Устройство для формирования сигнала разностной частоты импульсных последовательностей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИН 19)03 К ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) (21) (22) (46) (72) 10865523643382/24-216.09,8323.07.85. БюлЭ.К.СкворцовИнститут тепения АН СССР У 27 офизики(53) 088.8). 21 во СССР6, 1981.РМИРОВАНИЯИМПУЛЬСНЫХ 56) Авторское с 1086552, кл. Н етельс 3 К ой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФСИГНАЛА РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ по авт.св.В 1086552, о т.л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены триггер и сумматор помодулю два, входы которого соединенысоответственно с выходами третьегои четвертого триггеров, а выход сумматора по модулю два подключен к информационному входу дополнительноготриггера, вход синхронизации которого соединен с выходом пятого триггера, а выход - с второй выходной шинустройства.Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано в дискретных и цифровых системах, в частности в дискриминаторах частоты, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. 9 1086552.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, а именно определение знака разностной частоты во всем диапазоне частот,10 входных сигналов.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. 15Устройство для формирования сигнала разностной частоты импульсных последовательностей содержит пять 3-триггеров 1-5 и генератор 6 тактовых импульсов, выход которого соеди нен с входами синхронизации первого 1 и второго 2 триггеров, информационные входы которых подключены к выходам третьего 3 и четвертого 4 триггеров, информационные входы ко- . 25 торых соединены с входными шинами устройства, а также элемент 7 задержки, два элемента И 8 и 9, дваэлемента НЕ 1 О и 11, первый 12 и второй 13 сумматоры по модулю два, у первые входы которых соединены с выходами первого 1 и второго 2 триггеров, а вторые - с выходами четвертого 4 и третьего 3 триггеров, входы синхронизации которых подключены к выходу генератора 6 тактовыхимпульсов и.через элемент 7 задержки - к первым входам элементов И 8и 9. При этом второй вход первогоэлемента И 8 соединен с выходом первого сумматора 12 по модулю два, ачерез первый элемент НЕ 10 - с вторым входом второго элемента И 9,третий вход которого подключен к выходу второго сумматора 13 по модулю 45два и через второй элемент НЕ 11 ктретьему входу первого элемента И 8,выход которого соединен с первымвходом пятого триггера 5, второйвход которого подключен к выходувторого элемента И 9, а выход - квыходной шине сигнала разностной частоты,Кроме того, устройство содержитдополнительные сумматор 14 по модулю 55два и Р-триггер 15, информационныйвход которого подключен к выходудополнительного сумматора 14 по модулю два, а вход синхронизации - к вы-. лоду пятого триггера 5, причем входы дополнительного сумматора 14 по модулю два соединены соответственно с выходами третьего 3 и четвертого 4 триггеров, а выход дополнительного триггера 15 подключен к выходной шине знака разностной частотыУстройство работает следующим образом.Два входных сигнала запоминаются с помощью Р-триггеров 3 и 1, 4 и 2. На информационные входы Р-триггеров 3 и 4 поступают сигналы с амплитудой "1" или "0", а на входы синхронизации - тактовые импульсы от генератора 6, Аналогично работают триггеры 1 и 2. Каждый из триггеров запоминает значения сигнала на период тактовых импульсов, Сумматоры 12 и 13 осуществляют сложение по модулю два первого входного сигнала, определенного в момент запоминания с вторым входным сигиалом, определенным в момент запоминания +1, Если при сложении получаются одновремЕнно единичные уровни сигналов, то они заменяются нулевыми уровнями с помощью элементов И 8 и 9, на другие входы которых подаются запрещающие сигналы соответственно от сумматоров 13 и 12 через элементы НЕ 11 и 10. Для исключения влияния переходных процессов при переключениях Р-триггеров элементы И тактируются импульсами от генератора 6, задержанными с помощью элемента 7 задержки на отрезок времени, меньший периода тактовых импульсов. Сигналы с выходов элементов И устанавливают триггер 5 в положение "1" или "0", формируя сигнал разностной частоты, фронтом которого переключаетсяР-триггер 15 в соответствии с подаваемой на его информационный вход суммой по модулю два значений входных сигналов в ь+1-й момент времени. На выходе Р-триггера 15 формируется сигнал знака разностной частоты.На временной диаграмме (фиг.2) изображено преобразование входных сигналов, приводящее к формированию сигнала разностной частоты.На Р-триггерах 1-4 значения прямоугольных входных сигналов (фиг.2 а,Р ) запоминаются в моменты времени, соответствующие последовательности тактовых импульсов с генератора 6(фиг. 2 ) . Ошибку в фазе сигнала, получающуюся при этой операции дискретизации, можно ограничить требуемоймалой величиной, увеличивая частотутактовых импульсов. Значения сигналов 5нужно запоминать на время не менееодного периода тактовых импульсов,В схеме устройства (фиг. 1) времязапоминания значений сигналов равно двум периодам тактовых импульсов. 10Суммирование по модулю два на сумматорах 12 и 13 разновременных иразноименных значений входных сигналов, фиксированных при их запоминании в моменты времени 1, +1, пояснено на фиг.2 стрелками: суммируютсязначения сигналов "1" или "О", определенные в моменты времени, соответствующие началу и концу стрелки.Получаемые при этом суммарные сигналы (фиг.2 , ) изображены над (под)исходными сигналами.После исключения из двух суммарных сигналов тех участков, на которых сигналы одновременно принимают 25значения "1", на выходах элементовИ 8 и 9 получаются два сигнала(фиг.2 е,ж),Затем на триггере 5 Формируютсяфронты и срезы сигнала разностной 30частоты (фиг.2 у) в моменты, когдасигналы на выходах элементов И 8и 9 принимают соответственно единич ные значения.В моменты формирования фронтовсигнала разностной частоты (фиг.2)на выходе триггера 15 формируетсясигнал знака разностной частоты(фиг.211).Доказательство того факта, что, 40данная последовательность операцийдействительно приводит к формированию сигнала разностной частоты,основано на анализе трех возможныхслучаев относительного положения 45фронтов и срезов входных сигналов(фиг.20,3). В первом случае (слева)фронт второго сигнала отстает отфронта первого сигнала, что определяет единичное значение первого суммарного сигнала и нулевое значениевторого суммарного сигнала. Во втором случае (справа), наоборот, фронтпервого сигнала отстает от фронтавторого сигнала, что соответственно 55определяет нулевое значение первогосуммарного сигнала и единичноевторого. Третий случай - точное сов а(ь.+1) ( Я= 1 а(з.) + 8 (з.+1) = О а(з.) + а(з+1) = 1(1) (2) (3) (4) Е + Е(+1) = ОРавенства (1) и (2) соответствуют необходимому условию формирования сигнала разностной частоты (для переключения триггера 5 в состояние "1"). Равенство (3) соответствует наличию фронта ипи среза у сигнала И, в данный момент времени. Равенство (4) соответствует отсутствию фронта или среза у сигнала 8 в данный момент времени. Сложение в представленных равенствах осуществляется по модулю два. падение фронтов (срезов) сигналовне позволяет получить единичные значения первого или второго суммарныхсигналов, необходимые для формирования сигнала разностной частоты. Однако ввиду неравенства частот входных сигналов после третьего случаянемедленно следуют рассмотренныепервый или второй случаи. Посколькусигнал разностной частоты следуетрассматривать с Физической стороны,как результат биений двух входныхсигналов, когда фронты (срезы) одного сигнала "обгоняют" фронты (срезы) другого сигнала, становится очевидным, что операции данного алгоритма, фиксирующие изменения во взаимномположении фронтов (срезов), приводятк формированию сигнала разностнойчастоты.Доказательством факта, что сигнална выходе триггера 15 действительноявляется сигналом знака разностнойчастоты является то, что Формирование фронтов и срезов сигнала разностной частоты возможно только послефронтов и срезов того сигнала, частота которого выше. Этот вывод следуетиз предыдущего доказательства, поскольку "обгоняющими" являются фронты (срезы) сигнала более высокой частоты, что очевидно, а формированиефронта сигнала разностной частотыпроисходит именно тогда, когдафронт (срез) из запаздывающего становится опережающим,Если частота выше у сигнала Г 1(фиг.20), то при формировании фронтасигнала разностной частоты должнывыполняться условияПри сложении (2) и (3) по модулюдва получается равенствоа(1+1) + 8(1+1) = 1 1 (5)5 которое означает, что при любых значениях сигналов Г 1 и Г, удовлетворяющих указанным условиям, и при более высокой частоте сигнала Г( сигнал знака разностной частоты на 10 выходе триггера 15 всегда равен "1", Тот же результат можно получить и при сложении равенств (1) и (4).Кроме того, если частота выше у сигнала й (фиг,2 Б), то результат в 15 равенствах (1)-(4) противоположный, В этом случае, в результате сложения равенств (2) и (3) или (1) и (4), получается результата(1+1) + 0 (+1) = О, (6)который противоположен равенству (5).Таким образом, изменению знака разности частот входных .сигналов соответствует изменение сигнала на 25 выходе триггера 15.На фиг. 2 входные сигналы близки по частоте, а по форме являются меандрами, т.е. прямоугольными импульсами со скважностью два, Выход ной сигнал разностной частоты при этом также формируется в виде меандра. Такой вид сигналов взят лишь для наглядности. Однако данный алгоритм полностью применим.к более ц широкому классу сигналов, в частности, к входным сигналам с произвольным отношением частот, к непериодическим сигналам, к сигналам с различной и переменной скважностью, к сме си сигналов с шумом. Например, предлагаемое устройство применимо к пре" образованию сигналов в виде функций Уолша, характеризуемых обобщенной частотой-частостью. Единственным требованием к сигналам является необхо 1 димость выполнения неравенства - ( 2Т ф где Т - наименьший интервал времени между переменами состояний "1" ("О") входного сигнала, Е - частота запоминания значений входного сигнала. Это условие аналогично по виду и физическому смыслу известной теореме В.А.Котельникова, относящейся к дискретизации сигналов с ограниченным спектром. Предлагаемое устройство можно применять в двух предельных случаях входных сигналов. Если частота одного из сигналов равна нулю, то операция суммирования по модулю два переменных значений одного из сигналов с постоянной величиной даст в итоге сигнал с частотой входного сигнала. Если же частоты входных сигналов равны между собой, сигналы отличаются один от другого только фазой.В этом случае после суммирования их значений и исключения из суммарных сигналов одновременно появляющихся единичных участков получаются два сигнала, из которых только один будет принимать как единичные, так и нулевые значения, второй же будет везде равен нулю, Следовательно, и раэностная частота также будет равна нулю./53 тираж 872 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 35, Москва, Ж, Раушская на