Датчик равновероятных двоичных символов

0 П М"С-А Н И Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(3 06 Е 1(02 6 07 С 1500 с присоединением заявки Рй Воударстееииый комитет(28) Приоритет яо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В, М, Кузнецов и В. А. Песошин Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. А, Н. Туполева(54) ДАТЧИК РАВНОВЕРОЯТНЫХ ДВОИЧНЫХ СИМВОЛОВ Изобретение относится к вычислительнойтехнике, технике измерения и связи и можетбыть использовано при моделировании случай.ных процессов, при построении генераторовслучайных чисел для цифровых вычислительныхмашин, имитаторов помех при испытании раз.личной аппаратуры связи. Известен датчик равновероятностных двоичных цифр, содержащий источник шума, усили.го тель, формирователь, два вентиля, триггер и интегрирующую схему, включенную в цепь обратной связи с выхода датчика на источник шума г.Известен также датчик равномерно распре.гь деленных случайных чисел, содержащий собственно датчик случайных чисел, регулятор порога срабатывания, счетчик тактовых импульсов и выходной вентиль г 2. Работа его основана на использовании стабилизирующей обратной связи, а отбор символов осуществляется через некоторое число тактов работы датчика. Известный датчик не в полной мере использует быстродействие составляющих его элемен.тов.Цель изобретенияповышение быстродействия датчика,Для достижения поставленной цели в извест.ный датчик равновероятных двоичных символов, содержащий с; ммирующий интегратор,элемент И, выход которого является выходомдатчика, вход которого соединен с первымвходом элемента И и с тактируемым входомг -К-триггера, выход которого соединен свторым входом элемента И, введены элементИЛИ, согласующий элемент и бистабильныйэлемент, выходы которого через элемент ИЛИсоединены со своимн установочными входами,через суммирующий интегратор и согласующий элемент - со своим расширяющим входоми непосредственно подключеньг ки Квходам 3 - К - триггера соответственно.На чертеже приведена блок-схема датчика.Датчик равновероятных двоичных символовсодержит генератор 1 случайной последователь.ности импульсов, г 1 уммируюший интегратор 2752306 51015 2530 35 4045 50 1 м 1 и Дз 3согласующий элемент 3, 3-К-триггер 4, вход синхронизации которого является входом 5 тактовых импульсов (ТИ) и элемент 6 И, причем, генератор 1 состоит из двух элементов 7 и 8 ИЛИ - НЕ и элемента 9 ИЛИ. Элементы 7 и 8 ИЛИ - НЕ со своими взаимными связями образуют бистабильный элемент, оба входа которого соединены вместе и подключены к выходу элемента 9. При установлении бистабильного элемента втранзитное состояние "ОО" (по выходам элемен.тов 7 н 8 соответственно) элемент 9 ИЛИстремится перевести его в устойчивое состояние "01" нли "10" и наоборот, при формиро.ванин того или иного устойчивого состояниябистабильного элемента, элемент 9 ИЛИ стре.мится перевести его в транзитное состояние.20В момент появления с выхода элемента 9сигнала "О" бистабильный элемент переходит вм )тодно кз устойчивых состояний и сигнал 1устанавливается на выходе того элемента 7или 8, скорость срабатывания которого вданный момент болыпая, После установленияодного из устойчивых состояний бистабильногоэлемента элемент 9 ИЛИ вновь переводит егов транзитное состояние, затем он случайнымобразом снова устанавливается в одно изустойчивых состояний и тд. Таким образом,элементы 7, 8 и 9 образуют неустойчивуюсистему (генератор 1 случайной последовательности импульсов), которая все время находится в режиме генерации, Скорость переходныхпроцессов, происходящих в генераторе 1, максимально возможная и определяется реальными значениями времен задержки составляющихего элементов. Эти задержки вследствие влияния внутренних шумов являются случайнымивеличинами. Они определяют случайность значений периода. следования и длительности им.пульсов, а также случайность присутствия сигнала "1" в данном периоде импульсной последовательности генератора 1. Вероятностью появления сигнала "1" можно управлять напряжением, снимаемым с выхода суммирующегоинтегратора 2 и подаваемым через согласующийэлемент 3 на расширяющий вход одного изэлементов 7 илн 8 Это воздействие оказываетвлияние на режим работы активных компонентов, например на степень насыщения транзис.торов, логического элемента, что в свою очередь влияет на величину математического ожифлуктуирующего времени задержки 55логического элемента, при допустимом изменении его передаточной характеристики, т.е.при сохранении функциональной работоспособ.ности логического элемента,Элемент 3 уменьшает шунтируюшее влияние низкоомного выхода интегратора 2 на расширяющий вход логического элемента.Выходы бистабильного элемента, т,е. выходы элементов 7 и 8, являются выходами генератора 1 случайной последовательности импульсов. Выходы суммирующего интегратора 2, при данном соединении выхода его с расширяющим вхоцом логического элемента, должны быть подключены к выходам генератора 1 так, чтобы образовалась отрицательная обратная связь, например, если при увеличении напряжения с выхода интегратора 2, подаваемого через резистор 3 на расширяющий вход логического элемента 8, быстродействие этого элемента падает, следовательно, вероятность появления сигнала "1" на выходе логического элемента 7 растет, Для образования отрицательной обратной связи выход элемента 7 необходимо подключить к инвертирующему входу суммирующего интегратора 2, а выход элемента 8 - к неннвертирующему входу этого интегратора. Считывание информации осуществляетсяс помощью 1-К триггера 4 н элемента 6 И,При отсутствии тактового импульса, т.е. прнТИ - О, на трипер 4 действуют сигналы би.стабильной ячейки. Если бистабильный элементнаходится в устойчивом состоянии, то триггер4 работает как 8-8-триггер, а при транзитномсостоянии бистабильной ячейки 4 работаеткак счетный триггер. С приходом тактового импульса формируется случайньй символ на выходе датчика засчет случайного состояния триггера 4, котороеопределяется как результат многократногосуммирования и по модулю два сигналов сгенератора 1 случайной последовательностиимпульсов. При этом триггер 4 не реагируетна сигналы генератора 1 в течение действияТИ - 1,Наличие триггера 4 в устройстве считыванияинформации с датчика устраняет возникновение ложных сигналов в момент действияТИ - 1, которые могут возникнуть вследствиенезависимости частоты тактовых импульсови частоты работы генератора 1, а также уст.раняет влияние транзитных состояний бистабильной ячейки на формирование выходныхсимволов,Частота 1 следования сигналов "1" свыходов генератора 1 случайной последовательности импульсов определяется как где 14 ф З 7 6з, Л - математическое ожи.Составитель А, КарасовТехред Н. Барабулина . Корректор В, Синицкая Редактор Л, Веселовская Заказ 4743/6 Тираж 751 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж - 35 Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5дание суммы значений реальных задержек зле.ментов 7 или 8 и элемента 9,Пусть Ь,Д ФЗ,в Ьэ,й зсгде 1ст, - значение средней ф задержкилогических элементов микросхем данногонаименования, тогда т =т- З р т.е, логические элементы данной схемы надежно работают с предельно возможной частотой,Формула изобретенияДатчик равновероятных двоичных символов, содержащий суммирующий интегратор, элемент И, выход которого является выходом датчика, вход которого соединен с первым входом элемента И и тактируемым входом :1 - К-триггера, выход которого соединен с вто 6рым входом элемента И, о т л и ч а ю ш и й.с я тем, что, с целью повышения быстродействия датчика, он содержит элемент ИЛИ,согласующий элемент и бистабильный элемент,выходы которого через элемент ИЛИ соединены со своими установочными входами, черезсуммирующий интегратор и согласующий эле.мент - со своим расщиряющим входом и непосредственно подключены к д и К входамЭ - К - триггера соответственно,Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Яе 348991,кл. 6 06 Е 1/02, 1973.И 2. Авторское свидетельство СССР Яф 193159,кл. 6 06 Е 1/02, 1967,