Устройство подавления помех в импульсном сигнале

03223 С ПАТЕН Комитет Российской Федерацит по патентам и товарным знакам(71) Научно-исследовательский институт радиотехнической аллэратуры Научно-производственного объединения "Импульс"(73) Ларионов Игорь Петрович(54) УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ 8ИМПУЛЬСНОМ СИГНАПЕ(5) Изобретение предназначено для подавления(в) Кб (и) 2 (Б 1) 5 НОЗК 5 03 многократных всплесков и врезок на всем протяжении периода импульсного сигнапэ типа "меандр" в широком диапазоне изменения его частоты, обеспечивает повышение помехоустойчивости в широком диапазоне частот. Устройство содержит две входные шины 1 и 2, инвертор 3, два дешифратора 4 и 5, четыре компаратора 6, 7, 8, 9, два формирователя 10 и 11 условие два формирователя 12 и 13 сброса два счетчика 14 и 15, триггер 16 и выходную шину 17. 11 ил,Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано для подавления многократных всплесков и врезокна всем протяжении периода импульсногосигнала типа "меандр" в широком диапазоне изменения его частоты,Известно устройство формирования импульсов, которое содержит формировательвходного сигнала, генератор опорной частоты, два элемента И, элемент ИЛИ, элементзадержки, два счетчика и триггер, и котороепредназначено для подавления помех, возникающих во время формирования импульсного сигнала амплитудным компараторомиз синусоидального сигнала с наложеннымна него шумом. В этом случае длительностьотдельных импульсов помех, интервалывремени между ними и общая продолжительность помех на протяжении периодаформируемого импульсного сигнала увеличиваются с уменьшением частоты синусоидэльного сигнала. Поэтому после выбораверхнего предела диапазона частот синусоидального сигнала и назначения времени Ткнепрерывного роста кода каждого счетчикана нижний предел диапазона частот накладывается ограничение: он должен бытьбольше предельной частоты сигнала, прикоторой длительность помехи превышаетвремя Тк; такая помеха воспринимается какполезный сигнал и не подавляется.Таким образом, частотный диапазон, впределах которого устройство помехоустойчиво, ограничен снизу предельнойчастотой,которая не зависит от конструктивных параметров устройства.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройствоподавления помех, которое содержит инвертор, два элемента И-НЕ, два триггера,два элемента И-НЕ, два триггера, два элемента И и два счетчика. и которое предназначено для подавления одиночных помех исерии непрерывных помех в импульсномсигнале.Как и в предыдущем случае, устройствотеряет помехоустойчивость. когда длительность помехи превышает время Тк; поэтомучастотный диапазон устройства в указанных условиях ограничен.Принципиальное ограничение диапазона частот, определяемое временными параметрами помехи неустранимоконструктивно и свойственно всем устройствам подавления помех, которые представляют собой селекторы импульсов подлительности.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости в широком диапазоне частот, 51015 20 25 30 35 40 45 50 55 На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 3 - структурная схема дешифратора; на фиг. 4 - структурная схема формирователя условия; на фиг, 5 - структурная схема счетчика; на фиг, 6 - структурная схема формирователя сброса; на фиг. 7 - временные диаграммы работы устройства для входного периодического сигнала; на фиг, 8 - частотно-скважностная характеристика устройства; на фиг. 9 - временные диаграммы работы устройства на верхних частотах рабочего диапазона; на фиг, 10 - временные диаграммы работы устройства на нижних частотах рабочего диапазона; нэ фиг. 11 - временная диаграмма входного сигнала при изменении частоты,Устройство содержит две входные шины 1 и 2, инвертор 3, два дешифратора 4 и 5, четыре компаратора 69, два формирователя 10 и 11 условия, два формирователя 12 и 13 сброса, два счетчика 14 и 15, триггер 16 и выходную шину 17.Входная шина 1 устройства соединена с входом инвертора 3 и первым входом дешифратора 8 и первым входом формирователя 11 условия, третий вход - с выходом старшего разряда счетчика 15, выходы - с соответствующими информационными входами счетчика 15, а вход синхронизации - с входной шиной 2 устройства, счетными входами счетчиков 14 и 15, входами синхронизации формирователей 12 и 13 сброса и входом синхронизации дешифраторэ 4, первый вход которого соединен с выходом инвертора 3, второй вход - с выходом компэратора 6 и первым входом формирователя 10 условия, третий вход - с выходом старшего разряда счетчика 14, а выходы - с соответствующими информационными входами счетчика 14, вход установки которого соединен с выходом формирователя 13 сброса и Я-входом триггера 16, В-вход которого соединен с выходом формирователя 12 сброса и входом установки счетчика 15, разрядные выходы которого соединены с В- входами компараторов 6 и 7 и А-входами компарэторов 8 и 9, В-входы которых соединены с А-входами компараторов 6 и 7 и с разрядными выходами счетчика 14, выход компараторэ 7 соединен со вторым входом формирователя 10 условия, выход которого соединен с управляющим входом формирователя 12 сброса, а выход компаратора 9 соединен со вторым входом формирователя 11 условия, выход которого соединен с управляющим входом формирователя 13 сброса, а выход триггера 16 соединен с выходной шиной 17.Дешифратор 4 (5) (см. фиг. 3) содержит инвертор 18, два триггера 19 и 22 и два элемента 20 и 21 ЗИ. Первый входдешифратора 4 соединен с первыми входами элементов 20 и 21 ЗИ, выходы которых являются двухразрядными выходами дешифратора 4, второй вход которого соединен с 0-входом триггера 22, прямой выход которого соединен со вторым входом элемента 20 ЗИ, а инверсный выход - со вторым входом элемента 21 ЗИ, третий вход которого соединен с третьим входом элемента 20 ЗИ и с инверсным выходом триггера 19, О-вход которого соединен с третьим входом дешифратора 4, синхрониэирующий вход которого соединен с входом инвертора 18, выход которого соединен с С-входами триггеров 19 и 22,Формирователь 10(1 1) условия (см. фиг.4) содержит инвертор 23 и элемент 24 2 И, Первый вход формирователя 10 условия соединен с первым входом элемента 24 2 И, а второй вход - с входом инвертора 23, выход которого соединен со вторым входом элемента 24 2 И, выход которого является выходом формирователя 10 условия.Счетчик 14 (15) (см, фиг. 5) содержит сумматор 25 и регистр 26. Информационные входы счетчика 14 соединены с входами В 1 и 82 сумматора 25, входы ВЗ.ВИ которого соединены с общим проводом, вход АМ - с выходом старшего разряда счетчика 14, входы А 1,АЙ - с соответствующими разрядными выходами счетчика 14 и выходами М-разрядного регистра 26, О-входы которого соединены с соответствующими Я-выходами сумматора 25, С-вход - со счетным входом счетчика 14, в Я-вход - с входом установки счетчика 14,Формирователь 12 (13) сброса (см. фиг.6) содержит инвертор 27, два триггера 28 и 29 и элемент 30 2 И. Управляющий вход формирователя 12 сброса соединен с О-входом триггера 28, С-вход которого соединен с вы,- ходом инвертора 27, вход которого соединен с входом синхронизации формирователя 12 сброса и с С-входомтриггера 29, О-вход которого соединен .с прямым выходом триггера 28 и с первым входом элемента 30 2 И, а инверсный выход - со вторым входом элемента 30 2 И, выход которого является выходом формирователя 12 сброса.Устройство работает следующим образом. Тактирующий сигнал, частота которого намного превышает наибольшую частоту импульсного сигнала, действующего на шине 1, поступает через шину 2 на счетный вход счетчика 14 и вызывает по фронту импульс приращение кода КО счетчика 14 на О, 1, 2 единицы кода на один импульс тактиру 55 Компаратор 7 (9) сравнивает коды КО и К 1. Формирователи 10 и 11 условия на основании сигналов, получаемых соответственно с выходов компараторов 6, 7 и 8, 9, формируют высокие логические уровни напряжения при выполнении соответственно условий:(К 1/2)КОК 1, (3) ющего сигнала (ед.кода/имп.сч,), если по двухразрядной шине на его информационный вход с выхода дешифратора 4 поступает соответственно двоичный код 00, 01, 10.5 Тактирующий сигнал поступает такжена счетный вход счетчика 15 и вызывает по фронту импульсов приращение кода К 1 счетчика 15 на О, 1, 2 ед.кода/имп.сч., если по двухразрядной шине на его информаци онный вход с выхода дешифратора 5 поступает соответственно двоичный код 00, 01, 10.Таким образом, счетчики 14 и 15 формируют два линейно изменяющихся кода КО 15 соответствует нижнему, а рост кода К 1 -верхнему уровню напряжения сигнала Овх (см. фиг, 2,а), действующего на шине 1, благодаря включению инвертора 3 между шиной 1 и дешифратором 4.20 Дешифратор 4 (5) вырабатывает двоичный код 00, если на его третий вход с выхода старшего разряда счетчика 14 (15) приходит высокий логический уровень напряжения, соответствующий двоичному коду 2 счет чика 14 (15), или если на его первый входприходит низкий логический уровень напряжения, Дешифратор 4 вырабатывает двоичный код 01, если на его второй вход поступает высокий логический уровень на пряжения с выхода компаратора 6, что свидетельствует о выполнении условияКОК 1/2; (1)в противном случае дешифратор 4 вырабатывает двоичный код 10.35 Дешифратор 5 вырабатывает двоичныйкод 01, если на его второй вход поступает высокий логический уровень напряжения с выхода компаратора 8, что свидетельствует о выполнении условия40 К 1КО/2; (2)в противном случае дешифратор 5 вырабатывает двоичный код 10.Третий вход дешифратора 4 (5) имеетприоритет над первым и вторым входами, а 45 первый вход - над вторым входом.Тактирующий сигнал, поступающий через входную шину 2 на вход синхронизации дешифратора 4 (5), синхронизирует по срезу импульсов его работу во избежание гонок 50 фронтов между выходом и входом счетчика14 (15).), 7Вы ражеТсч ( СГ ТС 4 ТсчтО И т 1 ПОЛК 1 8, (8) в (19) и (7)ТЬ40 двух полуцгде 8 и М - скорости роста линейно нараста- то и т 1:ющего кода КО (К 1) соответственно для слу)2 К 2+К 2 2 М), К 2В)2, К 2+К 2 2, К 2чая, когда код КО (К 1) меньше кода К 1(КО) и Условие равенства частоты выходного когда код КО(К 1) больше кода К 1(КО); причем сигнала Овь)х (см, фиг. 7,д) частоте входного устройство работоспособно при выполне- импульсного сигнала Овх(см. фиг, 7,а) имеет нии условия; 45 вид:т т 1 (22) Проведение промежуточных преобразованийТ Т (23) В М; (9) то- продолжительность нарастания кода КО со скоростью В;1 - текущее время;(КО/2 )К 1КО, . (4) Полученные напряжения поступают на управляющие входы соответственно формирователей 12 и 13 сброса.Тактирующий сигнал, поступающий через входную шину 2 на входы синхронизации формирователей 12 и 13 сброса обеспечивает формирование сигналов сброса 81 (см, фиг. 2,г) и ЙО (см. фиг. 2,в) соответственно при выполнении условий (3) и (4), которые сбрасывают в нуль соответственно код К 1 счетчика 15 и код КО счетчика 14, Кроме того, сигнал сброса ЙО (Й 1) поступает на 5-вход(Й-вход) триггера 16, с выхода которого выходной сигнал Овых (см, фиг.2,д) поступает на выходную шину 17 устройства. Длительность сигнала сброса ЙО (Й 1) равна половине периода тактирующего сигнала,Анализ работы устройства проводится для случая воздействия на устройство периодического импульсного сигнала Овх с периодом Т и длительностью импульсов т(см. фиг, 7,а),Условие изменения кода КО(см. фиг. 7,б) Овх Он; КО 2 (5) условие изменения кода К 1 (см. фиг, 7,б)Овх - Ов; К 12 1 (6) где Ов, Он - значения соответственно верхнего и нижнего логического уровня напряжения сигнала Овх (см. фиг, 7,а);М - число разрядов счетчика 14 (15).Коды КО и К 1 определяются следующим образом: на интервале времени От О до 11 (см. фиг. 7,б) Тсч - период тактирующего сигнала; 0 - скважинность импульсов, которая равна: 0=Т/т; (10)5 на интервале времени от 11 до 12 (см, фиг. 7,б) КО=О,К 1=8 - + Мт 1Т сч Т сч 10 где т 1 - продолжительность нарастания кода К 1 со скоростью В, На интервале времениот 12 до тз(см. фиг. 7,б):В. +М ( ---- ), (14)1, ТТсч 0 Тсч Тсч на интервале времени от 13 до т 4(см, фиг,7,б) 20 т 1КО= В - + М - , (15)Т сч Т счК 1= О. (16)Условие сброса в нуль кода КО в моментвремени 11(см. фиг, 7,б);25КО К= В - ,т 1Тсч(17)где К - коэффициент, с которым больший издвух кодов КО, К 1 используется для сравнения с меньшим из двух кодов КО, К 1; причем 30 устройство работоспособно при выполнении условияК 1 (18)(19)ния для промежутков времениучаются путем подстановки (14)в (17) и последующего решенияенных уравнений относительно(39) 45 50 55 и введение относительной скважностиС 1 = О/(Т 1/ т) (24) дает одно из условий для полосы пропускания скважностейС 1 1 (25) Подстановка (21) в (24) дает выражение для относительной скважности(26)Выражение для верхней граничной скважности 0 в находится при условииС 1=1; 0=0 в (27) путем подстановки (27) в (26)ав=К (1- - )+ -- +В В,1М М К(28)Значения верхней граничной скважности Ов, рассчитанные с помощью выражения (28) для различных значений коэффициента К и отношения скоростей (В/М), приведены в таблице.Другое условие равенства частоты выходного сигнала Овых (см. фиг, 7,д) частоте входного импульсного сигнала Овх (см, фиг.7,а) имеет вид(Т-т) то (29) Проведение промежуточных преобразованийТ - Т ( О)(0)1 (30) и введение относительно скважностиСО = ( )/(Т/ то) (31) дает другое условие для полосы пропускания скважностейСО 1 (32)Подстановка (20) в (31) дает выражение для относительной скважности-(33)Выражение для нижней граничной скважности Он находится при условииСО=1;0=Он; (34) путем подстановки (34) в (33)В В 1( В)+В 1М М КСопоставление выражений(28) и(35) дает соотношениеОн " Ов/(Ов - 1) (36)Проведенный анализ показывает, что устройство пропускает периодические импульсные сигналы, сквэжность которых равна О, без изменения их частоты, т.е. отношение КР частоты выходного сигнала Овх (см. фиг, 7,д) устройства к частоте входного импульсного сигнала Овх (см. фиг. 7,а) равно единице, если выполняется условиеОн 0 Он (37) и не пропускает их, т.е. отношение КР равно нулю, если выполняется одно из условий0(0 н или 0 Ов (38) Таким образом, устройство имеет частотно-скважностную характеристику, показанную на фиг. 8, и является селектором импульсов по скважности.Частотно-скважностная характеристика действующего устройства отклоняется от идеальной(см. фиг. 8) в смысле расширения полосы скважностей в сторону верхних и нижних значений скважности, а также в смысле нарушения равенства нулю отноше 20 ния КЕ (см. фиг, 8) за пределами полосы пропускания скважностей. если частота импульсного сигнала приближается к предельному значению вверху Рв и внизу Гн диапазона частот, что можно обьяснить влиянием уменьшения периода импульсного сигнала относительно периода тактирующего сигнала и ограниченной емкостью счетчиков 14, 15 (см. фиг, 1).Определение верхнего предела Гв диапазона частот поясняется временными диаграммами (см. фиг, 9) с учетом того, что сигналы сброса ЯО (см, фиг, 9,г) и й (см.фиг, 9,д) препятствуют немедленному возобновлению роста обнуленных кодов КО и К 1 (см. фиг, 9.б) счетчиков 14 и 15 по фронту импульсов тактирующего сигнала (см, фиг. 9,в).Формирование одного из сигналов сброса, например, Й 1 происходит по достижении кодом КО в момент времени 11 (см. фиг, 9,б) неравенстваКО К 1 К; что равнозначно неравенству;В С (В С+М) К; (40) где С - число периодов тактирующего сигнала, во время которых код КО растет со скоростью В; М г К(41)После округления числа С до ближайшего большого целого значения получается выражение для верхнего предела диапазона частот импульсного сигнала (см. фиг. 9.а)1 1 2 С+1 Тсч(42)Определение нижнего предела Гн диапазона частот поясняется временными диаграммами (см. фиг, 10). Сброс в нуль кода КО (см, фиг. 10,б) происходит по достижении2003223 12 30 КО (см, фиг. 10,б) происходит по достижениикодом К 1 в момент времени О (см, фиг. 10,б)неравенстваК 1КОК; (43)что равнозначно неравенству---К 2; (44)1 1, В, и 1,(.Ге Тсч Е низ которого следует выражение для нижнего предела диапазона частот импульсногосигнала (см. фиг, 10,а)Ен=В 1(45)О, К,2 К 1 ТсчЧастотный диапазон устройства можнорасширить вверх, уменьшая период Тсч тактирующего сигнала, и одновременно вниз,увеличивая число разрядов й счетчиков.Устройство передает импульсный сигнал типа "меандр" (см, фиг. 11) с сохранением его частоты, если скорость изменения егочастоты такова, что скважность Ос импульсов длительностью гс на периоде Тс, составленном из двух полупериодов соседнихпериодов Т 1 и Т 2. отвечает условиюОс ОВ; (46)выражение для скважности имеет видОс - -1+ -ТС Т 1тс Т 2(47)При разработке устройства, исходя изтребований к сигналу - наибольшее отноФормуча изобретенияУСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ В ИМПУЛЬСНОМ СИГНАЛЕ, содержащее два счетчика, триггер, выход которого является выходом устройства, первую и втор,;о входные шины, инвертор, вход которого соединен с первой входной шиной, гличающееся тем. что в него введены два дешифратора, четыре компаратора, два формирователя условия и два формирователя сброса, при этом первая входная шина соединена с первым входом второго дешифратора, второй вход которого соединен с выходом третьего компаратора и и" ;.ым входом Второ 10 формирователя ус ловия, третий вход - с выодом саршегО овзряда второ о счетчика, выходы - с соот;1 ующими информационными ВХОдами тореро счетчика, а вход синхронизации - с шение (Т 1/Т 2), верхний Ев и нижний Енпределы диапазона частот - находятсяверхняя граничная скважность Ов - повыражениям (47, 46);5 параметры В. М, К устройства - по таблице;число С - по выражению (41), округленное до ближайшего большего целого значения;10 период Тсч тактирующего сигнала - спомощью выражения (42);число разрядов й счетчиков - с помощью выражения (45),15 Исследования макета устройства, имеющего параметрыВ = 2 ед,кода/имп,счМ = 1 ед,кода/имп сч., К = 0 5, й = 16. Ов = 4 5,работающего с тактирующим сигналом с ча 20 стотой, равной 500 кГц, в диапазоне частотимпульсного сигнала от 150 Гц до 15 кГц,подтвердили достижение цели изобретения,25 (56) Авторское свидетельство СССРМ 1319258, кл. Н 03 К 5/01, 1986.Авторское свидетельство СССРМ 1205272, кл, Н 03 К 5/01, 1984. второй входной шиной, счетными входами первого и второго счетчиков, входами синхронизации первого и второго формирова телей сброса и входом синхронизациипервого дешифратора, первый вход которого соединен с выходом инвертора, второй вход - с ВыхОдОИ первого компаратора и первым входом первого формирователя условия, третий вход - с выходом старшего разряда первого счетчика, а выходы - с соответствующими информационнцми входами первого счетчика, вход установки 45 которого соединен с выходом второго формирователя сброса и 5-входом триггера, В- вход котороге соединен с выходом первого формирователя сброса и входом установки второго счетчика, разрядные выходы ко торого соединены с В-входами первого ивторого компараторов и А-входами третье13 2003223 14 го и четвертого компараторов, В-входы ко- первого формирователя сброса, а выход торых соединены с А-входами первого и четвертого компаратора соединен с втовторого компараторов и разрядными выхо- рым входом второго формирователя услодами первого счетчика. выход второго ком- вия, выход которого соединен с паратора соединен с вторым входом управляющим входом второго формировапервого формирователя условия, выход ко- теля сброса. торого соединен с управляющим входом а Удх К иг