. 45 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород. л. Проектная, 4

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности при определении временного положения максимума флуктуирующих сигналов. Детектор содержит элемент 6 сравнения, триггер 8, генераторы 9, 10 и 16 тока заряда, ключи 11 и 12 и аналоговый сумматор 15. В результате введения элемента 2 задержки, ограничителя 3 снизу, пикового детектора 4, аттенюатора 5 и элемента 7 сравнения статистические и температурные флуктуации коэффициента передачи пикового детектора 4 и аттенюатора 5 мало влияют на точность определения временного положения максимума сигнала. 2 ил. -Uo сл со 1чЭ Ю 4;: 4 N5