Приемник биполярных импульсов Советский патент 1993 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов для приема по линии связи цифровой информации от удаленных терминалов.

Цель изобретения - расширение области применения и функциональных возможностей приемника и повышение его помехоустойчивости.

Введение в состав приемника биполярных импульсов программируемого постоянного, запоминающего устройства (ППЗУ), высокочастотного генератора и счетчиков позволяет произвести более точное измерение параметров входных сигналов, повысить селективность приемника и обеспечить большую достоверность распознавания информационных сигналов на нескольких частотах передачи без физической замены приемника.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема приемника; на фиг. 2 - временная диаграмма напряжений при приеме логической 1 .

Приемник содержит входной трансформатор 1, первичная обмотка которого соединена с входными шинами 2 приемника, первый 3 и второй 4 компараторы, первые входы которых подключены соответственно к катодам первого 5 и второго 6 диодов и через первый 7 и второй 8 резисторы подключены соответственно к первому и второму выводам вторичной обмотки входного трансформатора 1, средняя точка которого соединена с общей шиной, с анодами первого 5 и второго 6 диодов и через третий резистор 9 с вторыми входами первого 3 и второго 4 компараторов, с четвертым резистором 10, второй вывод которого подключен к шине 11 источника питания, и пятым

00

о о о

резистором 12, второй вывод которого соединен с выходом одновибратора 13, первый вход которого соединен с выходом третьего компаратора 14, второй вход которого соединен с шиной источника опорного напря- жения 15 и анодом третьего диода 16, катод которого подключен к первому входу третьего компаратора 14 и через шестой резистор 17 к второму выводу вторичной обмотки входного трансформатора 1, триггер 18, выход которого соединен с первой выходной шиной 19 приемника, а также дополнительно введенные сдвоенный селектор-мультиплексор 2 - 1 20 и программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) 21, первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 элементы 2 И, первый 26, второй 27 элементы ИЛИ-НЕ на К входов, мультиплексор 4 - 1 28, первый 29, второй 30 и третий 31 двоичные К-разрядные счетчики, первый 32 и второй 33 элементы 2ИЛИ-НЕ и генератор высокочастотных сигналов 34, причем выходы первого 3, второго 4 компараторов соединены с входами первого элемента 2 И 22 и соответственно с первыми входами первого 32 и второго 33 элементов 2ИЛИ- НЕ, а выход генератора 34 соединен с первым входом второго элемента 2И 23 и с вторыми входами первого 32, второго 33 элементов 2ИЛИ-НЕ, выходы которых сое- динены соответственно со счетными входами первого 29, второго 30 и третьего 31 К-разрядных счетчиков, выходы которых последовательно соединены с адресными входами ППЗУ 21, вход разрешения работы которого соединен с выходом первого элемента 2И 22 и первым и вторым входами мультиплексора 4- 1 28, а 2п выходов ППЗУ 21 соединены с соответствующими 2п входами сдвоенного селектора-мультиплек- сора п - 1 20, m-разрядный адресный вход которого соединен с соответствующими разрядами дополнительного адресного входа 35 приемника, первый выход соединен с вторым выходом 36 приемника и входом параллельного занесения кода третьего счетчика 31, а второй выход соединен с входами сброса RS-триггера 18 и трех счетчиков 29-31, выходы первого 29 из которых соединены с К входами первого элемента ИЛИ-НЕ 26, а второго 30 - с К входами второго элемента ИЛИ-НЕ 27, выход которого соединен с первым входом третьего элемента 2И 24 и вторым адресным входом мультиплексора 4 - 1 28, первый адресный вход которого соединен с выходом первого К-входового элемента ИЛИ-НЕ, нулевой и третий входы соединены с общей шиной (что соответствует логическому нулю на этих

входах), а выход соединен с вторым входом второго элемента 2И 23, второй выход первого счетчика 29 соединен с вторым входом третьего элемента 2И 24, выход которого соединен с установочным входом RS-триггера 18, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента 2И 25, выход которого соединен с вторым входом одно- вибратора 13, а второй вход - с вторым выходом второго счетчика 30.

Приемник работает следующим образом.

На входные шины 2 приемника с двух-- проводной согласованной линии связи поступают биполярные информационные сигналы: логическая 1 представлена положительным импульсом, вслед за которым поступает отрицательный, а логический О представлен биполярными импульсами в обратной последовательности (фиг. 2 а).

Форма и амплитуда входных импульсов приемника определяются параметрами линии связи. На фиг. 2 а пунктирной линией показан входной сигнал с минимальными искажениями, имеющий место в том случае, когда коэффициент передачи линии связи близок к единице, а время установления переходной характеристики линии значительно меньше длительности передаваемого импульса.

Импульсы с вторичной обмотки трансформатора 1 через ограничительные резисторы 7, 8 поступают на входы компараторов 3 и 4, на другие входы которых подается положительное напряжение смещения, формируемое с помощью резисторов 9 и 10, включенных между общей шиной, шиной 11 источника питания и блоком переключения порога срабатывания, образуемого совокупностью элементов 13- 17.

Если амплитуда импульсов на входах компараторов 3 и 4 превышает напряжение смещения, компараторы срабатывают и на их выходах формируются отрицательные импульсы, длительность которых определяется длительностью положительных и отрицательных составляющих (полуволн) биполярного сигнала на уровне входного порога срабатывания преемника {фиг, 2 б, в).

Компаратор 3 срабатывает на положительные входные импульсы, а компаратор 4 - на отрицательные, поэтому при приеме логической 1 сначала срабатывает компаратор 3, затем 4.

При приеме логической единицы зультате совпадения низкого уровня сигна- ла на выходе компаратора 3 (фиг. 2 б) и сигналов высокочастотного генератора 34

(фиг. 2 г) на счетный вход счетчика 29 поступают импульсные сигналы (фиг, 2 д), количество которых определяется длительностью отрицательного выходного сигнала компаратора 3 (длительностью положительной полуволны входного биполярного сигнала) и периодом повторения То импульсов генератора 34.

Во время прохождения второй полуволны входного биполярного сигнала в результате совпадения низкого уровня выходного сигнала компаратора 4 (фиг. 2 в) и сигналов генератора 34 на счетный вход счетчика 30 с выхода элемента 33 также проходит определенное количество импульсов (фиг. 2 е), соответствующее длительности отрицательной полуволны входного биполярного сигнала.

При приеме с линии связи искаженных по форме биполярных сигналов между отри- цательными выходными импульсами компараторов 3 и 4 может образовываться пауза. В момент паузы на выходе элемента 22 устанавливается уровень логической единицы (фиг. 2 ж).

Счетчик 31 служит для определения длительности паузы между полуволнами биполярного сигнала путем подсчета импульсов генератора 34 в момент паузы.

Если в счетчике 29 зарегистрирован прием положительной полуволны, то на выходе элемента 26 формируется низкий уровень (фиг. 2 и). Если же в счетчике 30 зарегистрирован прием отрицательной полуволны, то на выходе элемента 27 формиру- ется низкий логический уровень (фиг. 2 к).

Выходы элементов 26 и 27 соединены с адресными входами мультиплексора 28, на выходе которого возникает положительный сигнал (фиг. 2 л) только при наличии высоко- го уровня сигнала на выходе элемента 22 (фиг. 2 ж) при условии, что только в одном счетчике 29 или 30 зарегистрирован прием одной из полуволн входного биполярного сигнала.

Логический уровень 1 на выходе мультиплексора 28 (фиг. 2 л) разрешает прохождение сигналов г высокочастотного генератора 34 на выход элемента 23 и на счетный вход счетчика 30 (фиг. 2 м).

При приеме первой полуволны сигнал с второго выхода счетчика 29 при нулевом состоянии счетчика 30 (фиг, 2 к) проходит через элемент 24 на вход S триггера 18 и устанавливает его в состояние логической 1 (фиг. 2 н). При приеме второй полуволны единичного биполярного сигнала в результате совпадения высоких уровней сигнала на выходе триггера 18 и втором выходе счетчика 30 на выходе элемента 25 формируется

положительный импульс, поступающий на второй вход одновибратора 13 (фиг. 2 п).

После приема первой и второй полуволн биполярного сигнала состояние счетчиков 29-31 соответствует длительности этих поп уволн и паузы между ними. Каждая частота приема сигналов характеризуется определенными ограничительными параметрами длительности указанных сигналов, а следовательно, и допустимых состояний счетчиков. Выходы счетчиков соединены с адресными входами ППЗУ 21. Состояние выходов ППЗУ программируется таким образом, что в момент разрешения работы ППЗУ (фиг. 2 ж) каждому адресу соответствует либо синхроимпульс на выходах с1 или с2 (фиг. 2 с1, с2), либо сигнал сброса р1 или р2(фиг. 2 р1, р2). Сигналы с1, р1 программируются для одной частоты приема, а с2, р2 - для другой. Количество распознаваемых частот приема лимитируется только количеством парных выходов ППЗУ и организацией мультиплексора 20. На фиг. 1 мультиплексор 20 организован для выбора одной из двух возможных частот приема в соответствии с уровнем сигнала на адресном входе 35 выбора частоты. Диаграмма напряжений на фиг. 2 соответствует выбору первой частоты приема.

Если параметры принятых сигналов не соответствуют требованиям первой частоты, то сигнал сброса р1 проходит на выход р мультиплексора 20 и сбрасывает счетчики и RS-триггер 18 в исходное состояние. При соответствии параметров формируется сигнал с1, который проходит на первый выход мультиплексора 20, на синхронизирующий выход 36 приемника. Выработанному синхросигналу соответствует единичное состояние триггера 18, выход которого соединен с первым информационным выходом 19 приемника. Сигнал с с выхода мультиплексора 20 устанавливает в единичное состояние все разряды счетчика 31, что приводит к изменению на входах ППЗУ 21 и. с некоторой задержкой, формированию сигнала сброса р на втором выходе, мультиплексора 20, который приводит схему в исходное состояние, подготавливая еэ тем самым к приему очередного биполярного сигнала а.

Длительность сигнала с (фиг. 2 с) на выходе мультиплексора 20 определяется временем срабатывания счетчика 31 по установочному входу, временем срабатыва ния ППЗУ и мультиплексора 20.

Длительность сигнала р (фиг. 2р) на выходе мультиплексора 20 определяется временем срабатывания счетчиков 29. 30 по входу R, временем срабатывания ППЗУ 21 и мультиплексора 20.

В качестве генератора 34, например, может быть использована серийно выпускаемая интегральная микросхема генератора К531ГПП, в качестве селекторов-мультиплексоров 20, 28 - интегральные микросхемы К531КП11, К531КП2 соответственно, в качестве счетчиков 29-31 - интегральные микросхемы К555ИЕ7, в качестве ППЗУ 21 - интегральные микросхемы КР556РТ5, КР556РТ7.

При приеме логического О схема блока работает аналогичным образом, только вследствие того, что сигналы е возникают ранее, чем д, нет необходимых условий совпадения сигналов на элементе 24 и триггер 18 остается в нулевом состоянии к моменту формирования синхросигнала с на выходе мультиплексора 20.

Длина линии определяет величину затухания электрического биполярного импульса, поэтому в эависи.мости от условий применения входные импульсы могут по амплитуде отличаться примерно на порядок. Для повышения достоверности принимаемой информации необходимо, чтобы величина порога компараторов 3,4 т.е. величина положительного напряжения на входах компараторов изменялась в зависимости от амплитуды принимаемых сигналов.

В противном случае величину порога пришлось бы заведомо выбирать очень малой в расчете на худший случай. Но при больших амплитудах входного сигнала в линии связи возникают помехи за счет переходных электрических процессов (например, при неполном согласовании линии связи) или за счет наводок от внешних источников помех, Эти помехи могут быть по величине соизмеримы с пороговым напряжением компараторов и приводить к их ложному срабатыванию. Чтобы этого не происходило, в схеме приемни- .ка используется узел переключения порога срабатывания на элементах 12-17, назначение которого - увеличить порог срабатывания компараторов 3, 4, если амплитуда входных импульсов превышает определенную величину.

Один из входов компаратора 14 подсоединен к источнику положительного опорного напряжения (шина 15), а другой вход через резистор 17 подсоединен к одной из вторичных обмоток трансформатора. Компаратор срабатывает в том случае, если амплитуда положительного импульса на этой обмотке превышает величину опорного напряжения.

Если приемник воспринимает биполярный сигнал логической 1. то во время действия второй полуволны срабатывает компаратор 14 и на его выходе формируется

отрицательный импульс. При этом на выходе элемента 25 формируется положительный импульс (фиг. 2 п). Совпадение по времени этих двух импульсов приводит к

запуску одновибратора с подтверждающим запуском 13. Положительный перепад напряжения с выхода одновибратора 13 (показан пунктиром на фиг. 2 т) через резистор 12 повышает напряжение порога компаратора

3, 4 и тем самым повышает помехоустойчивость приемника. Если же амплитуда входных импульсов недостаточна для переключения компаратора 14, то одновибратор 13 не запускается и приемник продолжает работать

при низком напряжении порога компараторов 3 и 4.

Процедура приема цифровой информации производится словами фиксированной

длины, причем слово всегда наминается с 1. Длительность выходного сигнала одно- вибратора 13 выбирается достаточно большой, чтобы заведомо перекрыть по времени длительность слова и паузу между словами.

Одновибратор с подтверждающим запуском (при поступлении входных запускающих импульсов как минимум в начале каждого слова) продолжает оставаться в квазиустойчивом состоянии неопределенно

долгое время и удерживает высокое значение порога компараторов 3 и 4.

Диод 16 так же, как и диоды 5,6, является защитным и предохраняет вход компаратора 14 от перенапряжений при поступлении отрицательных импульсов.

Наличие в приемнике двух выходов - синхронизирующего 36 и информационного 19, а также управление уровнем порога срабатывания компараторов 3 и 4 обеспечивает

самосинхронизацию работы приемника и надежную передачу информации в логические схемы обработки.

Практическая реализация и экспериментальная обработка предлагаемого приемника на частотах приема 380 кГц и 860 кГц при частоте генерации сигналов (фиг. 2 г), равной 12160 кГц, показала высокую достоверность и помехозащищенность обмена информацией между устройствами управления и удаленными терминалами. Высокая степень дискредитации измеряемых счетчиками 29-31 сигналов позволяет с достаточно высокой степенью точности произвести их измерение чи либо отвергнуть (формируется сигнал сброса Р), либо принять как удовлетворяющие требованиям для данной частоты приема (формируется синхросигнал с на выходе 36).

При этом важно также и то, что в отличие от прототипа синхросигнал вырабатывается

не по переднему фронту второй полуволны, а в результате измерения обеих полуволн и паузы между ними, что позволяет повысить селективность приемника к любого вида помехам и сигналам не своей частоты.

Таким образом, предлагаемый приемник биполярных сигналов по сравнению с известными имеет более высокую селективность по отношению к различного рода помехам и позволяет изменять частоту приема информации без его физической замены. В качестве каналов связи может применяться любой вид согласованной линии: коаксиальные несимметричные и симметричные линии, витые пары, телефонные провода.

Селективность приемника может быть повышена за счет использования более высокочастотного внутреннего или внешнего генератора.

Исследования показали, что предлагаемый приемник обеспечивает уверенный прием биполярных сигналов с коаксиальной согласованной линии связи длиной до 2,5 км при частоте до 1 мГц.

При снижении частоты передачи в качестве линии связи могут быть использованы витые пары или телефонные провода,

В настоящее время разработаны и используются несколько терминальных устройств, имеющих различную частоту передачи и приема биполярных сигналов.

Предлагаемый приемник обеспечивает их объединение в систему под управлением одного устройства в любом удобном для пользователя сочетании терминалов с различной частотой передачи без замены приемников или увеличения их числа.

Формула изобретения Приемник биполярных импульсов, содержащий входной трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными шинами, первый и второй компараторы, первые входы которых подключены соответственно к катодам первого и второго диодов и через первый и второй резисторы подключены соответственно к первому и второму выводам вторичной обмотки входного трансформатора, средняя точка которого соединена с общей шиной, с анодами первого и второго диодов и через третий резистор с вторыми входами первого и второго компараторов, с четвертым резистором, второй вывод которого подключен к шине источника питания, и с пятым резистором, второй вывод которого соединен с выходом одновибратора, первый вход которого соединен с выходом третьего компаратора, второй вход которого соединен с шиной источника опорного напряжения и

анодом третьего диода, катод которою под ключей к первому входу третьего компаратора и через шестой резистор к второму выводу вторичной обмотки входного транс- 5 форматора, а также триггер, выход которого соединен с первой выходной шиной, о т л и- чающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения помехоустойчивости, в него введены шина адреса. 0 сдвоенный селектор-мультиплексор, программируемое постоянное запоминающее устройство, четыре элемента 2 И. два К вхо- довых элемента ИЛИ-НЕ, мультиплексор, три двоичных К-разрядных счетчика, два

5 элемента 2ИЛИ-НЕ и генератор высокочастотных сигналов, причем выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с входами первого элемента 2И и первыми входами первого и второго эле0 ментов 2ИЛИ-НЕ, а выход генератора соединен с первым входом второго элемента 2И и с вторыми входами элементов 2ИЛИ- НЕ, выходы которых соединены соответственно со счетными входами третьего,

5 первого и второго К-разрядных сметчиков, выходы К-разрядных счетчиков последовательно соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства, вход разрешения работы

0 которого соединен с выходом первого элемента 2И и первым и вторым входами мультиплексора, а 2п выходов программируемого постоянного запоминающего устройства соединены с соответствующими 2п входами сдвоен5 ного селектора-мультиплексора, т-разрядный адресный вход которого (т Iog2n) соединен с соответствующими разрядами шины адреса. а первый выход соединен с второй выходной шиной и входом параллельного занесе0 ния кода третьего счетчика, а второй выход соединен с входами сброса RS-триггера и К-разрядных счетчиков, выходы первого из которых соединены с К-входами первого элемента ИЛИ-НЕ, а второго - с К-входами

5 второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента 2И и вторым адресным входом мультиплексора, первый адресный вход которого соединен с выходом первого К-ВХОДОЕЮГО

0 элемента ИЛИ-НЕ, нулевой и третий входы подключены к общей шине, а выход соединен с вторым входом второго элемента 2И- НЕ, а второй выход первого счетчика соединен с вторым входом третьего элемен5 та 2И, выход которого соединен с установочным входом RS-триггера, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента 2 И, выход которого соединен с вторым входом одновибратора, а второй вход с вторым выходом второго счетчика.

о

О5

о оо

L

I

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в системах передачи и приема цифровой информации по согласованным линиям связи между обрабатывающими средствами связи с удаленными терминалами, работающими с разными частотами передачи. Целью изобретения является расширение области применения приемника и повышение его помехоустойчивости. Приемник со держит узел приема биполярных сигналов, состоящий из входного трансформатора, трех компараторов, шести резистооов. трех диодов, одновибратора, и узел распознавания, состоящий из генератора высокочастотных сигналов, трех К-разрядных счетчиков, программируемого постоянного запоминающего устройства, двух элементов ИЛИ-НЕ на К-входов, четырех элементов 2 И, сдвоенного селектора-мультиплексора п , мульти плексора 4 - 1 и триггера, две выходные шины, шину адреса. 2 ил. ел С

F- 6; j и inn 11 и 11 in in

мП.Гч 11 мни

I I I I I I I I

H

n

TL

till

фиг 2