Устройство дискретных задержек импульса

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 133 А 04. Н ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ льски ле чески А. Калинина Скоморощенк идетельство СССР 03 К 5/153, 1983 ИСКРЕТНЬБ ЗАДЕРЖ мпулььэосится к 1 ть исп еме инойствах див времен ержрет- Цел точносттигаетс е ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(57) Изобретение отноной технике и может бвано в устройствах пеки импульсов, в устроного синтеза интервализобретения - повышенмирования задержки дением в него дополнительных генераторов импульсньж колебаний, одного селектора, блока формирования выходного импульса и фаэосдвигающего элемента, а также схемным выполнением введенных дополнительных генераторов. Устройство содержит свыше 50 схемных элементов, включающих в себя логические элементы И, ИЛИ, согласованные линии задержки, генераторы и формирователи импульсов. В описании изобретения приводится пример выполнения устройства для случая исполь. эования трех генераторов импульсньж колебаний. Варианты с произвольным числом М импульсных генераторОв реа- аФ лизуются по аналогии, при этом неопределенность времени задержки будет в И раз меньше, чем у известного устройства. 2 э.п. ф-лы, 3 ил.11 зобретецие относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах переменной задержки импульса и в устройствах дискретного синтеза интервалов времени.Цель изобретения - повышецие точцости устройства.Па Фиг. 1 приведена функциональная схема устройства дискретных задержек импульса; на фиг. 2 и 3 временные диаграммы его работы.Устройство дискретных задержек импульса содержит клемму 1, блок 2 управления, который состоит, например, из элементов ИЛИ 3 и 4, инвертора 5, счетчика 6 с предварительной установкой, элемента И 7, ицвертора 8, счетчика 9 с предварительной установкой, элемента И 10, элемента ИЛИ 11 и 20 клемм 12-14, высокостабильный источник 15 СВЧ сигнала, генератор 16 импульсных колебаний, который включает в себя формирующий пороговый элемент 17, выполненный с использованием тун цельного диода 18 и источника 19 смещения, развязывающий элемент ИЛИ 20, элемент И 21, формирователь 22 импульса, элемент 23 задержки и коммутатор 24, который состоит, например, из цццертора 25 и элементов И 26 и 27, устройство содержит также синхронизатор 28, который включает в себя, например, кольцевой делитель 29 мощности ц идентичные полосно-пропускающие Фильтры 30-32, блок 33 Формирования вьжодцого импульса, который выполнен, например, с использованием элемента ИЛИ 34, элемента 35 задержки, элементов И 36 ц 37 ц Формирователя 38 им пульса, генератор 39 импульсных колебаний, который состоит из Формирующего порогового элемента 40, аналогичного элементу 17, элементМ И 41, элемента 42 задержки и Формирователя 43 им пульсов, селектор 44, который состоит, например, из элементов И 45-47, Формирователя 48, КБ -триггера 49 и однонаправленного вентиля 50, выполненного, например, на основе импульсного диода, генератор 51 импульсных колебацш аналогичный по схеме генератору 39, Фазосдвигающие элементы 52 и 53, входную 54 и выходную 55 клемму.Клемма 1 соединена с первым вхо дом элемента ИЛИ 3, являющимся первым ус.тацовочным входом блока 2, и од повременно с входом однонаправленного вецтил 50, являющимся установочным входом селектора 44.Первые входы элементов ИЛИ 3 и 4 объединены, Второй вход элемента ИЛИ 3 является вторым установочным входом блока 2, подключен к выходной клемме 55 и одновременно к второму входу элемента ИЛИ 4. Выходы элементов ИЛИ 3 и 4 соединены с тактовыми входами соответственно счетчиков 6 и 9, входы разрешения загрузки которых объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ 14, первый вход которого соединен с клеммой 12, а второй вход - с выходом счетчика 6, куда также подключен вход инвертора 5, выход которого является первым управляющим выходом блока 2 управления и соединен,с первым входом элемента И 7, выход которого,подключен к тактовому входу счетчика 6, а второй вход объединен с вторым входом элемента И 10 и является информационным входом блока 2. Выход элемента И 10 соединен с тактовым входом счетчика 9, выход которого соединен с входом инвертора 8, выход которого подключен к первому входу элемента И 10. Клеммы 13 и 14 соединены с входами установки кода соответственно счетчиков 6 и 9. Выход счетчика 6 и выход счетчика 9 являются вторым и третьим управляющими выходами блока 2 управления. Входная клемма 54 соединена с первым входом элемента ИЛИ 20, второй вход которого подключен к выходу Формирующего порогового элемента 17, а третий вход соединен с выходом элемента И 27, который является первым выходом коммутатора 24. Выход элемента ИЛИ 20 подключен к первому входу элемента И 21, второй вход которого соединен с первым управ. ляющим выходом блока 2, а выход подключен к входу формирователя 22, выход которого соединен с информационным входом блока 2 и входом элемента 23 задержки, выход которого подключен к входу коммутатора 24, образованному объединенными первыми входа ми элементов И 26 и 27, и одновременно к сигнальному входу селектора 44, образованному объединенными первыми входами элементов И 45-47, Второй вход элемента И 27 подключен к выходу инвертора 25, вход которого объединен с вторым входом элемента И 26 и образует управляющий вход коммутатора 24, соединенный с третьим управляющим выходом блока 2, который, 1330740кроме того, подключен к входу форин вход элемента И 3 является дополнирователя 48, являющемуся управляющим тельным входом блока 33 и соединенвходом селектора 44. Выход элемента с первым ньжодом коммутатора 24. ВтоИ 26 является нгорым выходом коммута" рой вход элемента И 36 подключен к5тора 24 и подключен к входу формиру- ньжоду элемента 35 задержки, входющего порогового элемента 17, которьй которого соединен с выходом элементав свою очередь соединен с первым по- ИЛИ 34, первьп, второй и третий входлюсом туннельного диода 18, куда так- которого являются первым, вторым иже подключен ныход источника 19 смеще.1 о третьим входами блока 33 и подключения. Второй полюс туннельного диода нь 1 к выходам формирующих пороговых18 соединен с общей шиной устройства. элементов соответствующих генератоПервый полюс туннельного диода 18 яв- ров 16, 39 и 51. Выходы элементов Иляется также выходом формирующего и 37 объединены и подключены кпорогового элемента 17. Выход форми входу формирователя 38, выход которорующего порогового элемента 40 соеди- го является выходом блока 33 и поднен с первым входом элемента 11 41, клн 1 чен к выходной клемме 55.второй вход которого подключен к пер- Элементы 23, 35 и 42 могут бытьному управляющему выходу блока 2., ныпо".нены, например, на основе соглавыход соединен с входом элемента 4, сонанной линии задержки.задержки, выход которого подключен Кольцевой делитель 29 мощностик входу формирующего порогового эле- и выполненные, например, на связанмента 40, куда также подключен выход ных линиях фильтры 30-32 с центральэлемента И 45, Выход источника 15 ной частотой, равной частоте СВЧ сиг:ВЧ сигнала подключен к являющемуся ,:5 нала, и минимально возможной ширинойвходом синхронизатора 28 входу коль- полосы пропускания могут быть реалиценого .,елитсля 29 мощности, перньж, зонаны в виде полосковых устройств.второй и третий выходы котоэого со" На выходе формирователей 22, 38,единены через соответствующие полос и 48 вырабатывается стандартныйно-пропускающие фильтры 30, 31 и 32 10 по длительности и амплитуде импульсс первым, вторым и тоетьим п.жодами при появлении на входе положительносинхронизатора 28, Первый выход син- го перепада сигнала,хронизатора 28 подключен к входу фор- Элементы 6 и 9 могут быть выполмирующего порогового элемента 17., Вт;. вены, например, по схеме счетчика срой и третий выходы синхронизатора предварительной установкой. Выход3528 подключены через соответствующие каэ.дого из счетчиков является выхофазосдвигающие элементы 52 и 53 к дом переноса.входу формирующего порогового элемен . В устройстве используются формита 40, генератора 39 и второму входу рующ".е пороговые элементы на туннель(нходу формирующего порогового эле ных диодах с одним устойчивым состоямента) генератора 51 соответствейно. нием.Выход формирователя 48 соединен с Фазосдвигаюшие элементы 52 и 53входом триггера 49, К-вход которого представляют собой, например, отрезПодключен к выходу однонаправленного ки полосковых линий передачи соотнетвентиля 50 и одновременно к выходУ 5 ствующей длины.элемента И 46, второй вход которого Функциональное назначение синхрониобъединен с вторыми нходами элемен- затора 28 сводится к равномерному распределению мощности СВЧ сигнала междувыходу триггера 49. Выход элемента эго выходами с обеспечением необходиИ 47 селектора 44 соединен с первым -,о мой развязки.1 бвходом (с входом формирующего порого" Функциональные схемы блоков 2, 24,ного элемента) генератора 51. Первый 28, 33 и 44 не являются единственноуправльющий нход (второй вход эле- возможными для реализации ныполняемыхмента И) генератора 51 подключен к ими функций и могут быть выполненыпервому управляющему выходу блока 2. - по иным известным схемам,П55ервые входы элементов И 36 и 37 Устройство работает следующим обобъединены, образуют управляющийвход блока 33 и подключены к второму При включении устройства управляюуправляющему выходу блока 2. Второй щая логика приводится н исходное со 133074035 2 Р 27 равными соответственно (, ) и 2 ( в ).3 3Б момент поступления на клемму 54 положительного импульса (фиг.2 а) котор:й необходимо задержать на времяв замкнутой петле обратной связи генератора 16, образованной элементастояние положительным импульсом, который поступает с кпеммы 1 на первый установочный вход блока 2 при предварительном Фиксировании на клемме 12 сигнала логической единицы. По этому 5 импульсу коды чисел И и И , подводимые соответственно к клеммам 14 и 13, например, из ЭВМ, записываются в счетчики 9 и б, после чего сигнал логической "1" с клеммя 12 снимается. Числа 10 И, и М выбираются из множеств (1, 2 2 - 1) и (1, 2, , 2 ь - 1) соответственно. Симво.пами 2и 2 обозначены коэффициенты пересчета счетчиков 6 и 9. 15В результате записи чисел И, и И на выходах счетчиков 6 и 9 Фиксируется логической 0 , который подаетсяинверторы 5, 8 и 25, а также на соответствующие входы элементов И 26, 20 36 и 37. С выхода инвертора 5 сигнал логической "1" поступает на первый вход элемента И 7 и вторые входы эле. ментов И 21 и 41 и на первый управляющий вход генератора 5. С выхода инвертора 8 и инвертора 25 сигнал логической единицы поступает на перпый вход элемента И 10 и второй вход элемента И 27 соответственно.Положительный импульс с клеммы 1 З 0 поступ , также на установочный вход селе;т .ра 44 и алее через вентиль 50 на Р-вход триггера 49, на прямом ".,х де которого фиксируется логический0, который цапается на второй вход -,че. .птов И 45-47.В пс бэппом состоянии г чераторы б, 39 и 5 находятся в ждущем режиме. Порог Е, туннельного диода 18, установленный с помощью источника 19 40 см"щения, модулируется высокостабильпым синуссидальпья сигналом, поступоющим с первого выхода синхрониэатога 28, Пороки Е туннельных диодовогенераторов 39 и 51 также модулируют ся СВЧ сигналом, поступающим с выхода соответствующего фаэосдвигающего элемента 52 и 53. Период модуляции всех порогов совпадает с периодом Т СВЧ сигнала, а Фазовые сдвиги, обеспечи ваемые элементами 52 и 53, выбираются,ми 20-23 и 27, начинает цирку шрова". ь импульс положительной полярности, Величина Т периода циркуляции равна пТ , где и - целое число, и подбирается при настройке устройства с помощью элемента 23 задержки.Импульсы с выхода формирователя 22 поступают на информационный вход блока 2 и далее через элементы И 7 и 10 на тактовый вход соответственно счетчика 6 (фиг. 2 к)и 9 (фиг.2 ) . Счетчик 9 при отсчете Р -го импульса достигает состояния 2 и на его выходе появляется "1", в результате чего сигнал логического "О" с выхода инвертора 8 (фиг. 2 г) блокирует эле - мент И 10, а следовательно, и вход счетчика 9, Сигнал с выхода счетчика 9 поступает также на второй вход элемента И 26 и через инвертор 25 на второй вход элемента И 27, перек:почает коммутатор 24. По положительному перепаду сигнала на управляющем входе селектора 44 формирователь 48 отрабатывает положительный импульс, который переводит триггер 49 в единичное состояние. Уровень сигнала на вторых входах элементов И 45-47 становится равным единице,В результате переключения коммута тора 24 импульс с порядковым номером Р, с выхода элемента 23 задержки проходит через элемент И 26 на второй выход коммутатора 24 и далее на вход Формирующего порогового элемента 17 генератора 16. С этого момента циркуляция импульса в генераторе 16 осуществляется позамкнутой петле обратной связи, образованной элементами 17, 20, 21, 22, 23 и 26. Период циркуляции Т, становится равным Т = Т, + +, где а = Т,. Изменение периода на величинудостигается за счет задержки срабатывания туннельного диода 18 в пределах длительности фронта импульса, поступающего с второго выхода коммутатора 24.Импульс с порядковым номером Р, поступает с выхода элемента задержки 23 на сигнальный вход селектора 44 и через элементы И 45 и 47 на его выходы, а через элемент И 46 - на К вход триггера 49, фиксируя на его выходе логический 0 , Это ведет к блокировке элементов И 45 для дальнейших импульсов, поступающих на оптимальный вход селектора 44.В результатепоступления запускающего импульса с выхода селектора 44 на вход элемента 40 в замкнутой петле обратной связи генератора 39, об 5 раэованной элементами 40-43, начинает циркулировать положительный импульс. Период Т циркуляции подбирается с помощью элемента 42 задержки.Генератор 51 с периодом циркуля- и ции Т, работает аналогично.Взаимодействие импульса, циркулирующего в замкнутой петле каждого из генераторов 16, 39 и 51, с СВЧ сигналом на пороге соответствующего 5 туннельного диода приводит к эффекту синхронизации импульсных генераторов внешним СВЧ сигналом, В результате импульс каждого из генераторов 16, 39 и 51 жестко связан с соответствующей фазой синхронизации. Вследствие сдвига фаз синхронизации друг относительно другана величинучтонз фобусловлено фазовыми сдвигами СВЧ сигналов на входах генераторов 16, 25 39 и 51, импульсы, поступающие на каждом такте циркуляции с выходов генераторов 16, 39 и 51 (фиг,2,и ь) на основные входы блока 33, сдвинуты друг относительно друга на вели2чину . Так как длительность им 3пульса ( - 4 нс) на каждом из входов элемента ИЛИ 34 превышает в несколько раз период Тс СВЧ сигнала (Т1 нс), то эти импульсы перекрыва ются во времени. На выходе элемента ИЛИ 34 на каждом такте циркуляции отрабатывается суммарный по длительности импульс (результат наложения входных импульсов), фронт которого опережает центр пачки входных импульсов на фиксированную величину, равную для рассматриваемого устройства1- Т . Компенсация этого опережения 45 осуществляется при прохождении импульсом элемента 35 задержки.После переключения коммутатора24 подсчет импульсов на выходе формирователя 22 продолжается в счетчи.ке 6. При достижении их числа величины Р, состояние счетчика 6 становится равным Е и на его вьгходе в .оявляется " 1" (фиг. 2 к), которая по . ступает на управляющий вход блока 33 и через элемент ИЛИ 11 на вход разгс. шения загрузки счетчиков 6 и 9. Сиг нал с выхода инвертора 5 (фиг.2 е) блокирует элемент И 7, а также элементы 21, 41 и генератор 51, что ведет к срыву колебаний.При очередном после раэблокировки элемента И 36 поступлении на его сигнальный вход импульса с выхода элемента 35 последний проходит на вход формирователя 38 и на его выходе отрабатывается импульс, который поступает на выходную клемму 55 (фиг, 2 л) н является импульсов, задержанным относительно входного на время , , гдеФормула (1) справедлива при Р Р - 1. При Р - Р - 1 импульс наг - 2выходе блока 33 селектируется иэ импульсов, которые поступают на дополнительный вход этого блока с первого выхода коммутатора 24 (фиг. 2 Г) и(2)Импульс с выхода блока 33 поступает также на второй установочный вход блока 2 и ду тое через элементы ИЛИ 3 и 4 на т к гсв 1 е входы счетчиков 6 и 9. Происхо т апись кодов чисел г 1, и Ь, кото; " подведены в данный момент време.-:н : 1 мам 13 и 14, В результате б то , :.вления приводится в исходн -. состояние, а сигнал с его ьыходов приводят в исходное состояние все элэнты устройства.При г,"ступлении очередного импульса нп ,лема",т 54 обеспечивается его з.; - тэржка ; а время , которое связано с числами Н, и Й формулой (1) или (2) .На ди .газон возможных задержек имеютг;, граничения. Задержки =д (г + 1 с), 3 = 0,1 (п),.;а+1), Тнт, не реаннзуютен аанустройством. Эта приводит к ограничению нижней границы диапазона задержек, в пределах которого может быть обеспечена любая задержка с дискр. гностью д, величиной(7 ) = дп(п)Ограничение со стороны верхней границы диапазона задержек определяется прежде всего нестабильностью .сга.ты СВЧ сигнала,. которая в резулное время, которое компенсируется прц прохождении элемента 35 задержки. Это позволяет совместить во времени выходцой импульс устройства с цецт ром пачки. В результате цеоцределецность задержки составляет Т,./6. Так при частоте СВЧ сигнала 1 ГГц неопределенность задержки составляет а 166 пс,1 ОПример конкретного выпо:1 цеция ус.1ройства дискретных задержек импульса рассмотрен для сл 1)чая использования трех генераторов импульсных колебаний. Варианты с произвольным числом Х импульсных генераторов легко реализуются по аналогии, Сдвиг фазы СВЧ сигнала на формирующем пороговом э:1 ементе каждого последующегогенератора относительно предыдущеговыбирается в этом случае равным21)/И, время прохождения элемента 35Б устанавливается равным ( )Т , а2 М снеопределенность задержки импульса ); составляс т Тс./2 Х, что в ) раз меньше, чем для изг)естцогс) устройства. Фо рму и а и з о б р е т е н и я30Устройство дискретць)х задержек импульса, содер,кащее источник СВЧ-сигнала, синхронизатор, блок управления, генератор импул 1,сцьгх колебацпй, управлян)ший вход которого подключен к третьему управляющему выходу блока управления, информационный вход которого подсоединен к первому выходу ГР нератора импульсных колебаний, выход источника СВЧ-сигнала подключен к входу синхронизатора, первый выход которого подклюен к второму входу генератора импульсных колебаний, первый вход которого является входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности формирования задержки, в него введены (М) дополнительньгх генераторов импульсньгк колебаний, селектор, блок формирования выходного импульса и (1-1) фазосдвигающий элемент, при этом сигнальный вход селектора подключец к второму выходу первого ге - нератора импульсных колебаний, а управляюший и установочнь 1 й входы селектора соединены соответственно с третьим управляющим выходом и первым установочным входом блока управления,каждый иэ (1-1) выходов селектора подл 11 к 1 ец к первому вх,)1 у с )твс тотвующего из (г) )ц) по 11 ц 111 е.11,ц 1.)х ге - нераторов импульсных колсбац 11 й, в 11 ходь 1 каждог о иэ генераторов импу 111,с ць)х колебаний соедг 1 цс цы с соответг тцун)- п 1 ими вхс)дами блока формирования в 11 - ходцого импульса, выход кторого соединен с вторым установочным входом блока управления и является выходом устройства, а дополнительный и управпяющий входы которого псдключецы соответственно к третьему вь)ходу первого генератора импульсных колебаний и второму управляющему выходу блока управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющими входами генераторов импульсных колебаний,вторь 1 е входы дополните.пьных гецераторов импульсных колебаний через фазосдвигающие элементы подключецы к соответствующим выходам синхронизатора2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что генератор импульсных колебаний содержит пороговый элемент на туннельном диоде систочником смещения, выход которогосоединен с первым входом элемецта ИЛИ, второй вход которого является первым входом генератора импульсных колебаний, выход элемента ИГИ подключен к первому входу элемс",1 та И, второй вход которого является первым управпяющим вхг.ом генератора импульс -цых колебан 11 й, а ., хоц - через формирователь импул 1 са;1;клн 1 ец к первому выходу генератра импульсных колебаний и к входу элен 1 ента задержки,выход которого является вторым выходом генератора испульсных колебанийи подключен к входу коммутатора, дру 1 Ой Вход ко тор ОГО я 11 ляе т с я итог)ьмуправляющим входом генератора импульсных колебаний, а выходи подключены соответственно к входу порогового элемента, являющемуся вторым входом генератора импульсных колебаний, и к третьему входу элемента ПИ, соедицс)1 ному с третьим выходом генератора импульсных колебаний.3. Устройство по п. 1, о т л ич а юще е с я тем, что каждыг 1 из дополцительных генераторов импульсных колебаний содержит формирунгщий пороговый элемент с источником смешения, вход которого соединен с первым и вторым, входами генератора, а его выход является выходом упомянутогогенератора и соединен с первым вхо 1330740 14дом элемента И,второй вход которогоявляется управляющим входом генератора, а выход - через последаательно соединенные элемент задержки и формирователь импульсов подключен квходу порогового элемента.1330740 остззитель А. Т е.,м,п К.Ходанич т ектор И. Шаро едактор М. Недо каэ 3592/56 Подписномитета СССР 11303 иэволственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 901 НИИПИ Государственного по делам изобретений 5, Москва, Ж, Раушоткрытий ая наб д,