Устройство задержки низкочастотных сигналов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ Союз Советскид Социалистических Республик(22) Заявлено 2201,79 (21) 2716508/18-21с присоединением заявки йо(51)М. Кл.303 Н 7/30 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Горьковскйй политехнический институт им. А.А.Жданова(54) УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к области электрических цепей полного сопротивления, а именно к многополюсникам, представляющим собой схемы задержки электрических сигналов, и может применяться в радиотехнических устройствах и системах, где необходимо осуществлять задержку сигналов низких и инфранизких частот на время, значительно превышающее время згдержки, используемой в предлагаемом устройстве линии задержки,Известен ряд устройств задержки сигналов, имеющих целью увеличение 15 времени задержки сигналов. Для получения временных задержек сигнала свыше 10 мс в настоящее время используются рециркуляторы,Известно устройство задержки с 20 использованием рециркулятора на основе линии задержки, охваченной через элемент запрета и элемент совпадения обратной связью 11 .Однако такое устройство нельзя 25 непосредственно, использовать с целью увеличения времени задержки, так как примитивный алгоритм рециркуляции импульсов не позволяет осуществить сжатие сигнала во времени, 30 необходимое с информационной точки зрения.Известно устройство задержки электрических сигналов, содержащее каскадно включенные модулятор, рециркулятор на основе ультразвуковой линии задержки, охваченной положительной обратной связью, с устройством сдвига спектра, и демодулятор, а между выходом рециркулятора и демодулятором включен полосовой фильтр 2 .В указанном устройстве значительно увеличено время задержки сигнала за счет его многократной циркуляции по линии задержки с большой информационной емкостью. Однако жесткие требования к стабильности коэффициента передачи и формы частотной характеристики петли обратной связи являются существенным недостатком известного устройства, ограничивающим область его применения.Известно устройство задержки электрических сигналов, содержащее каскадно включенные генератор тактовых импульсов, модулятор, рециркулятор на основе линии задержки, охваченной через сумматор обратной связью, и демодулятор, а между сумматором н линией задержки включено формирующее устройство, вход модулятора соединен с входом элемента совпадения, включенного между выходом рециркулятора, и через триггер - с входом демодулятора. а через инвертор - с входом элемента совпаде 3 ния, включенного в упомянутой цепи обратной связи 13.(. Однако известное решение не обеспечивает достаточно длительную за держку сигналов.Максимально достижимое время задержки сигнала при заданном значении времени задержки, используемой в рециркуляторе ультразвуковой линии задержки, ограничено взаимным влиянием импульсов, циркулирующих в петле обратной связи рециркулятора.Действительно, отклик линии задержки на бр -импульс, действующий на ее входе, представляет собой радио- импульс с частотой заполнения, равной центральной частоте полосы пропускания линии задержки и огибеющей, вид которой зависит от вида амплитудно- частотной характеристики линии задержЗ ки. В частности, при колокольной Форме амплитудно-частотной характеристики огибающая отклика на выходе линии задержки имеет колокольную форму. Чем уже относительная полоса 39 пропускения линии задержки Ь=д/иР(где с 6-полоса пропускания линии задержки;ЬЗО-центральная частота ее амплитудно-частотной характеристики), тем больше протяженность отклика во вре мени.Дгж получения длительной временной ещержки необходимо уяеличинать число циркуляций импульсов, что сопровождается уменьшением временного интервала между ними, а следовательно, увеличением взаимного влияния откликон на их временное положение.Таким образом, формирующее устройстно на входе линии задержки ныраба тывает-импульсы с некоторой ошибкой их временного положения. Так как информация о мгновенных значениях задерживаемого сигнала в известном устройстве заключена во временном Я положении циркулирующих по петле обратной связи импульсов, а ошибка в процессе циркуляции и многократного формирования имгульсов на входе ультразвуковой ликии задержки на- у каплинается, взаимное влияние откликон приводит к возникновению искажений задержанного сигнала, которые увеличиваются по мере уменьшениявременного интервала между циркулирующими по цепи положительной обрат- ЮО ной связи импульсами.Указанные обстоятельства приводят к ограничению числа циркуляции значением порядка 50-100 в зависимости от относительной полосы пропускания 65 линии задержки и требуемого динамического диапазона.Цель изобретения - увеличениевремени задержки сигнала.Для достижения указанной цели вустройство задержки низкочастотныхсигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, модулятор, сумматорвключенные последовательно, линиюзадержки, элемент совпадения, подключенный выходом к второму входусумматора, второй элемент совпадения, демодулятор, введен стробиру"ющий каскад, вход которого соединенс выходом линии задержки, а выход -с входами элементов совпадения, другие входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов,импульсный вход стробирующего каскада подключен к стробирующему выходу генератора тактовых импульсов,при этом модулятор выполнен в видеаналого-цифрового преобразователя,другой вход которого соединен состробирующим выходом генератора тактовых импульсов, а демодулятор выполнен в виде цифроаналогового преобразователя и подключен к выходувторого элемента совпадения.Переход от нремяимпульсной модуляции выборок задерживаемого сигнала к их цифровому представлению позволяет осуществить стробирование сигнала на выходе ультразвуковой линиизадержки и тем самым полностью регенерировать значения выборок, циркулирующих в петле обратной связирециркулятора.В результате такого схемного решения удается увеличить число циркуляций сигнала, а следонательно, время его задержки, Число циркуляцийограниченной во времени реализациисигнала может быть выполнено скольугодно большим без потери содержащейся в нем информации.На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства задержки низкочастотных сигналов; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие принцип задержки сигнала; на фиг, 3временные диаграммы, пояснякщие принцип стробиронания кодов,Устройство (Фиг. 1) содержит модулятор 1, тактируемый генератором2 тактовых импульсов, причем выходмодулятора (аналого-цифрового преобразователя) 1 соединен с входомрециркулятора, выполненного нз последовательно соединенных сумматора3, ультразвуковой линии задержки 4,стробирующего каскада 5, первогоэлемента 6 совпадения, второй входкоторого соединен с выходом селекторных импульсов (точка а) генера"тора 2 тактовых импульсов, а такжес селекторным входом второго элемента 7 совпадения, сигнальный вход которого подключен к выходу рециркуля 790107тора, а к выходу второго элемента 7 совпадения подключен демодулятор (цифроаналоговый преобразователь) 8.Предлагаемое устройство работает следукщим образом.Генератор 2 тактовых импульсов вырабатывает два ряда опорных импульсов. Селекторные импульсы (точка а, фиг1) имеют период следованияТС 1 фгде Р, - наивысшая частота активного спектра задерживаемого сигнала 5(с). Стробирующие импульсы (точка с, фиг. 1) следует с периодом Ь 2 В/530 где од - центральная частота полосы пропускания ультразвуковой линии задержки 4, Под воздействием опорных импульсов модулятор 15 (аналого-цифровой преобразователь) 1 преобразует непрерывный сигнал 5(с) подлежащий задержке, в последовательность выборок из сигнала 5(с) представленных двоичным ко- Щ дом. Причем период следования кодов выборок равен Ттт.е. сигнал 5(с) .дискретизируется во времени в соответствии с теоремой Котельникова, а период следования двоичныхсимволов (нулей и единиц) внутри кода выборки равен периоду следованиястробирующих импульсов Ьс (Фиг. Зб, с).Рассмотрим организацию накопления кодов выборок в рециркуляторе, пользуясь блок-схемой (фиг. 1) и диаграммами (Фиг. 2). Для удобства описания наиболее характерные точки блок-схемы (фиг. 1) обозначены буквами а, б, в, г, д, е, с, а соответствующие им временные диаграммы приведены на Фиг. 2 и 3. Кроме того, коды выборок, отображающие мгновенные значения сигнала 5 в моменты времени, й ,и обозначены соответственно цифрами 1, 2, 3, 40Пусть в момент времени й на вход сумматора 3 (точка б) поступает код выборки 1, отображающий мгновенноезначение сигнала 5 в момент времени. Пройдя сумматор, он посту пает на вход ультразвуковой линии .задержки 4 и через время задержки линии Т появляется на входе стробиЪрующего каскада 5 в виде импульснойреакции ультразвуковой линии задери- р ки на короткие импульсы, соответствующие единицам кода выборки 1 (Фиг. 3, диаграмма г). При выполнении усл: - вия Т 5 /ь=й где к - целое число, максимумы импульсной реакции ультразвуковой линии задержки достаточно точно совпадают по времени со стробирующими импульсами (Фиг. 3, диаграмма с), Таким образом, на выходе стробирующего каскада 5 образуется регенерированный по форме код выбор О ки 1. Для предотвращения ложного срабатывания стробирувжего каскада в моменты действия максимумов осцилляцик импульсной реакции, прилеганхцих к центральному выбросу, сигналь ный вход стробирующего каскада (фиг 1 Гточка г) выполнен с некоторым поро-гом д который составляет 90-70от максимума центрального выброса.Далее код выборки 1 поступает навход первого элемента б совпадения,который находится в открытом состоянии при отсутствии на втором его входе селекторного импульса, поступающего с выхода генератора 2 тактовых импульсов. Последнее иллюстрируется диаграммами д и а (Фиг. 2).Пройдя первый элемент совпадения,код выборки 1 через второй вход сумматора вновь поступает на вход линиизадержки 4,Процесс циркуляции кода выборки1 по петле обратной связи рецкркулятора продолжается до тех пор, покай-ная циркуляция кода выборки 1 несовпадет по времени действия с селекторным импульсом ,диаграммы д и ана фиг. 2). Прк этом первый элемент б совпадения прекращает дальнейшую циркуляцию выборки 1 по петлеобратной связи рециркулятора, а эле- .мент 7 совпадения открывается пропуская код выборки 1 на вход цифроаналогового преобразователя 8.Аналогично происходит циркуляцияк селекция кодов выборок 2, 3 п,Условие несовпадения во времени кодов отдельных выборок, циркулирующихпо петле обратной связи рециркулятора, обеспечивается ьакенствомт =1 .гьили равенствомТЗ = г+гЬ 1где 1 - целое положительное число;г - число двоична разрядов кодавыборки, определяемое требуемьг; динамическим днагазоном устройства задержки.Число 1 определяет алгоритм рециркуляции (последовательность накопления выборок в петле обратной связи рецирку.:ятора) не отражаясь на схемном решении устройства задержки. В связк с этим на фиг. 2 изображен один кз наиболес простых алгоритмов рециркуляции, соответствующий значению 1=1 и условию несовпадения выборок Т /Т +где.Так как коды выборок 1, 2, Зп селектируются на выходе рециркулятора после й-кратного прохождения через ультразвуковую линию задержки 4 с временем задержки ТЗ, выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 8 задерживается на время ИТ по отношению к входному сигналу 5(с) совпадая с ним по Форме с точностью до шага квантования по уровню.В связи с тем, что код выборок, циркулирующих по петле обратной связи рециркулятора, регенерируется после прохождения ультразвуковой линии задержки полностью, в процессе циркуляции задерживаемого сигнала не происходит потери информации, как этоимеет место в известном устройстве,Формула изобретения5устройство задержки низкочастотных сигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, модулятор, сумматор, включенные последовательно, линию задержки, элемент совпадения, 1 О подключенный выходом к второму входу сумматора, второй элемент совпадения, демодулятор, о т л и,ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения времени задержки, в него вве-ден стробирующий каскад, вход которогс соединен с выходом линии задержки, а выход - с входами элементов совпадения, другие входы которых подключены к выходу генератора тактовых що импульсов, импульсный вход стробирукщего каскада подключен к стробирующему выходу генератора тактовых импульсов, при этом модулятор выполненв виде аналого-цифрового преобразователя, другой вход которого соединенсо стробирующим выходом генераторатактовых импульсов,а демодуляторвыпблнен в виде цифроаналоговогопреобразователя и подключен к выходу второго элемента совпадения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3277381,кл, 333-30, опублик. 04.10.66.2. Авторское свидетельство СССРР 465716, кл, Н 03 Н 7/30, опублик.22.01.73.3, Авторское свидетельство СССРУ 595844, кл. Н 03 Н 7/30, опублик.12.07.76 (прототип),