Датчик случайных двоичных сигналов

(19) И 1 06 Р 7 58 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ тельство СС Р 7/58, 198 ельство СССР Р 7/58, 198 ельство СССР Р 7/58, 198 54) ДАТЧИОВ. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП(РЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(21) 4137312/24-24 (22) 16. 10.86 (46) 23.01.89. Вюп. (72) В.В,Канарейкин (53) 68 1,325(088,8) (56) Авторское свид У 1005044, кл. С 06Авторское свидет У 1056189, кл. С 06Авторское свидет У 942011 кл. С 06 СЛУЧАЙНЫХ ДВОИЧНЫХ СИГНАтение относится к вычисехнике и может быть исдля статического моделиель изобретения - повышение Датчик содержит генераторы тактовых импульсов 1 и 2, триггер 3, синхронизируемый перепадом потенциала, и формирователь 4 длительности импульсов, содержащий двоичный счетчик 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 генератора, а с выхода снимают случайный двоичный сигнал. 1 з,п, ф-лы, 3 ил.С:Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования различныхслучайных процессов и для оценки ха 5рактеристик устройств обнаружения дискретных сигналов при различных соотношениях вероятностей Формированияединиц и нулей в сигнале.Цель изобретения - повышение точ Оности.На фиг. 1 приведена Функциональная схема датчика, на фиг, 2 - вре,менные диаграммы, поясняющие работуформирователя длительности импульсов, 15на фиг. 3 - спектр сигналов на выходе формирователя длительности импульсов.Датчик. случайных двоичных сигналов содержит (фиг, 1) два генератора 201 и 2 тактовых импульсов, синхронизируемый перепадом потенциала 0-триггер3 и формирователь 4 длительности, содержащий, например, двоичный счетчик5, мультиплексор 6, входы 7-,10. 25Если не требуется оперативного изМенения средней вероятности формирования единиц и нулей на выходе датчика, схема Формирователя длительности импульсов может быть существен-З 0но упрощена. Так, например, для соз-,Дания только равновероятных сигналовв качестве формирователя длительности импульсов может использоватьсясчетный триггер,Кроме того, при использовании35предлагаемого 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 следующим образом,11 усть в исходном состоянии на инФормационные входы 7 и 8 мультиплек 45сора 6 поданы потенциалы логической,единицы (фиг. 2 г,д.), а на входы 9и 10 - потенциалы логического нуля.;упают на счетный вход двоичногосчетчика 5. Число разрядов счетчика. определяется необходимым дискретомизменения вероятности формированияединиц и нулей на выходе датчика, Сувеличением числа разрядов счетчика5 этот дискрет уменьшается, но одновременно уменьшается и быстродействне датчика (при Фиксированной частоте генератора 1). Для рассмотренияпринципа работы датчика достаточноограничиться двумя разрядами счетчика5. С выходов этих разрядов сигналы ввиде меандров с частотами Гфг(фиг.2 б) и Г, (Фиг.2 в) поступают наадресные входы мультиплексора 6 в1результате чего код с информационныхвходов последовательно передается навыход мультиплексора 6. При указанном состоянии входов мультиплексора6 на его выходе формируется сигналв виде меандра с частотой Г(фиг.2 э),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 электрическогосигнала из-за различного рода внутренних шумов. является источником случчаиного процессаТак, собственныешумы активных и пассивных элементовВвходящих в состав генераторов 1 и 2импульсов, приводят к тому, что амплитуда, длительность и период следования этих импульсов испытывают случайные флуктуации,Амплитуда сигналов в цифровых устройствах определяется примененнойэлементной базой и величиной напряжения питания устройства и имеет та"кую величину, которая обеспечивает надежное срабатывание элементов устройств во всех условиях внешних воздействий, оговоренных нормативной документацией на элементы. Поэтомувлиянием флуктуаций амплитуды импульсов при рассмотрении работы предлагаемого датчика случайных двоичных сигналов можно пренебречь.Кроме того, можно не учитыватьвлияние флуктуаций длительности импульсов генераторов 1 и 2, так каксрабатывание счетчика 5 и триггера 3происходит по фронту сигнала на ихвходах,Флуктуации периода повторенияимпульсов генератора 1 приводят к тому, что на выходе муль,иплексора 6случайным 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 постоян45 Средняя за некоторое время величина вероятности формирования логической единицы (нуля) на выходе триг 14534 ными длительностью и частотой р имеющего линейчатый вид (фиг. 3 а), состоит из узких спектральных полос, среднее значение частоты которых совпадает со спектральными линиями спектра импульсов, имеющих постоянную длительность (фиг, Зб) . Ширина этих полос определяется величиной флуктуаций Ь 1, частоты повторения импульсов ге- О нератора 1. Известно, что время корреляции случайного процесса обратно пропорционально ширине его спектра, в данном случае ширине спектральных полос на фиг. Зб. Если фиксировать 15 значение параметров случайного процесса через интервалы времени, большие, чем время корреляции процесса, то значения этих величин будут случайными и независимыми друг от друга. )0Так, например, если записывать в триггер 3 состояние выхода формирователя 4 длительности импульсов ("Лог,О" или "Лог. 1") с помощью тактовых импульсов от генератора 2, пос тупающих с периодом повторения, большим, чем время корреляции случайных флуктуаций длительности и частоты повторения импульсов на выходе форми- рователя 4, то состояние триггера 3 в 30 каждом периоде повторения импульсов генератора 2 будет случайным, Точно так же случайным будет состояние триг. гера 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 флуктуаций периода повторения им 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 И/Р где И - коэффициент деления счетчика 5. Таким образом, при выполнении этого условия конкретная величина частоты повторения импульсов генераторов 1 и 2 также не имеет значения.55 02гера 3 определяется средней продолжительностью состояния логической единицы (нуля) на его информационном входе за зто 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 мультиплексора1(фиг2 г,д,е,ж) вмомент 1,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 г.д.е.ж), то скважность формируемого импульса сос. - тавит 4/3, а вероятность формирования логической единицы на выходе датчика 3/4. В крайних состояниях при поданных на все информационные входы мультиплексора 6 логических нулях (фиг, 2 г.д.е.ж) или логических единицах (фиг. 2 г,д,е,ж) вероятность формирования логической единицы на 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 диапазоне от 0 до 1 с помощью цифровых управляющих сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора 6.Нестабильность средней вероятности формирования единиц и нулей на выходе предлагаемого устройства будет определяться нестабильностью разности суммарного времени переключения счетчика 5 и мультиплексора 6 изсостояния логического нуля в состояние логической единицы и обратно.Укаэанная разность путем выбора быстродействующей элементной базы ичастоты повторения импульсов генератора 1 (в пределах заданного быстродействия датчика в целом) может бытьполучена существенно меньше периодаповторения импульсов на выходе формиЧ ад йЧ Ыф ф - - Ф 2 Ч У Заказ 7286/46 Тираж 667 Подписное ВНЕ роизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул, Проектна 5 14534 рователя 4 длительности, а ее нестабильность составит единицы и доли процента от длительности импульса 5Формула изобретения 1. Датчик случайных двоичных сигналов, содержащий два генератора импульсов, Э-триггер, о т л и ч а ю - 1 О щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он содержит формирователь длительности импульсов, вход которого подключен к выходу первого генератора импульсов, а выход форми рователя длительности импульсов соединен с информационным входом Р-триг 02 Ьгера, синхронизирующий вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, а выход Р-триггера является выходом генератора.2, Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я 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