SU1688198A1 - Устройство дл определени временного положени максимума и измерени амплитуды треугольных видеоимпульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульс- ной те-хнике и может быть использовано в измерительных устройствах. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет определени  временного положени  максимума не только симметричных, но и несимметричных треугольных видеоимпульсов и обеспечение измерени  их амплитуды. Дл  достижени  цели в устройство, содержащее делитель 12 напр жени , компараторы 8,9, элементы 10,11 дифференцировани , элементы НЕ 25, 26, элементы ИЛИ б. триггеры 5, 21-23. сумматоры 30, 33, блок 28 у м- ножеми , элементы 7,39 задержки, группы элементов И 51,, введены генератор 35 линейно измен ющегос 

Description

(Л

с

а

Х

х

ее х

напр жени , ключи ,44, пиковые детекторы , триггер 24, инверторы 27,31,3,40,41, блоки 29,36, 37 умножени , блоки 45,46 делени , согласующие усилители 47,48, аналого-цифровые преобразователи 49,50. Работа устройства основана на линейной аппроксимации фронта и спада видеоимпульса по двум точкам, полученным при пересечении опорных напр жений , сформированных на входе и выходе делител  12. Моменты пересечени  выдел ютс  компараторами 8,9 и эле

Изобретение относитс  к импульс- ной технике и может быть использовано в измерительных устройствах.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет определени  временного положени  максимума не только симметричных , но и несимметричных треугольных видеоимпульсов и обеспечени  измерени  их амплитуды.

На чертеже приведена структурна  схема устройства.

Устройство содержит шину 1 Старт шину 2 Стоп, входную шину 3, первую шину 4 опорного напр жени , первый триггер 5, первый элемент ИЛИ 6, первый элемент 7 задержки, первый и второй компараторы 8 и 9, первый и второй элементы 10, 11 дифференцировани , делитель 12 напр жени , перт вый, второй, третий, четвертый клю- чи , первый, второй, третий, четвертый пиковые детекторы 17-20, второй, третий, четвертый, п тый триггеры 21-24, первый и второй элементы НЕ 25 и 26, первый инвертор 27, первый и второй блоки 28, 29 умножени , первый сумматор 30, второй инвертор 31, третий инвертор 32, второй и третий сумматоры 33 и 34, генератор 35 линейно измен ющегос  напр жени , третий и четвертый блоки 36 и 37 умножени , четвертый сумматор 38, второй элемент 39 задержки, четвертый и п тый инверторы 40 и 41, п тый сумматор 42, второй элемен ИЛИ 43, п тый ключ 44, первый и второй блоки 45 и 46 делени , первый и второй согласующие усилители 47 и 48 первый и второй аналого-цифровые прементами 10,11 дифференцировани . Линейна  шкала времени формируетс  генератором 35. Триггеры 21-24, ключи 13-16

и пиковые детекторы Г/-20 обеспечивают фиксацию напр жений, соответствующих моментам пересечени  напр жением входного импульса опорных уровней. Остальные блоки обеспечивают вычисление абсциссы и ординаты точки пересечени  двух аппроксимируемых пр мых, то есть временного положени  максимума треугольного видеоимпульса и его амплитуды. 1 ил.

5

0

0

5 0 5 0 5

I

образователи 49 и 50, первую и вторую группы 51, 52 элементов И, третий элемент ИЛИ 53, первую и вторую выходные шины 54, 55, вторую шину 56 опорного напр жени .

Шина 1 соединена с запускающим входом генератора 35, шина 2 соединена с первым аходом первого элемента ИЛИ бис останавливающим входом генератора 35, выход которого соединен с сигнальными входами ключей 13-16. Входна  шина 3 соединена с первыми аходами первого и второго компараторов 8 и 9, шина 4 соединена с вторым входом второго компаратора 9, с первым входом первого блока 28 умножени  и с входом делител  12, выход которого соединен с первым входом второго блока 29 умножени  и с вторым входом первого компаратора 8. Выходы первого и второго компараторов 8 и 9 соединены с входами соответственно первого и второго элементов 10 и 11 дифференцировани . Выход второго элемента 11 дифференцировани  соединен с единичным аходом третьего триггера 22 и через второй элемент НЕ 26 - с единичным вводом четвертого триггера 23. Выход первого элемента 10 дифференцировани  соединен с единичным входом второго триггера 21, а через первый элемент НЕ 25 с единичным входом триггера 24 и входами второго элемента 39 задержки.

Инверсные выходы триггеров 21-24 соединены с управл ющими аходами ключей соответственно, выходы которых соединены с сигнальными входами пиковых детекторов 17-20 соответственно , управл ющие аходы которых объединены и ГОР дине w с элемента ИЛИ 6. Выход первого пикового детектора 17 соединен г пгрвым входом третьего блона 36 умножени  и через первый инвертор 71 - г. первы входом первого сумматора 30- Выход второго пикового детектора 18 соединен с первым входом четвертого блока 37 умножени  и через второй инвертор 31 с первым входом второго сумматора 33- Выход третьего пикового детектора 19 соединен с вторыми входами второго сумматорн 33 и четвертого блока 3& умножени . Выход четвертого пикового детектора 20 ссс динен с вторыми входами первого сумматора 30 и четвертого блока 37 умножени . Выход первого сумматора 30 через третий инвертор 32 соединен с первым входом третьего сумматгш  3- с вторым входом nepsoi о блока умножени . Выход второго сумматора 33 соединен с вторыми входами гре сумматора З 1 и второго блока 29 умножени . Выходы блока 28 и 29 умножени  соединены соответственно с первым и вторым входами четвертого сумматора 38, выход которого соединен с входом депимого первого бгика ;(5 делени . Выход третье,о суммчторэ 3 через четвертый инторюр Ц0 соединен с первым входом второго элемента ИЛИ в, второй вход которого сое чинен с выходом п того ключа ч -t, сигмшьныи вход которого соединен с втьоо1. шк- ной 56, а управл ющий вход - с инверсным выходом первого триггера 5. Выход второго элемента ИЛИ 3 соединен с входом делител  блокоз V3, 6 делени . Выходы блоков 36 и 3/ умнож ни , второй напр мую, а первый - через п тый инвертор 1, соединены с входами п того сумматора 2, выход которого соединен с входом делимого второго блока 6 делени . Выходы блоков 5 и 6 делени  через согласующи усилители 7 и 8 соединены с аналого-цифровыми преобразовател ми k$ и 50, выходы которых соединены поразр дно с первыми входами групп элементов И 51, 52, вторые входы которых объединены и соединены с выходом второго элемента 39 задержки. Выходы группы 52 элементов И соединены поразр дно с выходной шиной 55. Выходы группы 51 элементов И соединены поразр дно с выходной шиной 5 и с входами третьего элемента ИЛИ 53,

0

5

ыход которого соединен с РТОРЬМ мчодом элемента ИЛИ 6, выход когсро- Г 1 соединен с входом первого та 7 задержки и с нулевым РХОДОМ иервбго триггера . Выход лемента 7 задержки соединен с нулевыми входами триггеров . Сумматоры 3, 33, 3, 38, 7 могут быть реализованы в виде двухвходового суммирующего усилител , реализующего операцию

1 %u - ,

i (

где k - весовой коэффициент, в дальнейшем прин тый одинчковым дл  всех сумматоров. Блоки 28, 24, 36, 37 умножени  могут быть реализованы в виде устройства перемножени  на квадраторах, реализующих операцию

ивых kЈUB 1 ивх г ,

где k 1/UHOW- одинаков дл  всех

блоков умножени .

Блоки 5, 6 делени  - в виде любой из схем делени , оеализующих операцию

30

U,

еых

, /1 вхс. )

5

0

5

0

5

где k 1 k2 одинаков дл  всех

rtj октв делеиир . Инвесторы 27, 31, 32, , k - в виде инвертирующего усилител . Кроме того, ахоЈные цепи триггеров 5, 21-2, эпементов И 51, 52 содержат схемы диодной разв зки., аннулирующие импульсы отрицательной пол рности, и фильтры низкой частоты (конденсаторы ), что обеспечивает их работу в импульсном режиме.

Сущность работы устройства заключаетс  в том, что осуществл етс  линейна  аппроксимаци  фронта и спада видеоимпульса по двум точкам фронта и спада, получаемым в моменты пересечени  последними двух фиксированных порогов измерени , полученные пр мые экстраполируютс  до взаимного пересечени , абсцисса точки пересечени  показывает временное положение видеоимпульса, а ордината точки пересечени  дает значение амплитуды,

Найдем соотношени , позвол ющие определить абсциссу и ординату точки пересечени  двух пр мых

Уравнение лр иой, проход щей через две точки фронта, может быть представлено в виде:

U (t (UjLI-Mt-t-UUl-I-UUl , t - t,

где t.j,te - моменты времени пересечени  фронта с уровн ми напр жени  U,UU соответственно .

Аналогично уравнение пр мой, проход щей через две точки спада:

и (t) ilLi-iMЈ.t.ti.:-tiut r

и&

ч- ь

- моменты времени пересечени  спада видеоимпульса с уровн ми U и U соответственно.

читыва , что в точке пересечеt/u ординаты одинаковы, запишем:

(U.- , . t,

(Ui JJiit

Ч Ч

откуда

t - ( ttyL t tty)/

t4 - Ц

Ч - t

,,Vg - U U, .t.

4 - t, t - t -tj+t -t

Дл  треугольных видеоимпульсов зна чение амплитуды - это ордината точки пересечени , которую легко определить , подставл   найденное значение t,0 в уравнение любой из пр мых. При этом

и . () х w Ч-Ч ()x

t ) - 44-t,+tt-t4

ш Ui(tj. ) - U(t2 - tz.) , Ч - t, - t3 -H t2

Устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии триггеры 5, 21-24 обнулены. Пиковые детекторы 17- 20 обнулены. Единичные уровни с инверсных выходов триггеров замыкают ключи . Единичный уровень с инверсного выхода первого

триггера 5 замыкает п тый клоч М, разреша  поступление опорного напр жени  с шины 56 на входы делител  блоков 5 и 6 делени  дл  исключени  операции делени  на ноль. Гене-

ратор 35 остановлен, и на его выходе - нулевое напр жение. На шину 4 подаетс  значение напр жени  второго порогового измерени  U2, из которого с помощью делител  12 форми5 руетс  значение напр жени  первого порога измерени  V. Напр жени  порогов измерени  U и U1 поступают на вторые входы компараторов 9 и 8, на выходах которых из-за отсутстви 

0 напр жени  на входной шине 3 устанавливаетс  нулевые уровни, а также на первые входы блоков 28 и 29 умноже- ни  ,

Устройство запускаетс  импульсом по шине 1, который поступает на запускающий вход генератора 35. Послед ний формирует напр жение вида:

5

U

8ЫХ

kt

л

т.е. шкалу времени.

Напр жение Ueb(K через открытые ключи подаетс  на пиковые детекторы 17-20, которые отслеживают

его значение.

По вление напр жени  на выходах пиковых детекторов 17-20 вызывает переходные процессы в св занных с ними элементах, которые не представл ют интереса, поскольку привод т только к по влению неиспользованных кодов на выходах аналого-цифровых преобразователей 9 и 50.

При достижении напр жением фронта видеоимпульса , поступающего на входную шину 3, напр жени  первого порога измерени  на выходе первого компаратора 8 по вл етс  единичный положительный скачок напр жени , из

которого первый элемент 10 дифферен- цировани  формирует импульс положительной пол рности, который переводит второй триггер 21 в единичное состо ние. Импульс отрицательной пол рности , по вл ющийс  на выходе элемента НЕ 25, ликвидируетс  входными цеп ми триггеров 2k и 23 и элементов И 51, 52. Нулевой уровень с инверс- . ного выхода второго триггера 21 раз

мыкает первый ключ 13, что приводит к фиксации на выходе первого пиково го детектора 17 напр жени  kt , где t - момент пересечени  фронтом ви- , ,- деоимпульса первого порога измерени .

При достижении напр жением фронта видеоимпульса напр жени  второго порога измерени  U на выходе второго компаратора 9 по вл етс  единичный ю положительный скачок напр жени , из которого второй элемент 11 дифференцировани  формирует импульс положительной пол рности, который переводит третий триггер 22 в единичное )5 состо ние. Импульс отрицательной пол рности с выхода элемента НЕ 26 аннулируетс  входными цеп ми четвертого триггера 23. Нулевой уровень с инверсного выхода третьего тригге- 20 ра 22 размыкает второй ключ 1, что приводит к фиксации на выходе второго пикового детектора 18 напр жени  kt, где tЈ - момент пересечени  фронтом видеоимпульса второго порога 25 измерени .

При пересечении напр жением спада видеоимпульса напр жени  второго порога измерени  U на выходе второго компаратора 9 по вл етс  единичный отрицательный скачок напр жени , из которого второй элемент 11 дифференцировани  формирует импульс отрицательной пол рности, который гасите входными цеп ми третьего триггера 22. Импульс положительной пол рности с выхода второго элемента НЕ 26 переводит четвертый триггер 23 в единичное состо ние. Нулевой уровень с инверсного выхода четвертого триггера 23 размыкает третий ключ 15, что приводит к фиксации на выходе третьего пикового детектора 19 напр жени  ktj, где t - момент пересечени  спадом видеоимпульса второго порога 45 измерени .

При пересечении напр жением спада видеоимпульса напр жени  }ц первого порога измерени  на выходе первого компаратора 8 по вл етс  единич- 50 ный отрицательный перепад напр жени , из которого первый элемент 10 дифференцировани  формирует импульс отрицательной пол рности, который гаситс  входными цеп ми второго триггера 55 21. Импульс положительной пол рности с выхода первого -элемента НЕ 26 переводит п тый и первый триггеры 2k и 5 в единичное состо ние и поступа30

35

40

ет на вход второго элемента 39 за- , держкй. Нулевой уровень с инверсного выхода п того триггера 2 размыкает четвертый ключ 16, что приводит к фиксации на выходе четвертого пикового детектора 20 напр жени  kt4, где С4 момент пересечени  спадом видеоимпульса первого порога измерени . Нулевой уровень с инверсного выхода первого триггера 5 размыкает п тый ключ kk, что обеспечивает поступление ненулевого напр жени  на входы делител  блоков k$ и 46 делени  только с выхода третьего сумматора 3k.

Дальнейшую работу устройства рассмотрим на момент окончани  переходных процессов в его элементах.

Четвертый блок 37 умножени  формирует на своем выходе напр жение, пропорциональное произведению напр жений с выходов второго и четвертого пиковых детекторов 18 и 20:

2.

U

6WX-57

k

Vtt4

45

Третий блок 36 умножени  формиру- ет на своем выходе напр жение, про- 30 порциональное произведению напр жений с выходов первого и третьего пиковых детекторов 17 и 19

JebfX.36C k Ь2ЬЧС3 )

которое инвертируетс  п тым инвертором k и подаетс  совместно с напр жением и.,,,, а,на входы п того суммато . вы эь

ра ч2, на выходе которого формируетс  напр жение, пропорциональное сумме входных напр жений

,1

ивых.4ге kik

-t.V,

которое подаетс  на вход делимого второго блока 6 делени .

Первый сумматор 30 формирует на своей выходе напр жение, пропорциональное сумме напр жений с выхода четвертого пикового детектора 20 и инвертированного напр жени  с выхода первого пикового детектора 17:

U

вых. «о

-k k,(t4 -t,),

которое инвертируетс  третьим инвертором 32 и подаетс  на второй вход первого блока 28 умножени  и на первый вход третьего сумматора 3, на

вто ром входе которого действует напр жение с выхода второго сумматора 33

Wj3 k Мч -Ч ,

что приводит к формированию на выходе третьего сумматора 34 напр жени 

U

-k k,(t -t, -t, +t2) 10

ВЫХ. 34которое инвертируетс  п тым инвертором 40 и через второй элемент ИЛИ 43 подаетс  на вход делител  блоков 45 и 46 делени .

Блок 46 делени  формирует на своем выходе напр жение, пропорциональное частному от воздействующих на его входах напр жений

Јi i a 4ti :: -LЈ2L

ивых.4б k k(t4 - t3 + t2T

учетом, что k3 1/kz,

kltlt4 -tLt3)

ивых46 ,-t3+t2)

Блок 28 умножени  формирует на своем выходе напр жение

UBb,X.28 -V , а блок 29 умножени 

ивых. k k,k2V4 - 1

что приводит к формированию на выходе четвертого сумматора 38 напр жени 

U

вых.мГ (t4 -t,) -40

,

которое подаетс  на вход делимого первого блока 45 делени .45

Блок 45 делени  формирует на своей выходе напр жение

(t4 itO-Uilta-tz.) U6bix.45 (t4 )

Uz(,)- ()

ч

Усилители 47 и 48 предназначены дл  согласовани  выходного динамичес- 55 кого диапазона блоков 45 и 46 делени  с входным динамическим диапазоном аналого-цифровых преобразователей 49 и 50. При совпадении динамических диапазонов дл  рассматриваемого случа  коэффициент усилени  согласующего усилител  48 равен , a согласующего усилител  4 - единице, что позвол ет получить на выходе аналого-цифрового преобразовател  50 код временного положени  видеоимпульса :

t щ 0 t4 -t1 -t, +tz

а на выходе аналого-цифрового преобразовател  49 - код амплитуды дл  треугольных и пилообразных видеоимпульсов

U

.i.ti)

ч - tr ч

№

0

5

0

5

40

45

50

5

Импульс с выхода второго элемента ЗЭ задержки, задержанный на максимальное врем  переходных процессов в элементах устройства, определ емое как суммарное врем  срабатывани  сумматора 30, инвертора 32, блока 28 умножени , сумматора 38, блока 45 делени , согласующего усилител  48, аналого-цифрового преобразовател  51, считывает коды в ременного положени  и амплитуды видеоимпульса с разр дных выходов аналого-цифровых преобразователей 49 и 53 и через группы элементов И 51, 52 выдает их на выходные шины 54Л 55. Импульсы с выхо- , дов группы элемента И 51 объедин ютс  третьим элементом ИЛИ 53, и полученный импульс через первый элемент ИЛИ 6 обнул ет первый триггер 5 и пиковые детекторы Г/-20, а также подаетс  на вход- первого элемента 7 задержки . Импульс с выхода первого эле-1 мента / задержки, задержанный на врем  обнулени  пиковых детекторов 17 20, обнул ет триггеры 21-24.

Устройство готово к измерению временного положени  и амплитуды очередного видеоимпульса,

По завершении измерений на шину 2 устройства подаетс  импульс, который останавливает генератор 35, через первый элемент ИЛИ 6 обнул ет первый триггер 5 и пиковые детекторы 17-20, а также через пиковый элемент задержки 7 - триггеры 21-24.

Устройство - в исходном состо нии

Таким образом, устройство позвол ет определить положение максимума

I JИ-3 1

и знаменное амплитуды дл  несимметричных треугольных видеоимпульсов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени  временного положени  максимума и измерени  амплитуды треугольных видеоимпульсов , содержащее делитель напр жени , первый и второй компараторы, первый и второй элементы дифференцировани , первый и второй элементы НЕ, с первого по третий элементы ИЛИ, с первого по четвертый триггеры, первый и второй сумматоры, первый блок умножени , первый и второй элементы задержки, первую и вторую группы элементов И, причем перва  шина опорного напр жени  соединена с входом делител  напр жени , входна  шина соединена с первыми входами первого и второго коипараторов, выходы которых через соответственно первый и второй элементы дифференцировани  соединены с входами соответственно первого и второго элементов НЕ, выход делител  напр жени  соединен с вторым входом первого компаратора, выход первого элемента НЕ соединен с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, выходы которых соединены поразр дно с первой выходной шиной и с входами третьего элемента ИЛИ, первые входы второй группы элементов И объединены между собой, выход первого элемента ИЛИ соединен с нулевым входом первого триггера, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет обеспечени  возможности определени  временного положени  максимума не только симметричных, но и несимметричных треугольных видеоимпульсов и измерени  их амплитуды, в него введены генератор линейно измен ющегос  напр жени , с первого по п тый ключи, пиковые детекторы с первого по четвертый, п тый триггер, с первого по п тый инверторы, блоки умножени  с второго по четвертый, с третьего по п тый сумматоры, первый и второй блоки делени , первый и второй согласующие усилители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи , шина Старт соединена с запускающим входом генератора линейно измен ющегос  напр жени ,шина Стоп

   0

   0

   i

   1

   0

   0

   5

   0

   5

   Ч

   соединен,) с пгрвим PVM/II элемент) IIПИ и с огтаюп i-n ш-м входом генератора линеен i rvn HIKI щегос  напр жени , вых ; котором соединен с сигнальными в од1ми v p вого по четвертый ключей, причем шина опорного напр жени  соединена г первым аходом первого блока умн we - ни , выход делител  напр жени  соединен с первым входом второго умножени , выходы первого и второго элементов дифференцировани  соединены с единичными входами соответственно второго и третьего триггеров, выходы второго и первого элементов НЕ соединены с единичными входами соответственно четвертого и п того триггеров , выход первого элемента НЕ соединен с единичным входом первого триггера, инверсные выходы с второго по п тый триггеров соединены с управл ющими входами соответственно с первого по четвертый ключей, выходы которых соединены с сигнальными входами с первого по четвертый детекторов , управл ющие входы которых соединены с выходом первого элемента ИЛИ и с выходом первого элемента задержки , выход котого, т соединен с нулевыми вход ти с второго по п тый триггеров, при этом выход первого пикового детектора соединен с первым входом третьего бьокч умножени  и через первый инвертор - с первым входом первого суммэтоол, выход второго пикового детектора соединен с первым входом четвертого блока умножени  и через второй инвертор - с первым входом второго сумматора, выход третьего пикового детектора соединен с вторыми входами второго сумматора и третьего блока умножени , выход четвертого пикового детектора соединен с вторыми входами четвертого блока умножени  и первого сумматора , выход которого через третий инвертор соединен с первым входом третьего сумматора и с вторым входом первого блока умножени , выход второго сумматора соединен с вторыми входами второго блока умножени  и третьего сумматора, выходы первого и второго блоков умножени  соединены соответственно с первым и вторым входами четвертого сумматора, выход которого соединен с входом делимого первого блока делени , выход третьего сумматора через четвертый инвертор соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом п того ключа, сигнальный вход которого соединен с второй шиной опорного напр жени , а управл ющий вход - с инверсным выходом первого триггера, выход второго элемента ИЛИ соединен с входами делител  первого и второго блоков делени , выход третьего блока умножени  через п тый инвертор соединен с первым входом п того сумматора , второй вход которого соединен с выходом четвертого блока умножени , а выход соединён с входом делимого второго блока делени , выходы

   первого и второго блоков делени  че- рез соответственно первый и второй согласующие усилители соединены с

   входами соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей , выходы которых соединены поразр дно с вторыми входами элементов И соответственно первой и второй

   ,ГРУПП, первые входы элементов И второй группы соединены с выходом второго элемента задержки, а выходы поразр дно соединены с второй выходной шиной , при этом выход третьего элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.