Устройство задержки импульсов

,ЯО 11 671 А 4(51) Н 03 К 5/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕ МИТЕТ СССРИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(71) Казанский ррдена ТрудовогоКрасного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт .им, А.Н.Туполева(54)(57) 1УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИИМПУЛЬСОВ, содержащее инерционноезвено, компаратор и формирователь,вход которого является входом устройства, выход подсоединен к входуинерционного звена, а вьжод компаратора является выходом устройства,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей за счет Формированияслучайной задержки с регулируемымистатистическими параметрами, в неговведены три ключа, генератор случайного напряжения и блок сигналов коммутации, выходы которого подключенык управляющим входам соответствующихключей, основной вход первого ключаподсоединен к выходу инерционногозвена, а выход - к первому входу компаратора, выход которого подсоединен к первому входу блока сигналов коммутации, второй вход которого подсоединен к выходу формирователя, а третий вход является управляющим, основ ной вход второго ключа подсоединен к прямому выходу генератора случайного напряжения, инверсный выход которого подсоединен к основному входу третьего ключа, выход которого соединен с выходом второго ключа и вторым входом компаратора.2, Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок,сигналов коммутации содержит два элемента ИЛИ, два элемента ЗАПРЕТ и эле мент НЕ-И, первый вход блока сигналов коммутации соединен с инверсным входом первого элемента, ЗАПРЕТ и первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока сигналов коммутации, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, инверсным входом второго элемента ЗАПРЕТ, первым входом элемента НЕ-И и прямым ъ 1 входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом ед второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, а выход второго элемента ИЛИ является вторым выходом блока сигналов коммутации, третий вход которого соединен с вторым входом в элемента НЕ-И и прямым входом второго элемента ЗАПРЕТ, выход которого является третьим выходом блока сигналов коммутации.Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может быть использовано для полученияслучайных временных задержек, а также для физического моделирования 3устройств задержкм с учетом нестабильности или разброса временных параметров.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей 10устройства за счет формирования случайной задержки с регулируемыми статистическими параметрами,На фиг. 1 приведена структурнаясхема предлагаемого устройства; на Ифиг, 2 - временные диаграммы работыустройства и таблицы истинности сигналов управления ключей.Устройство задержки импульсовсостоит из формирователя 1, инерционного звена 2, компаратора 3, трехключей 4, 5 и б; блока 7 сигналовкоммутации и генератора 8 случайногонапряжения. Вход блока 1 и выходблока 3 являются соответственно входом и выходом всего устройства, Вход9 является входом управляющего сигнала.Вход устройства через формирователь 1 подсоединен к входу инерцион- З 0ного звена 2, выход которого подключен к первому входу компаратора3 через ключ 4 по его основному входу. Второй вход компаратора 3 соединен с выходами ключей 5 и 6, а еговыход является выходом устройства ксоединен с первым входом блока 7сигналов коммутации, второй входкоторого подключен к выходу формирователя 1, а первый, второй и третийего выходы соединены соответственнос управляющими входами ключей 4-6,Основные входы. ключей 5 и 6 подключены соответственно к прямому иинверсному выходам генератора 8 45случайного напряжения. Вход 9 явля"ется третьим входом блока сигналов7 коммутации.Блок 7 сигналов коммутации содержит первый элемент ИЛИ 10, первый з 0вход которого является первым входом.блока 7 и соединен с инверсным входом первого элемента ЗАПРЕТ 11, авторой вход является вторым входомблока 7 и соединен с прямым входом ззпервого элемента ЗАПРЕТ 11, первымвходом элемента НЕ-И 12 и инверсивным входом второго элемента ЗАПРЕТ 13, прямой вход которого являетсятретьим входом блока 7 и соединен свторым входом элемента НЕ-И 12, выход которого соединен с одним извходов второго элемента ИЛИ 14, другой вход которого подключен к выходупервого элемента ЗАПРЕТ 11,Выходы первого 10 и второго 14элементов ИЛИ, а также выход второгоэлемента ЗАПРЕТ 13 являются соответст.венно первым, вторым и третьим выходами блока 7 сигналов коммутации.Формирователь 1 слжитдля формирования стабильных уровней напряжения логических сигналов "0" и 1" изсоответствующих входных сигналов,амплитуда которых может иметь большой разброс. В качестве его могутбыть использованы, например, инверторы.или логический повторитель.В данном случае в качестве формирователя 1 применен логический повтори-тель.С помощью инерционного звена 2осуществляется основная функция задержки во времени. Это звено можетбыть реализовано на основе КС-цепочки (либо как пассивная схема, либос операционным усилителем). Входнымисигналами для звена 2 являются прямо"угольные импульсы с формирователя 1.Компаратор 3 обеспечивает формирование выходных сигналов, являющихсярезультатом задержки входных, Времязадержки зависит от постоянной времени инерционного звена 2 и уровняпорогового напряжения, подаваемогона второй вход компаратора 3,Ключи 4-6 предназначены для коммутации аналоговых сигналов по основным входам, Управляющие сигналы в виде уровней "О" и "1" подаются на управляющие входы этих ключей. Если действует управляющий сигнал "О, то ключ закрыт и входное напряжение с основного входа не проходит на выход, если "1", то выходное напряжение драк- тически равно напряжению по основному входу ключа, т.е. ключ открыт. Обозначаем управляющие сигналы ключей 4-6 соответственно через К К, (фиг. 2 а). Эти управляющие сигналы формируются блоком 7 сигналов коммутации, представляющим собой логическую схему, Входными сигналами для блока,7 служат сигналы выхода формирователя 1, выхода компаратора 3 (выхода всего устройства) и спе з 11576циального входа 9 управления н зависимости от сигнала, на которомустройство может обеспечивать дварежима работы: режим формированияотрицательной корреляции и режим 5формирования положительной корреляции временной задержки соседних фронтов входных импульсов./Случайность задержки во времениобеспечивается с помощью генератора 1 О8 случайного напряжения, формирующего флуктуирующее пороговое напряжение для компаратора 3. Генератор8 состоит, например, иэ датчика 15случайных сигналов, Формирующего случайный процесс типа обобщенного телеграфного сигнала. Частота дискретизации этого сигнала задается элементом 16 настройки. Сигнал телеграфноготипа с выхода датчика 15 сглаживает ся фильтром 17 нижних частот, навыходе которого формируется случайноенапряжение с распределением, близким к нормальному. Верхняя частотаспектра этого напряжения может задаваться элементами 16 и 18 настройки.Усилитель 19 Формирует на своих выходах два противофазных случайныхнормальнораспределенных напряженияс регулируемыми средним значениеми дисперсией с помощью элементов соответственно 20 и 21.Такое построение генератора 8случайного напряжения обеспечиваетнезависимые регулировки спектральной характеристики, дисперсии и 35среднего значения нормальнораспределенных напряжений с обоих выходов.Устройство работает следующимобразом,Задерживаемый импульсный процесс 40подается на вход формирователяС его входа процесс А е 0,1 , восстановленный по обоим уровням, пос-тупает на вход инерционного звена 2,в котором происходит преобразованиепрямоугольных импульсов в экспоненциальные. Далее эти импульсы с экспоненциально затянутыми фронтами через ключ 4 поступают на первыйвход компаратора 3. По второму входу 50компаратора действует случайное опорное напряжение, подаваемое от генератора 8 случайного напряжения черезключ 5 или 6. Когда напряжениепо первому входу компаратора 3 превы сит опорное напряжение, на выходеустройства формируется перепад логических уровней типа "0- 1", что оз 71 4начает формирование одного из задержанных фронтов, Совокупность чередуемых перепадов "О-ф"1", "1- 0" на выходе компаратора 3 составляют выход-, ной импульсный процесс В е О, 1 , препредставляющий собой задержанный на случайные интервалы времени входной процесс (а также процесс А, если в качестве формирователя 1 применен логический повторитель).Устройство может работать в двух режимах: в режиме формирования отрицательной и в режиме формирования положительной корреляций времени задержки соседних фронтов входных импульсов, что соответствует подаче на вход 9 управления блока 7 сигна лов коммутации сигнала С, равного соответственно "0" и "1".На фиг. 2 а представлены временные диаграммы работы устройства при С = О. В этом случае ключ 6 постоянно закрыт (Кз = О) и на компараторе 3 происходит постоянное сравнение экепоненциальных импульсов со случайным напряжением, снимаемым с одного выхода генератора 8 случайного напряжения. В этом режиме происходит формирование отрицательной корреляционной связи между задержками соседних фронтов входных импульсов. Отрицательный знак корреляции временных задержек Формируется за счет положительной корреляции опорного напряжения во временных точках, соответствующих Формированию двух соседних фронтов выходного процесса В, Например, опорное напряжение при формировании передачи типа "0 1" повысилось, тогда задержка по этому фронту изменится относительно среднего значения в сторону увеличения, Если к моменту Формирования следующего по времени перепада типа "1- 0" опорное напряжение также будет выше среднего, то задержка по этому фронту уже уменьшится, Таким образом, сужая с помощью элементов 16 и 18 спектр случайного напряжения, увеличивают значения положительной корреляции опорного напряжения во всех временных точках, включая моменты срабатывания компаратора 3, тем самым увеличивают степень отрицательной корреляции временных задержек соседних (противоположных по знаку) фронтов входных импульсов.Работа устройства в режиме формирования положительной корреляции(при С = 1) иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 2 Б). Отличие от предыдущего режима состоит в том, что ко второму входу компаратора 3 поочередно подключаются с помощью ключей 5 и 6 случайные напряжения то с прямого, то с инверсного выхода генератора 8 случайного напряжения. Благодаря этому в соседних временных точках сравнения напряжений значения процесса на втором входе компаратора будут находиться в отрицательно коррелированной связи, а соответствующие им временные задержки - положительно коррелированы.Процесс формироцания опорного напряжения Пк к , снимаемого с объединенных выходов ключей 5 и 6, иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 2 Ь).В момент начала действия уровня " 1" по входу устройства, а следовательно, и по выходу формирователя 1 (процесс А, фиг. 2 К) происходит подключение с помощью ключа 5 второго входа компаратора 3 к прямому выходу генератора 8 (К = 1, К = 0), в результате чего подготавливается момент формирования выходного перепада процесса Ь типа "0-4-1 на А в момент окончания действия по входу устройства уровня "1" напряжение Ч к определяется уже напряжением с инверсного выхода генератора 8, благодаря открытому ключу 6 (К =О, Кз = 1), что обеспечивает формирование выходного перепада процесса 8 типа " 1 з Она Аналогичным обРазом происходит формирование опорного нап. ряжения и соответствующих при этом временных задержек для остальных входных импульсов в случае С = 1 (режим формирования положительной корреляции временных задержек). Для формирования статистически независимых временных задержек необходимо с помощью элементов 16 и 18 обеспечить достаточно широкополосный случайный процесс с выходов генератора 8, такой, чтобы интервал корреляции опорного напряжения был значительно меньше минимально возможной длительности (и паузы) входных импульсов. Сигнал управления на входе 9 при этом может быть любым, т.е, С е 0,1В целях обеспечения устойчивой работы компаратора 3 в обоих режимах (са 0,11 ) ключи 4-6 оммутируют сигналы соответственно с инерционного звена 2 и с выходов генератора 8 таким образом, что после очередного срабатывания компаратора 3 5 входная разность напряжений на еговходах значительно возрастает. Этопозволяет избежать ложные срабатывания компаратора 3 от возможных колебаний случайного опорного напряже О ния около точки сравНения. Действиетакого гистерезисного эффекта (приС = 0) иллюстрируется временной диаграммой (фиг. 2 а).Перед моментом формирования выход ного перепада процесса Ь типа "01"ключ 5 открыт (К = 1), а ключ 4закрыт (К = 0), в качестве опорногонапряжения компаратора 3 действуетслучайное напряжение с прямого выхо да генератора 8. После срабатываниякомпаратора 3, т.е. после формирования выходного перепада типа "О 1"ключ 5 закрывается (К, = О) и уменьшает опорное напряжение до нуля пу тем отключения от прямого выхода генератора 8 при наличии напряжения синерционного звена 2 (К = 1). Этообеспечивает достаточно большую разность входных напряжений компаратощ ров 3 П - Ч к (за счет 0,0) .После подачи на вход устройства перепада "1-ю.О" происходит опять подключение случайного напряжения(К, = 1) к второму входу компаратора,(при этом К = 1), после срабатываниякоторого разность Пк- Цк увеличивается за счет отключения от основного входа компаратора 3 (К 1 = О) напряжения с инерционного звена 2(Пк - О). Аналогичные гистерезисныесвойства (при С = 1) работы компаратора 3 и ключей 4-6 иллюстрируютсявременными диаграммами (фиг, 20).Работа .ключей обеспечивается блоком 7 сигналов коммутации, управляющими ключами 4-6, выполненными ввиде комбинационной схемы (фиг. 1,блок 7). Таблицы истинности сигналовуправленйя ключей 4 (К), 5 (К,)и 6 (К ) приведены на фиг. 2 а, б. В предлагаемом устройстве может регулироваться дисперсия временных задержек посредством изменения дисперсии опорного напряжения с помощьюэлемента 20,Изменением среднего значения выходного напряжения усилителя 19 с помощью элемента 21 регулировки1157671 10 ис. У можно задавать различные степени временной нелинейности устройства задержки, т.е. обеспечивать различные средние значения временных задержек перепадов типа "0- 1" и "1-0". Например, если среднее значение обоих напряжений с выходов усилителя 19 больше половины амплитуды напряжения с выхода инерционного звена 21 то среднее время задержки перепада 1 и Ф0 - 1 меньше среднего значения задержки перепада " 1 0" и наоборот, если среднее значение опорного напряжения меньше половины амплитуды сигнала с инерционного звена 2, При равенстве среднего значения опорно. го напряжения половина амплитуды экс. поненциальных импульсов с выхода звена 2 формируются одинаковые средние задержки по обоим фронтам входных импульсов, т.е. в этом случае задержка линейная, Средняя величина временной задержки задается постоянной времени инерционного звена 2. Учитывая, что закон распределения задержки определяется законом распределения опорного напряжения с генератора 8, можно с помощью элементов 16 и 18 настройки задавать не только нормальное распределение, но и,например, параболическое, рав-номерное, арксинусоидальное и пр. Применение в предлагаемом устройстве ключей, блока сигналов коммутации и генератора случайного напряжения с элементами регулировки спектра, среднего значения, дисперсии и закона распределения по сравнению с известным позволяет реализовать случайные временные задержки с регулируемыми статистическими параметрами (дисперсией, математическим ожиданием, корреляционной функцией, законом распределения и сТепенью нелинейности), что значительно расширяет функциональные возможности устройства.1157671 шетни 54В Тираж 872 НИИПИ Государственно по делам изобретен 035, Москва, Ж, Рау