SU1157671A1 - Устройство задержки импульсов - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИ ИМПУЛЬСОВ, содержащее инерционное звено, компаратор и формирователь, вход которого  вл етс  входом устройст а , выход подсоединен к входу инерционного звена, а выход компаратора  вл етс  вьгходом устройства, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет формировани  случайной задержки с регулируемыми статистическими параметрами, в него, введены три ключа, генератор случайного напр жени  и блок сигналов коммутации , выходы которого подключены к управл ющим 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 формировател , а третий вход-  вл етс  управл ющим, основ ной вход второго ключа подсоединен к пр мому выходу генератора случайного напр жени , 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, отличающеес  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  вл етс  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 пр мым 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  вл етс  вторым выходом блока сигналов коммутации, третий вход которого соединен с вторым входом элемента НЕ-И и пр мым входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход которого  вл етс  третьим выходом блока сигналов коммутации.

Description

1 1

Изобретение относитс  к импульсной и вьинслительной технике и может быть использовано дл  получени  случайных временных задержек, а также дл  физического моделировани  устройств задержки с учетом нестабильности или разброса временных параметров .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства за счет формировани  случайной задержки с регулируемыми статистическими параметрами.

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

Устройство задержки импульсов состоит из формировател  1, инерционного звена 2, компаратора 3, трех ключей 4, 5 и 6, блока 7 сигналов коммутации и генератора 8 случайного напр жени . Вход блока 1 и выход блока 3  вл ютс  соответственно входом и выходом всего устройства. Вход 9  вл етс  входом управл ющего 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  вл етс  выходом устройства и соединен с первым входом блока 7 сигналов коммутации, второй вход которого подключен к выходу формировател  1, а первый, второй и третий его выходы соединены соответственно с управл ющими входами ключей 4-6.

Основные входы ключей 5 и 6 подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам генератора 8 случайного напр жени . Вход 9  вл етс  третьим входом блока сигналов 7 коммутации.

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

712

13, пр мой вход которого  вл етс  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  вл ютс  соответственно первым, вторым и третьим выходами блока 7 сигналов коммутации.

Формирователь 1 служит дл  формировани  стабильных уровней напр жени  логических сигналов О и 1 из соответствук цих входных сигналов, амплитуда которых может иметь большой разброс. В качестве его могут быть использованы, например, инверторы или логический повторитель.

В данном случае в качестве формировател  1 применен логический повторитель .

С помощью инерционного звена 2 осуществл етс  основна  функци  задержки во времени. Это звено может быть реализовано на основе RC-цепочки (либо как пассивна  схема, либо с операционным усилителем). Входными сигналами дл  звена 2  вл ютс  пр моугольные импульсы с формировател  1.

Компаратор 3 обеспечивает формирование выходных сигналов,  вл юцихс  результатом задержки входных Врем  задержки зависит от посто нной времени инерционного звена 2 и уровн  порогового напр жени , подаваемого на второй Bxoja компаратора 3.

Ключи 4-6 предназначены дл  коммутации аналоговых сигналов по основным входам. Управл ющие сигналы в виде уровней О и 1 подаютс  на управл ницие входы этих ключей. Если действует управл ющий сигнал О, то ключ

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

Обозначаем управл ющие сигналы

ключей 4-6 соответственно через К, К , (фиг. 2cj). Эти управл ющие сигналы формируютс  блоком 7 сигналов коммутации, представл нлцим собой ло1гическую схему. Входными сигналами дл  блокаJ7 служат сигналы вькода формировател  1, выхода компаратора 3 (выхода всего устройства) и специального входа 9 управлени  в зависимости от сигнала, на котором устройство может обеспечивать два режима ра.боты: режим формировани  отрицательной коррел ции и режим формировани  положительной коррел ции временной задержки соседних фронтов входных импульсов.

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

Такое построение генератора 8 случайного напр жени  обеспечивает независимые регулировки спектральной характеристики, дисперсии и среднего значени  нормальнораспределенных напр жений с обоих выходов.

Устройство работает следующим образом.

Задерживаемый иг пульсный процесс подаетс  на вход формировател  1. С его входа процесс Ае |0,l|, восстановленный по обоим уровн м, поступает на вход инерционного звена 2, в котором происходит преобразование пр моугольных импульсов в экспоненциальные . Далее эти импульсы с экспоненциально зат нутыми фронтами через ключ 4 поступают на первый вход компаратора 3. По второму входу компаратора действует случайное опорное напр жение, подаваемое от генератора 8 случайного напр жени  через ключ 5 или 6. Когда напр жение по первому входу компаратора 3 превы сит опорное напр жение, на выходе устройства формируетс  перепад логических уровней типа , что означает формирование одного из задержанных фронтов. Совокупность чередуемых перепадов , на выходе компаратора 3 составл ют выходной импульсный процесс ,l| , прпредставл ющий собой задержанный на случайные интервалы времени входной процесс (а также процесс А, если в качестве формировател  1 применен логический повторитель).

Устройство может работать в двух режимах: в режиме формировани  отрицательной и в режиме формировани  положительной коррел ций времени задержки соседних фронтов входных импульсов, что соответствует подаче на вход 9 управлени  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 посто нно закрыт (Kj О) и на компараторе 3 происходит посто нное сравнение экспонендаальных импульсов со случайным напр жением, снимаемым с одного (выхода генератора 8 случайного напр жени  . В этом режиме происходит формирование отрицательной коррел ционной св зи между задержками соседних фронтов входных импульсов. Отрицательный знак корр ел ции временных задержек формируетс  за счет положительной коррел ции опорного напр жени  во временных точках, соответствук цих формированию двух соседних фронтов выходного процесса В. Например, опорное напр жение при формировании передачи типа повысилось , тогда задержка по этому фронту изменитс  относительно среднего значени  в сторону увеличени . Если к моменту формировани  следующего по времени перепада типа опорное напр жение также будет выше среднего, то задержка по этому фронту уже уменьшитс . Таким образом , сужа  с помощью элементов 16 и 18 спектр случайного напр жени , увеличивают значени  положительной коррел ции опорного напр жени  во всех временных точках, включа  моменты срабатывани  компаратора 3, тем самыувеличивают степень отрицательной коррел ции временных задержек соседних (противоположных по знаку) фронтов входных импульсов.

Работа устройства в режиме формировани  положительной коррел ции

51

(при С 1) иллюстрируетс  временными диаграммами (фиг, 2и). Отличие от предыдущего режима состоит в том, что ко второму входу компаратора 3 поочередно подключаютс  с помощью ключей 5 и 6 случайные напр жени  то с пр мого, то с инверсного выхода генератора 8 случайного напр жени . Благодар  этому в соседних временных точках сравнени  напр жений значени  процесса на втором входе компаратора будут находитьс  в отрицательно коррелированной св зи, а соответствующие им временные задержки - положительно коррелированы.

Процесс формировани  опорного напр жени  UK 1 , снимаемого с объединенных выходов ключей 5 и 6, иллюстрируетс  временными диаграммами (фиг. 25)..

В момент начала действи  уровн  1 по входу устройства, а следовательно , и по выходу формировател  1 (процесс А, фиг. 25) происходит подключение с помощью ключа 5 второго входа компаратора 3 к пр мому выходу генератора 8 (К 1, К, 0), в результате чего подготавливаетс  момент формировани  выходного перепада процесса & типа . А в момент окончани  действи  по входу устройства уровн  1 напр жение VK ( ; определ етс  уже напр жением с инверсного выхода генератора 8, благодар  открытому ключу 6 (К 0, Kj 1), что-обеспечивает формирование выходного перепада процесса В типа . Аналогичным образом происходит формирование опорного напр жени  и соответствуюпЕИХ при этом временных задержек дл  остальных входных импульсов в случае С , 1 (режим формировани  положительной коррел ции В1 еменных задержек). Дл  формировани  статистически независимых временных задержек необходимо с помощью элементов 16 и 18 обеспечить достаточно широкополосный случайный процесс с выходов генератора 8, такой, чтобы интервал коррел ции опорного напр жени  был значительно меньше i минимально возможной длительности (и паузы) входных импульсов. Сигнал управлени  на входе 9 при зтрм может быть любым, т.е. С е(0,l|В цел х обеспечени  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 срабатывани  компаратора 3 входна  разность напр жений на его входах значительно возрастает. Это позвол ет избежать ложные срабатывани  компаратора 3 от возможных колебаний случайного опорного напр жени  около точки сравнени . Действие такого гистерезисного эффекта (при С 0) иллюстрируетс  временной диаграммой (фиг. 2а).

Перед моментом формировани  выходного перепада процесса & типа ключ 5 открыт (Кз 1), а ключ 4 закрыт (К 0), в качестве опорного напр жени  компаратора 3 действует случайное напр жение с пр мого выхода генератора 8. После срабатывани  компаратора 3, т.е. после формировани  выходного перепада типа ключ 5 закрываетс  (К 0) и уменьшает опорное напр жение до нул  путем отключени  от пр мого выхода генератора 8 при наличии напр жени  с инерционного звена 2 (К 1). Это обеспечивает достаточно большую разность входных напр жений компараторов 3 и - UK (за C4eTUKjiCj- -0). После подачи на вход устройства перепада происходит оп ть подключение случайного напр жени  (Kj 1) к второму входу компаратора

1 (при этом К 1), после срабатывани  которого разность , увеличиваетс  за счет отключени  от основного входа компаратора 3 (Ki 0) напр жени  с инерционного звена 2

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

и 6 (к,) приведены на фиг. 2а, б.

В предлагаемом устройстве может регулироватьс  дисперси  временных задержек посредством изменени  дисперсии опорного напр жени  с помощью элемента 20.

Изменением среднего значени  выходного напр жени  усилител  19 с помощью элемента 21 регулировки

можно задавать различные степени временной нелинейности устройства задержки , т.е. обеспечивать различные средние значени  временных задержек перепадов типа и . Например , если среднее значение обоих напр жений с выходов усилител  19 больше половины амплитуды напр жени  с выхода инерционного звена 2, то среднее врем  задержки перепада меньше среднего значени  задержки перепада и наоборот, если среднее значение опорного напр жени  меньше половины амплитуды сигнала с инерционного звена 2. При равенстве среднего значени  опорного напр жени  половина амплитуды экспоненциальных импульсов с выхода звена 2 формируютс  одинаковые средние задержки по обоим фронтам входных импульсов, т.е. в этом случае задержка линейна . Средн   величина временной задержки задаетс  посто нной времени инерционного звена 2.

Учитыва , что закон распределени  задержки определ етс  законом распределени  опорного напр жени  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 напр жени  с элементами регулировки спектра, среднего значени , дисперсии и закона распределени  по сравнению с известным позвол ет реализовать случайные временные задержки с регулируемыми статистическими параметрами (дисперсией, математическим

ожиданием, коррел ционной функцией, законом распределени  и степенью нелинейности), что значительно расшир ет функциональные возможности устройства.

LUn //

У У W

w го  

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИ ИМПУЛЬСОВ, содержащее инерционное звено, компаратор и формирователь, вход которого является входом устройства, выход подсоединен к входу инерционного звена, а выход компаратора является выходом 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 соответствующих ключей, основной вход первого ключа подсоединен к выходу инерционного звена, а выход - к первому входу ком паратора, выход которого подсоединен к первому входу блока сигналов коммутации, второй вход которого подсоединен к выходу формирователя, а третий вход является управляющим, основной вход второго ключа подсоединен к прямому выходу генератора случайного напряжения, инверсный выход которого подсоединен к основному входу третьего ключа, выход которого соединен с выходом второго ключа и вторым входом компаратора.

2. Устройство поп. 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 входом второго элемента ЗАПРЕТ, первым входом элемента НЕ-И и прямым входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, а выход 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.