Устройство временной привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала

,ЯОИ 936 О 51 4 С 01 к 25/00 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ щръ 1 рэ рр Ц,., 13(56) Авторское свидетельство СССР789855, кл. С 01 К 23/00, 1980.Авторское свидетельство СССР779902, кл. С 01 К 25/00, 1980. к входу усилителя-ограничителя, о т -л и ча ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности привязки кэкстремальным значениям гармонического сигнала и расширения частотногодиапазона, в него введены Р-триггер,дешифратор, формирователь, вторыеэлемент ЗИ, вход которого подключен к второму выходу триггера управления элемент задержки и суммирующий счет" чик, причем выход генератора подклюсчен к С-входу П-триггера, 0-вход которого подключен к выходу усилителя- ограничителя, первый выход Э-триггера подключен к вторым входам первого элемента ЗИ и первого ключа, а также к первому входу третьего ключа, его второй выход - к вторым входам второго элемента ЗИ и четвертого ключа, а также к первому входу второго ключа, вторые входы второго и третьего Ж Ю(54) (57) УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ПРИВЯЗКИ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее генератор, усилитель-ограничитель, первый, второй, третий и четвертый ключи триггер управления, элемент ЗИ,.элемент ИЛИ, элемент. задержки, суммирующий счетчик, элемент записи ивычитающий счетчик, причем информа- ключей соединены с выходом формирова.ционные входы элемента записи под- теля и входом записи вычитающего счетключены к выходным разрядным шинам . чика, выходные разрядные шины котосуммирующего счетчика, а выходы эле- . рого соединены с соответствующимимента записи соединены с установоч- входными шинами дешифратора, выходными входами вычитающего счетчика, которого подключен к входу формировапри этом выход генератора подключен теля, кроме того, выходы второго ик первому входу. первого ключа, выход третьего ключей соединены соответсткоторого соединен со счетным входом венно с входами первого и второгосуммирующего счетчика, выходы второ- элементов задержки и соответственного и третьего ключей. подключены соот- с первым и вторым входами блокировветственно к Я-входу и к-входу триг- ки передачи кода по основным и допол.гера управления, один из выходов ко- нительным информационным шинам элеторого является одним из выходов уст- мента записи, причем дополнительныеройства и подключен одновременно к информационные шины элемента записипервому входу элемента ЗИ, выход ко. подключены к соответствующим выходторого соединен с первым входом эле- ным разрядным шинам второго суммимента ИЛИ, выход кофгорого подключен рующего счетчика, а входы сброса перк счетному входу вычитающего счетчика, вого и второго счетчиков подключеныа входная шина устройства подключена соответственно к выходам первого ивторого элементов задержки, третьи входы элементов ЗИ подключены к выходу генератора, выход второго элемента ЗИ соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход четвертого ключа подключен к счетному входу .вто 1193600рого суммирующего счетчика, а входы записи суммирующих счетчиков и вход сброса вычитающего счетчика соединены с шиной "Пуск" устройства, вторым выходом которого является второй выход триггера управления.Изобретение относится к электрорадиоизмерениям и предназначено для Использования в широкодиапазонных измерителях частотно-временных параметров сигналов.Цель изобретения - повышение точности привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала и рас- .ширение частотного диапазона устройства за счет исключения погрешности, которая вызывается ассиметрией сигнала, и подавления шумовой составляющей в сигнале.Расширение частотного диапазона ,обусловлено снижением требований к ,быстродействию счетчиков, что обеспечивается в результате привязки не только к положительной, нои к отрицательной полуволне сигнала.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 ввременные диаграммы, поясняющие его функционирование.Устройство содержит генератор .1, усилитель-ограничитель 2, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 ключи, триггер 7 управления, элемент ЗИ 8, элемент ИЛИ .9, элемент 10 задержки, суммирующий счетчик 11, элемент 12 записи и вычитающий счетчик 13, При этом информационные шины элемента 12 записи подключены к выходным разрядным шинам суммирующего счетчика 11, а выходы элемента 12 записи соединены с установочными входами вычитающего счетчика 13. Выход генератора 1 подключен к первому входу первого ключа 3, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика 11, выходы второго 4 и третьего 5 ключей подключены соответственно к Б-входу и К-входу триггера 7 управления, один из выходов которого, являясь одним из выходов устройства, подключен одновременнок первому входу элемента ЗИ 8, выходкоторого соединен с первым входомэлемента ИЛИ 9, выход которого под ключен к счетному входу вычитающегосчетчика 13, а входная шина устройства подключена к входу усилителяограничителя 2.Кроме того, устройство содержит 1 О Р-триггер 14, дешифратор 15, формирователь 16, вторые элемент.ЗИ 17,элемент .18 задержки и суммирующийсчетчик 19,. причем выход генератора1 подключен к С-входу П-триггера 14, 15 П-вход которого подключен к выходуусилителя-ограничителя. 2, первый выход 0-триггера 14 подключен к вторымвходам первого элемента ЗИ 8 и первого ключа 3, а также к первому входу 20 третьего ключа 5. Второй выход Э-триггера 14 подключен к вторым входамвторого элемента ЗИ 17 ичетвертогоключа 6, а также к первому входувторого ключа 4, вторые выходы вто рого 4 и третьего 5 ключей соединеныс выходом формирователя 16 и входомзаписи вычитающего счетчика 13, выходные разрядные шины которого соедине. ны с соответствующими входными шинаЗр ми дешифратора 15, выход которогоподключен к входу формирователя 16.Выходы второго 4 и третьего 5ключей соединены соответственно свходами первого 10 и второго 18 эле ментов задержки и соответственно спервым и вторым входами блокировки,передачи кода по основным и дополнительным информационным шинам элемента12 записи, причем дополнительные ин формационные шины элемента 12 записиподключены к соответствующим выходным разрядным шинам второго суммирующего счетчика 19, а выходы сбросавторого 19 и первого 11 суммирующихсчетчиков подключены соответственно к выходам первого 10 и второго 18 элементов задержки, третьи входы элементов ЗИ 8 и 9 подключены к выходу генератора 1, выход второго эле . мента ЗИ 17 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 9, выход четвертого ключа 6 соединен со счетным входом второго суммирующего счетчика 19.Входы записи суммирующих счетчиков 10 11 и 19 и вход сброса вычитающего счетчика 13 соединены,с шиной "Пуск" устройства, вторым выходом которого является второй выход триггера 7 управления, причем этот выход соеди нен с первым входом второго элемента ЗИ 17.Устройство работает следующим образом.Предположим, что на вход устрой ства подается гармонический сигнал, в котором отсутствуют шумы (фиг.2 ц). На выходе усилителя-ограничителя Формируются прямоугольные импульсы (фиг. 2 И), фронты и срезы кото рых соответствуют переходам входного сигнала через нулевой уровень. Эти импульсы подаются на П-вход Э-триггера 14, на С-вход которого подаются импульсы с выхода генератора 1. Частота й Г следования тактовых импульсов с выхода генератора 1 (фиг. 2 И) значительно превышает частоту входного сигнала Р. Р-Триггер14 переключается по заднему фРонту тактовых импульсов. В результате на его выходе формируется сигнал, изображенный на фиг. 21..допустим, что в момент пуска устройства счетчики 11, 13 и 19 нахо дятся в произвольном состоянии(фиг. 23, е и). Пусть, кроме того, триггер 7 управления находится в единичном состоянии (Фиг. 2 и); кроме того, обеспечивается прохождение 45 тактовых импульсов через открытый первый ключ 3 на счетный вход первого суммирующего счетчика 11, код которого линейно возрастает во времени (фиг. 2 с 1). Одновременно тактовые, 50 импульсы через элемент ЗИ 8 и элемент ИЛИ 9 проходят на счетный вход вычитающего счетчика 13, код которог 9 линейно уменьшается во времени(фиг. 2 ж). Если за время действия 55 положительной полуволны входного сигнала код вычитающего счетчика не достигнет нулевого значения, то в течение отрицательной полуволныэтого сигнала состояния всех счетчиков останутся неизменными, а с приходом следующей положительной полуволны входного сигнала будет продолжено нарастание кода на счетчике 11 и уменьшение кода на счетчике 13.В момент достижения вычитающим счетчиком 13 нулевого значения кода на выходе формирователя 16 формируется короткий импульс (фиг. 2). Этим импульсом через открытый третий ключ 5 триггер управления переводится в нулевое состояние (фиг. 2 и). В результате элемент ЗИ 8 закрывается, что прекращает поступление тактовых импульсов на счетный вход вычитающего счетчика 13. Кроме того, импульс с выхода формирователя 16 поступает на вход записи вычитающего счетчика 13 и через, третий ключ 5 на второй вход блокировки передачи кода элемента 12 записи, что приводит к снятию блокировки передачи кода от второго суммирующего счетчи-. ка 19 по дополнительным информационным шинам на элемент 12 записи. Последний обеспечивает передачу принятого со счетчика 19 кода на установочные входы вычитающего счетчика с уменьшением вдвое этого кода, причем уменьшенная вдвое величина кода счетчика 19 заносится в вычитающий счетчик 13, поскольку на его входе записи присутствует импульс с выхода формирователя 16, Этимже импульсом через время, достаточное для предустановки вычитающего счетчика 13 и задаваемое элементом 18 задержки, суммирующий счетчик сбрасывается в нулевое состояние.До окончания текущей положительной полуволны входного сигнала состояние счетчиков 16 и 19 изменяться не будет. Следующая отрицательная полуволна закрывает первый ключ 3, т.е, прекращается поступление так-. товых импульсов на счетный вход счетчика 11; одновременно открывается четвертый ключ 6 и элемент ЗИ 17 так, что тактовые импульсы начинают поступать на счетные входы счетчиков 13 и 19. Если за время действия отрицательной полуволны входного сигнала счетчик 13 достигнет нулевого значения кода, то так же, как и в предыдущем, случае, на выходе формиро600 5 1193вателя 16 будет сформирован импульс,который переключит триггер 7 управления в единичное состояние (фиг, 2 и)произведет запись в вычитающий счет-чик 13 уменьшенного вдвое кода сум 5мирующего счетчика 11 и сброс последнего. За время действия отрицательной полуволны в суммирующем счетчике 19 будет зафиксирован кодМ=-Г, величина которого пропорциональна длительности этой полувол. ны ь . Длительности 7+следующей положительной полуволны будет соответствовать код на счетчике 11 М+= +Сумма кодов й+= й,.+ Н соответст 15 вует периоду Т входного сигнала. КодыМ+ и М поочередно (но с уменьшением вдвое) записываются в вычитающий счетчик 13. Эта запись производится в моменты достижения вычитающим счет 20 чиком нулевого состояния. При этом вычитающий счетчик выполняет функции преобразователя код-интервал времени: моменты перехода его состояния через нуль соответствуют се 25 рединам положительных и отрицательных полуволн входного сигнала. Эти средние моменты определяются на основе длительностей соответствующих полуволн входного сигнала в.предыдущем периоде. Не учитывая задержки, вносимые усилителем-ограничителем 2, легко видеть, что данные моменты времени соответствуют экстремальным значениям входного сигнала, приче . 35 эти моменты не зависят от уходов нулевой линии усилителя-ограничителя, т.е. от асимметрии ограничения.В качестве выходных сигналов устройства могут использоваться либо 40 прямоугольные импульсы с выходов триггера 7 управления, либо, импульсы привязки на выходе второго 4 и третьего 5 ключей. При этом обеспечивается привязка к обоим экстре мальным значениям сигнала и осуществляется это с одинаковой точностью, которая обусловлена погрешностью квантования (определяется тактовой частотой) и задержкой усилителя ограничителя 2.Длительность переходного процесса в устройстве зависит от начальных значений кодов на счетчиках и частоты входного сигнала. Эта дли тельность может быть снижена до одного периода входного сигнала, если производить предустановку счетчико в такое состбяние, которое соответствует примерно четверти периода сигнала наивысшей частоты, Технических трудностей такая предустановка не вызывает.В устройстве нет жестких требований к времени задержки суммирующих счетчиков, поскольку перезапись кода в вычитающий счетчик из суммирующего производится в статике, когда счетные импульсы не поступают на счетный вход этого счетчика. Требуемый объем счетчиков (их разрядность) определяется нижней рабочей частотой и частотой тактовых импульсов. В результате снимается ограничение на нижнюю рабочую частоту устройства, что расширяет его рабочий диапазон.В условиях воздействия шумов с широкой полосой частот устройство работает следующим образом. Пусть входной сигнал имеет вид, который представлен на фиг. Зю, счетчики устройства соответствующим образом предустановлены, а триггер 7 управления находится в единичном состоянии. На выходе усилителя-ограничителя 2 формируется сигнал, изображенный на фиг. 35.Во время пребывания смеси сигнала и шума выше нулевого уровня (этому соответствует единичное состояние Э-триггера 14) код суммирующего счетчика 11 возрастает пропорционально интегральной длительности пребывания сформированного сигнала (на выходе П-триггера) выше нулевого уровня, а код вычитающего счетчика 13 убывает и в некоторый момент. достигает нулевого значения, В этот момент, как и при работе с чистым (без шумов) сигналом, в вычитающий счетчик заносится уменьшенный вдвое код суммирующего счетчика 19, происходит переключение триггера 7 управ". ления, а суммирующий счетчик начинает накапливать код, соответствующий интегральному времени пребывания смеси сигнала и шума ниже нулевого уровня.Код вычитающего счетчика 13 уменьшается, достигая нулевого значения в этом же полупериоде входного сигнала (фиг. 33). В этот момент в вычитающий счетчик заносится уменьшенный вдвое код суммирующего счетчика 11, соответствующий интегральной1193600 7длительности импульсов на рассматриваемом интервале времени. Если на последующих интервалах времени в пределах данного периода сигнала интегральные длительности импульсов и пауз (на выходе усилителя-формиро 5 вателя) превышают их уменьшенные вдвое значения, которые были накоплены на предыдущем интервале наблюдения, то будут иметь место много кратные ложные срабатывания устройства в переходном процессе, что увеличит его длительность. Однако коды суммирующих счетчиков будут постепенно изменяться, стремясь к значениям ь 15 которые пропорциональны среднему за период времени пребывания сигнала выше .(ниже) нулевого уровня. Причем наиболее вероятными моментами достижения выходным кодом вычитающего счетчика 13 нулевого состояния становятся моменты перехода входного сигнала через экстремальные значевия, которые наименее подвержены воздействию шумов. В результате на 25 выходе устройства (фиг. Зж) устанавливается.последовательность прямоугольных импульсов, частота следования которых соответствует частоте входного сигнала, а фронты импуль сов - его экстремальным значениям. Погрешность привязки в данном случае определяется статистическими свойствами интегральной длительнос-ти импульсов (пауз) на выходе.усилителя-ограничителя 2. Тем же фактором обусловлена и предельная помехозащищенность устройства. Ложные срабатывания имеют место,если интегральная длительность импульсов (пауз) в предыдущем периоде сигнала больше или меньше в два раза ее значения в данном периоде сигнала. Если учесть, однако, что разброс интегральных оценок длительностей импульсов (пауз) значительно меньше, чем мгновенных значений, что обусловлено эффектом усреднения , то по - мехоустойчивость предлагаемого устройства достаточно высо - ка. Кроме того, привязка фронтов импульсов, которые формируются на выходе Р-триггера, делает уСтройство малокритичным к изменениям задержек элементов, исключает дробление счетных импульсов за счет шумов, что позволяет максимально. реализовать его возможности с точки зрения помехоустойчивости .к широкополосным шумам./48 Тираж 747Государственно каз Подписноекомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5 по делам изобретении 031, Москва, Ж, Рауш