Датчик случайных двоичных сигналов Советский патент 1989 года по МПК G06F7/58 

Фиг.}

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования различных случайных процессов и для оценки характеристик устройств обнаружения дн кретных сигналов при различньк соотношениях вероятностей формирования единиц и нулей в сигнале.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 приведена функциональ- :Ная схема датчика, на фиг. 2 - вре- |менные диаграммы, поясняющие работу формирователя длительности импульсов ;на фиг. 3 - спектр сигналов на выходе формирователя длительности импульсов.

Датчик.случайных двоичных сигналов содержит (фиг. 1) два генератора 1 и 2 тактовых импульсов, синхронизи руемый перепадом потенциала D-тригге 3 и формирователь 4 длительности, со рержащий, например, двоичный счетчик |5, мультиплексор 6, входы 7-.10. I Если не требуется оперативного из- Иенения средней вероятности форми-- ования единиц и нулей на выходе дат чика, схема формирователя длитель- йости импульсов может быть существенно упрощена. Так, например, для соз- Дания только равновероятных сигналов & качестве формирователя длительности импульсов может использоваться счетный триггер.

Кроме того, при использовании предлагаемого датчика случайных двоичных сигналов в составе более сложного цифрового устройства в качестве одного из генераторов датчика может использоваться тактовый генератор, имеющийся в этом устройстве.

Датчик работает следуюидам образом Пусть в исходном состоянии на информационные входы 7 и 8 мультиплексора 6 поданы потен1даалы логической .единицы (фиг. 2 г.д.), а на йходы 9 и 10 - потенциалы логического нуля (фиг. 2 е,ж).

Тактовые.импульсы с выхода генератора 1 с частотой F, (фиг. 2а) поступают на счетньш вход двоичного счетчика 5. Число разрядов счетчика - определяется необходимым дискретом изменения вероятности формирования единиц и нулей на выходе датчика. С увеличением числа разрядов счетчика 5 этот дискрет уменьшается, но одновременно уменьшается и быстродейст

10

J5

20

5

0

5

0

5

0

5

вие датчика (при фиксированной частоте генератора 1}.. Для рассмотрения принципа работы датчика достаточно ограничиться двумя разрядами счетчика 5. С выходов этих разрядов сигналы в виде меандров с частотами F,, - (фиг.26) иР„(фиг.2в) поступают на адресные входы мультиплексора 6, в результате чего код с информационных входов последовательно передается на выход мультиплексора 6. При указанном состоянии входов мультиплексора 6 на его выходе формируется сигнал в виде меандра с частотой Fi/4 (фиг.2з),который поступает на информационный вход триггера 3.

На тактовый вход триггера 3 поступают импульсы с выхода генератора 2, частота следования которых выбирается из следующих соображений. Извест- но, что любой источник электрического сигнала из-за различного рода внутренних шумов,является источником случайного процесса. Так, собственные шумы активных и пассивных элементов, входящих в состав генераторов 1 и 2 импульсов, приводят к тому, что амплитуда, длительность и период следования этих импульсов испытывают случайные флуктуации.. Амплитуда сигналов в цифровых устройствах определяется примененной элементной базой и величиной напряжения питания устройства и имеет такую величину, которая обеспечивает надежное срабатьшание элементов устройств во всех условиях внешних воздействий, оговоренных нормативной документацией на элементы. Поэтому влиянием флуктуации амплитуды импульсов при рассмотрении работы предлагаемого датчика случайных двоичных сигналов можно пренебречь.

Кроме того, можно не учитывать влияние флуктуа15 й длительности импульсов генераторов 1 и 2, так как срабатывание счетчика 5 и триггера 3 происходит по фронту сигнала на их входах.

Флуктуации периода повторения импульсов генератора 1 приводят к тому, что на выходе мульуиплексора 6 случайным образом в небольших пределах изменяются длительность импульсов и период их следования.

Спектр таких импульсов (для выбранного значения их скважности) в отличие от спектра импульсов с постоян1453402

ными длительностью и частотой, имеющего линейчатый вид (фиг. За), состоит из узких спектральных полос, среднее значение частоты которьк совпадает со спектральными линиями спектра импульсов, имеющих постоянную длительность (фиг. 36). Ширина этих полос определяется величиной флуктуации ЛГ, частоты повторения импульсов ге- ю нератора 1. Известно, что время корреляции случайного процесса обратно пропорционально ширине его спектра, в данном случае ширине спектральных полос на фиг. 36. Если фиксировать 15 значение параметров случайного процесса через интервалы времени, большие, чем время коррелягсии процесса, то значения этих величин будут случайными и независимыми друг от друга, о

Так, например, если записывать в триггер 3 состояние выхода формирователя 4 длительности импульсов (Лог. О или Лог.Г ) с помощью такгера 3 определяется средней продолжи тельностью состояния логической единицы (нуля) на его инфopмaцIioннoм входе за это же время, т.е. величиной, обратной скважности импульсов на выходе формирователя 4 длительнос ти импульсов. Так, при скважности, равной 2, эта вероятность будет близка к 1/2, формирование логической единицы и нуля будет равновероятным. Если изменить состояние информационных входов мультиплексора (фиг.2 г,д,е,ж) вмомент Ц,т.е.на вход 7 подать потенциал логической единицы, а на остальные входы - потенциал логического нуля, то на выходе мультиплексора 6 сформируется импульс со скважностью 4. В этом случае вероятность формирования единицы на выходе датчика будет близка к 1/4.

. Если на входы 7-9 мультиплексора 6 подать потенциалы логической единицы, а на вход 10 - потенциал логитовых импульсов от генератора 2, пос-25 ческого нуля (фиг. 2 ) то тупаюпих с периодом повторения, боль- скважность формируемого HMilynIca сос- шим, чем время коррелявди случайных тавит 4/3, а вероятность формирова- Флуктуации длительности и частоты ния логической единицы на выходе повторения импульсов на выходе форми.. датчика 3/4. В крайних состояниях при рователя 4, то состояние триггера 3 в 30 поданных на все информационные входы каждом периоде повторения импульсовгенератора 2 будет случайным. Точно так же случайным будет состояние триггера 3, если период повторения импульсов тактового генератора 2 будет подвержен случайным ;,. флуктуациям, превышающим по величине период повторения импульсов на выходе формирователя 4. Отсюда следует, что величина флуктуации периода повторения им- 40

пульсов генераторов 1 и 2 для работоспособности устройства значения не имеет. Существенно лишь то, чтобы флуктуации их периодов повторения друг относительно друга за период повторения импульсов генератора 2 превышали период повторения импульсов на выходе формирователя 4. Для приведенного примера построения.формирователя /4 он равен N/F, , где N - коэффициент деления счетчика 5. Таким образом, при выполнении этого условия конкретная величина част оты повторения импульсов генераторов Г и 2 также не имеет значения.

Средняя за некоторое время величина вероятности формирования логической единицы (нуля) на выходе тригмультиплексора 6 логических нулях (фиг. 2 г.д.е.ж) или логических единицах (фиг. 2 г,д,е,ж) вероятность формирования логической единицы на 35 выходе будет равна соответственно

нулю либо единице. Таким образом, вероятность формирования логической единицы на выходе датчика обратно пропорциональна скважности импульсов на выходе формирователя 4 длительности импульсов и может изменяться в ди-. апазоне от О до 1 с помощью цифровых управляюпщх сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора 6, 45 Нестабильность средней вероятности формирования единиц и нулей на выходе предлагаемого устройства будет определяться нестабильностью разности суммарного времени переключе- gQ ния счетчика 5 и мультиплексора 6 из состояния логического нуля в состояние логической единицы и обратно. Указанная разность путем выбора быстродействующей элементной базы и 5g частоты повторения импульсов генератора 1 (в пределах заданного быстродействия датчика в целом) может быть получена существенно меньше периода повторения импульсов на выходе форми1453402

гера 3 определяется средней продолжительностью состояния логической единицы (нуля) на его инфopмaцIioннoм входе за это же время, т.е. величиной, обратной скважности импульсов на выходе формирователя 4 длительности импульсов. Так, при скважности, равной 2, эта вероятность будет близка к 1/2, формирование логической единицы и нуля будет равновероятным. Если изменить состояние информационных входов мультиплексора (фиг.2 г,д,е,ж) вмомент Ц,т.е.на вход 7 подать потенциал логической единицы, а на остальные входы - потенциал логического нуля, то на выходе мультиплексора 6 сформируется импульс со скважностью 4. В этом случае вероятность формирования единицы на выходе датчика будет близка к 1/4.

. Если на входы 7-9 мультиплексора 6 подать потенциалы логической единицы, а на вход 10 - потенциал логического нуля (фиг. 2 ) то скважность формируемого HMilynIca сос- тавит 4/3, а вероятность формирова- ния логической единицы на выходе атчика 3/4. В крайних состояниях при оданных на все информационные входы 25 ческого нуля (фиг. 2 ) то скважность формируемого HMilynIca сос- тавит 4/3, а вероятность формирова- ния логической единицы на выходе датчика 3/4. В крайних состояниях при 30 поданных на все информационные входы 0

мультиплексора 6 логических нулях (фиг. 2 г.д.е.ж) или логических единицах (фиг. 2 г,д,е,ж) вероятность формирования логической единицы на 35 выходе будет равна соответственно

нулю либо единице. Таким образом, вероятность формирования логической единицы на выходе датчика обратно пропорциональна скважности импульсов на выходе формирователя 4 длительности импульсов и может изменяться в ди-. апазоне от О до 1 с помощью цифровых управляюпщх сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора 6, 5 Нестабильность средней вероятности формирования единиц и нулей на выходе предлагаемого устройства будет определяться нестабильностью разности суммарного времени переключе- Q ния счетчика 5 и мультиплексора 6 из состояния логического нуля в состояние логической единицы и обратно. Указанная разность путем выбора быстродействующей элементной базы и g частоты повторения импульсов генератора 1 (в пределах заданного быстродействия датчика в целом) может быть получена существенно меньше периода повторения импульсов на выходе формирователя 4 длительности, а ее нестабильность составит единицы и доли процента от длительности импульса,

Фор м. у ла изобретения

1. Датчик случайных двоичных сигналов, содержащий два генератора им- nyijibcoB, D-триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит формирователь длительности импульсов, вход которого подключен к выходу первого генератора импульсов, а выход формирователя длительности импульсов соединен с информационным входом D-триг

гера, синхронизирующий вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, а выход D-триггера является выходом генератора.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем,что формирователь длительности импульсов содержит счетчик и мультиплексор, выход которого является выходом формирователя, входом которого является счетный вход счетчика, выходы разрядов-которого соединены с группой управляющих входов мультиплексора соответственно, группа информационных входов которого является группой входов задания длительности выходного сигнала формирователя.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статического моделирования. Цель изобретения - повышение точности. Датчик содержит генераторы тактовых импульсов 1 и 2, триггер 3, синхронизируемый перепадом потенциала, и формирователь 4 длительности импульсов, содержащий двоичный сче т- чик 5 и мультиплексор 6. На счетный вход двоичного счетчика подаются импульсы с первого генератора, сигнал с выхода счетчика поступает на адресные входы мультиплексора. Код, установленный на информационных входах мультиплексора, определяет среднюю вероятность формирования Лог.1 на выходе датчика. Сигнал с выхода мультиплексора поступает на информационный вход триггера, на счетный вход которого подаются импульсы с второго о генератора, а с выхода снимают случай- ный двоичный сигнал. 3 ил. 1 з.п. ф-лы. СЛ

Д| I I I I И I I I I I I I I f II I I I S JГU-U LГlГLГU Lг{J LГ

tz tз

Фиг. г

t,

V- Tx