Генератор случайного потока импульсов

ВИНЯЕНТ:")О- е ( УЯ 4 Р 6 БРЕТЕНИЯЬСТВУ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 556425, кл. С 06 8 7/58, 1975..2. Авторское свидетельство СССРВ 293093, кл. С 06 Г 7/58, 1968.3. Нерсесянц А.А.и Бойченко В.МПреобразование стационарного пуассоновского потока в нестационарныйлинейно-зависимый .поток. Изв.АН ССС"Техническая кибернетика", .1967,М 3. 4. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3313257/18-24,кл. 6 06 Г 7/58, .1980 (,прототип).(54 )(57 ) 1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПОТОКА ИМПУЛЬСОВ, содержащий датчикпуассоновского, потока импульсов, первый счетчик, выходы разрядов которого соединены с соответствующимиразрядными входами первого стробированного дешифратора, управляющийвход которого через. первый элементзадержки соединен с входом "Сброс"первого счетчика, регистр кода,выходы разрядов. которого соединеныс первыми входами соответствующихэлементов И группы, выходы которыхсоединены с входами элемента ИЛИ,выход которого является выходом генератора, отличающийсятем, что, с целью расширения областиприменения путем исключения ограничения по нижней части диапазонаинтенсивностей управляемого потоЬа без снижения точности управления, он содержит равновероятностный двухполюсник, второй элемент ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ задержки, второй счетчик, второйстробированный дешифратор и группуэлементов ИЛИ,.при этом выход датчика пуассоновского.потока импульсовсоединен с входом равновероятностного двухполюсника, первый выход которого соединен с входом первогоэлемента задержки и счетным входомвторого счетчика, а второй выходравновероятностного двухполюсникасоединен со счетным входом первого счетчика, управляющим входом второго дешифратора и входом второгоэлемента задержки, выход которогосоединен с входом фСброс" второгосчетчика, выходы разрядов которого соединены с соответствующими разрядными входами второго стробированного дешифратора, выходы которогосоединены с, первыми входами соответствующих элементов ИЛИ группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первогостробированного дешифратора, авыходы элементов ИЛИ группы соеди;иены с вторыми входами соответствующих элементов И группы,2. Генератор по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что равновероятностный двухполюсник содержит, высокочастотный генератор импульсов, триггер, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены и являются входом двухполюсника, выход генератора импульсовподключен к счетному входу триггера,прямой и инверсный выходы которогосоединены с вторыми входами первогои второго элементов И соответственно, а выходы элементов И являетсявыходами двухполюсника.Изобретение относится к вычисли-.тельной технике и может быть использовано для создания асинхронных вероятностных вычислительных устройствдля моделировании случайных марковских процессов и для создайия физических мОделей и имитаторов с управляемыми вероятностными характеристиками.Известен генератор случайногопотока импульсов, содержащий источник пуассоновсного потока импульсов, элемент И, линию задержки,одновибратор, сумматор, преобразователь частота - напряжение и регулируемый источник напряжения 1 3.Этот генератор не позволяет управлять интенсивностью потока импульсов с помощью цифрового кода.Известно устройство для статистического кодирования, содержащеедатчик случайных чисел, два вентиля, генератор тактовых импульсов,схему сравнения и регистр кода.Это устройство при определенных условиях (датчике равновероятных чисел и датчика пуассоновского потокаимпульсов вместо генератора тактовых импульсов) может выполнятьзадачу цифрового управления .интенсивностью пуассоновского потокаимпульсов21,Однако это устройство требуетбольшого объема электронного оборудования.Известна простая по устройствусхема управления интенсивностьюпуассоновского потока с помощьюцифрового кода, содержащая детерминированный 1, щ - полюсник, группу элементов И, регистр кода, вентиль и датчик пуассоновского потокаимпульсов ( 3).Основной недостаток данной схе=.мы - низкое значение интенсивности ) управляемого. потока импульсов.Требуемая частота"1генераторатактовых импульсов, входящего всостав детерминированного 1, в-полюсника, определяется интенсивностью1 управляемого потока с помощью- .параметр, характеризующийдопустимый уровень последствия в выходном потоке иравный %,05.При щ = 8, что соответствует 0,5точности задания з уличения управляющего кода М,Ъ510 Л (2)ГТЧ С учетом (2) для цифрового управ.ления потоком импульсов даже с невысокой интенсивностью Л =10 имп/с требуется генератор с довольно высокой тактовой частотой5 МГц. Высокая частота переключений на управляющем входевентиля при конечной длительностиО - импульсов приводит к "Дроблению" импульсов управляемого потока,что является основной причинойнизкой функциональной надежности 1 О известной схемы,при Л 10 имп/с.Наиболее близким по техничесКойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является генераторслучайного потока импульсов, содержащий.датчик пуассоновского потокаимпульсов, регистр кода, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены совходами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора,элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор и линиюзадержки, вход которой объединенс управляющим входом стробированного дешифратора, со входом элемента задержки и подключен к выходудатчика пуассоновского потока импульсов, а выход линии задержки сое-.динен со счетным входом счетчика, ЗО вход "Сброс" которого соединен свыходом. элемента задержки, выходыразрядов счетчика соединены с соответствующими разрядными входами дешифратора, выходы которого 35,соединены со вторыми входами соответствующих элементов И группы 4(Недостатком известного генератора -является схемотехническая сложность, обусловленная смешаннымиспользованием элементов аналоговой и дискретной техники. В егосостав входит линия временной задержки импульсных сигналов на несколько средних периодов их следования, Г = (4-5)1/Л. Абсолютная 45 величина этой задержки 3 при. 104 имп/с составляет сотни мкс,что ограничивает, возможности использования генератора в нижней частидиапазона интенсивностей управ ляемого потока. к тому же зависимость необходимой величины линиивременной задержки от параметра Х.управляемого потока исключает возможность,применения извесного ге нератора для управления потоком с.произвольной интенсивностью.Целью изобретения является рас.ширение области применения генератора путем исключения ограниченияпо нижней части диапазона интенсивностей управляемого потока безснижения точности управления, а также за счет обеспечения возможности использования генератора в случае потока с произвольной интенсив ностью и упрощения его устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что генератор содержащий дат-.чик пуассоновского потока импульсов, первый счетчик, выходы разрядов которого соединены с соответствующими разрядными входами первогостробированного дешифратора, управляющий вход которого через первыйэлемент задержки соединен со входом "Сброс" первого счетчика, ре-.гистр кода, выходы разрядон которого соединены с первыми входами соответствующих элементон И группы,выходы которых соединены с входамиэлемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, введеныравновероятностный двухполюсник,второй элемент задержки, второйсчетчик, второй стробированный дешифратор и группу элементов ИЛИ,при этом выход датчика пуассоновского потока импульсов соединен свходом равновероятностного двухполюсника, первый выход которого соединен с входом первого элементазадержки и счетным входом второгосчетчика, а второй выход равновероятностного днухполюсника соединенсо счетным входом первого счетчика, упранляющим входом второго .дешифратора и входом второго элемента задержки, выход которогосоединен со входом "Сброс" второгосчетчика, ныходы разрядов которого соединены с соответствующими разрядными входами второго стро-.бированного дешифратора, выходыкоторого соединены с первыми входами соответствующих элементовИЛИ группы, вторые входы которыхсоединены с соответствующими выходами первого. стробиронанного дешифратора, а выходы элементов ИЛИгруппы - с вторыми входами соответствующих элементов И группы.Кроме того, равнонероятностныйдвухполюсник содержит высокочастотный генератор импульсов, триггер, первый и второй элементы И,первые входы которых объединены иявляются входом днухполюсника,выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера,прямой и инверсный выходы которогосоединены с вторыми входами первого и второго элементов И соответственно, а ныходы элементов И явля;ются выходами двухполюсника,В предложенном генераторе задача разделения первичного потока Лимпульсов на а независимых потоковс требуемым для цифрового управления соотношением интенсивностейЛ = (431) Л., где =0 л,у,рт-л(3)решается в следующей последовательности: разделение первичного пуасонон-ского потока импульсов интенсивнос=тью Л .на два независимых друг отдруга пуассоновских потока .с равными интенсивностями А=Л при вы полнении условия Ал+Л,р Лразделение потоков А и Л на анезависимых парциальнюь потоков, интенсивности 1 ли( которых образуют геометрические прогрессии 10 Л )и+л 1Ю лгде и = О, 1, 2 апри условии чтомч-л15. Кто (4)нлмкд.и-" (1/2) А, и = О, 1, 2, ,апри условии, что: Л и=,суммирование (объедйнение ) импульсов парциальных потоков одногопорядка и = О, 1", 2 а ь-ЛлЛ = м(1) Л +Ел/2) А- ( Цг)ЛДанный алгоритм реализуется спомощью:равновероятностного двухполюс",ника, осуществляющего разделениепервичного потока на два потока 1 л, З 0 , независимых .импульсов,двух подсистем расчетчик-стробированный дешифратор", осущестнляющих разделение потоков . и Ад, наа потоков с интенсивностями (4);35 группы (а) элементов ИЛИ, выполняющих объединение импульсов парциальных потоков одного порядкаи = О, 1; 2 а.На чертеже приведена структур ная схема генератора.Генератор содержит датчик 1 пуассоновского потока импульсов, равновероятностный двухполюсник 2;первый 3 и второй 4 элементы задержек, первый 5 и второй 6 счетчики,первый 7 и второй 8 стробированныедешифраторы, группу 9 элементовИЛИ, группу 10 элементов И, регистр11 кода и элемент 12 ИЛИ.Равновероятностный днухполюсник 50 2 содержит элемент И 13, высокочас"тотный генератор 14 импульсов,триггер 15, второй 16 элемент И,первые входЫ элементов И объединены с входом двухполюсника 2, вторые 55 входы - соединены соответственно спрямым и инверсным входом триггера15, счетный вход которого подключен к выходу генератора 14, а выходы первого 13 и второго 16 элементов И являются первым и вторымйыходом двухполюсника 2, соответственно.Датчик 1 пуассоновского потока импульсов может быть выполнен по 5 известной схеме, содержащей последовательно соединенные источникшума, усилитель, пороговый элементи формирующий каскад.Счетчики 5 и б могут быть выполнены по схеме .последонательногосоедийения двоичных статистических . 5триггеров в режиме счета импульсов.Число К триггеров определяется сучетом соотношения К1 одлв, где в .число разрядов регистра 11 кода.Стробированные дешифраторы 7 и 8 10могут быть выполнены в виде дешифратора. с потенциальными выходами игруппы элементон И,обеспечивающих прохождение импульсов опроса на .один иэ выходов стробированного дешифратора н соответствии .с текущимсостоянием счетчиков 5 и 6.Регистр 11 кода представляет собой регистр памяти, в который заносится значение управляющего кодаО Х1, представленного в видедвоичной правильной дроби.Генератор работает следующим.образом.С помощью двухполюсника 2 первичный поток импульсов датчика 1 с интенсивностью А разделяется на дванезависимых друг от друга пуассоновских потока с равными интенсивностями Л.=А так что Л +Л ЛПокажем, что двухполюсник 2 с 30предложенным составом элементов иих связями выполняет эту задачу..Импульсы датчика 1 однонременнопоступают на информационные входыпервого 13 и второго 16 элементов И. З 5На управляющие входы первого 13 ивторого 16 элементов И поступаетсоответственно прямой и инверсныйдвоичный сигнал триггера 15, ра.ботающего в режиме счета импульсоввысокочастотного генератора 14,Поскольку время пребывания элементов И 13 и 16 в открытом состоянииодинаково, то нероятности Ри Рэлементарных событий, заключающихся в том, что импульс датчика 1. 45поступающий, н случайный момент времени. появится на первом либо второмвыходе двухполюсника 2, равны исоставляют полную группу событий,т,е, Р 4 = Р= 1. Следовательно Р = 50Для обеспечения независимостираспределения импульсов первичногопотока на два потока с равными интенсивностями Л= Р А и Л -- Рл л 55частота 1 гти переключений триггера15 должна превышать интенсивностьпервичного потока на один порядок В счетчике 5. (6) фиксируется случайное число импульсов потока Л,( Л),которое появится на случайных интервалах между смежными импульсами потока Е), Каждый импульс потока) ( Л ) опрашивают дешифратор 7 (8)и через время, необходимое для окончания переходных процессов в подсистеме "счетчик-дешифратор" (этовремя задается элементом задержки 3 (4 ), гасит содержимое счетчика 5 (б ). В результате опроса дешифратора 7 (8) импульс потока Л( г)проходит на тот выход дешифратора7 (8), номер которого соответствуетсостоянию счетчика 5 (6) в момент опроса.(6) 60 В этом случае производится независимое импульсное распределение импульсов первичного потока на два потока, являющееся основным условием сохранения пуассоновских свойств и отсутствия корреляционных снязей между выходными йотоками Л и ЛеПодтверждением импульсного преобразования первичного потока является тот факт, что вероятность Р2(г ) появления на интервале1(Ггр = 0,1) Л ДвУх и более импульсов. первичного потока близка к нулюр, е 6 = - е-л- л,г е-л-.-еЯ 1о,1 е ц:о,оо 47Таким образом, предложенный двухполюсник 2 при гт 7 10 Л производит равновероятностное и независимое распределение импульсов датчика 1 по собственным выходам. При этом обеспечивается взаимная независимость выходных пуассоновских потоков иравенство их интенсивностейЛ =ЛВ силу взаимной независимости и идентичности пуассоновских потоков (Л.А процессы разделения потоков Е и Лл на в потоков с геометрическим распределением (4) интенсивностей по выходам первого 7 и второго 8 дешифраторов - независимы и реализуются с помощью одинаковых технических средств,При этомдля разделения потока Л на в потоков с распределением (4) в качестве вспомогательного (управляющего) потока используется поток Л и, наоборот, для разделения потока Л - в качестве вспомогательного используется поток А. Определим вероятности прохождения произвольного импульса потока Л,( Л), на и-ый выход дешифратора 7 (8) как вероятности Р состояний и = О, 1;2, счетчика 5 (б) в момент опроса дешифратора 7 (8). ФВременный интервал , в течениекоторого произнодится накоплениеимпульсов счетчиком 5 (6), явля=Л,=Л. Таким образом, потоки импульсов с выходов двухполюсника 2 с интен-. сивностями ) и 1,разделяют на выходах дешифраторов 7 и 8 на в парциальных потоков с интенсивностями (4).Элементы ИЛИ группы 9 служат целям суммирования (объединения ) парци. альных потоков одного порядка. На выходах элементов ИЛИ группы 9 образуются потоки импульсов с интенсивностями (5). 7,ется случайной величиной, распределенной по законуВероятности появления ровно п О, 1, 2, импульсов пуассоновского потока за фиксированный отрезок времени т определяются выражением Р Рот)" -л тРь(т)= и Е ", 7)0 (8) Вероятности, Р появляются ровнО и импульсов потока Ко за случайны отрезок време:и, распределенный по закону (7), находим с помощью операцииосреднения вероятностей (8) по всем возможным значениям интервала 0Т с ръфф"о ии+ль=Хм(Т)%(ГЧГ= , ДСе-"О )(; (9)оПо таблицам интегралов опреде- ляем 3 С 8 " с - .И)Яро) " " (10) Подставляя(10) в (9), получимИ+1РИй,и-оа " В соответствии с установленнымв регистре 11 кодом 0 Х 1 будутоткрыты те элементы И группы 10, которые соответствуют разрядам регистра 11, содержащим единицы а = 1. На5 выходе элемента ИЛИ 12 образуетсяпуассоновский поток импульсов,интенсивность ). которого линейносвязана с интенсивностью датчика 1значением кода Х, представленногоЯ в виде двоичной правильной дроби О,а, а, , аЛ(Х)=О,04,аЛ=Х Лгде а;Е 0,1,= 1,е, О Х 1.При необходимости получения до.полнительного потока с интенсивностью (1-Х)1 может быть использован второй канал цифрового управления в виде блока элементов И-ИЛИ,подключенного параллельно к выхо 2 О дам элементов ИЛИ группы 9 и нуле-,вым выходам соответствующих разрядов регистра 11 кода,Технико-экономический эффектпредложенного генератора определя-25 ется следующими факторами:отсутствие линии временной эадержки существенно расширяет областьприменения генератора за счет упрощения конструкции генератора и исклю 3 О -чения ограничения диапазона интенсивностей управляемого потока импульсов в нижней его части,методическая погрешность управлений интенсивностью пуассоновского потока импульсов как и в случаеизвестного генератора равна нулю,схема управления в предложенномгенераторе содержит минимальноечисло внешних контактов ( связей) исостоит из простейших, структурных и4 О логических элементов дискретной техники, что создает улучшенные возможности для выполнения ее в видеунифицированной микросхемы на основе интегральной технологии.одписноСР д.4 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная Заказ б 011/50 Ти Госу по делам 113035, Москв