RU2607934C2 - Device with feedback for clipping alternating-sign signals (versions) - Google Patents
Device with feedback for clipping alternating-sign signals (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607934C2 RU2607934C2 RU2015142330A RU2015142330A RU2607934C2 RU 2607934 C2 RU2607934 C2 RU 2607934C2 RU 2015142330 A RU2015142330 A RU 2015142330A RU 2015142330 A RU2015142330 A RU 2015142330A RU 2607934 C2 RU2607934 C2 RU 2607934C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- comparator
- trigger
- pulses
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/01—Shaping pulses
- H03K5/08—Shaping pulses by limiting; by thresholding; by slicing, i.e. combined limiting and thresholding
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/125—Discriminating pulses
- H03K5/1252—Suppression or limitation of noise or interference
- H03K5/1254—Suppression or limitation of noise or interference specially adapted for pulses generated by closure of switches, i.e. anti-bouncing devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, служит для преобразования аналоговых знакопеременных сигналов в прямоугольные импульсы и может быть использовано при построении цифровых средств обработки сигналов и измерении их параметров.The invention relates to radio engineering, is used to convert analog alternating signals into rectangular pulses and can be used to build digital signal processing tools and measure their parameters.
Как правило в качестве устройства для клиппирования сигналов применяют аналоговый компаратор, на один из входов которого подают аналоговый клиппируемый сигнал, а на другой - пороговый уровень, равный нулю или близкий к нему, см., например, [Справочник по нелинейным схемам / Под ред. Д. Шейнголда. - М.: Мир, 1977, стр. 20-22]. Хорошо известным недостатком такого устройства является его невысокая помехоустойчивость. Наличие помех на входе компаратора приводит к появлению серии коротких ложных импульсов вблизи фронтов выходного импульса, что объясняется многократным пересечением порогового уровня входным сигналом в областях, где его мгновенные значения близки к пороговому уровню. Для исключения появления ложных импульсов используют два наиболее распространенных способа. Первый предусматривает формирование, в ответ на первое срабатывание компаратора, «чистого» импульса, длительность которого задается введенным в схему одновибратором, подключенным к выходу компаратора. Такой подход обеспечивает эффективное подавление ложных импульсов, но и имеет ограниченное применение, поскольку в выходной последовательности импульсов сохраняется лишь информация о моментах пересечения сигналом порогового уровня при его переходе через нуль только при одном знаке производной (при смене знака мгновенных значений в одном направлении), и теряется информация о длительностях полуволн клиппируемых сигналов. Больше информации позволяет сохранить второй способ, предусматривающий введение в переключательную характеристику устройства гистерезиса, то есть задания уровня включения UITP и уровня выключения UITN, для которых соблюдается условие: UITP>UITN [Аванесян Г.Р. Цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие. - М.: Радиотехника, 2008, стр. 93-93, рис. 2.19]. В этом случае при уровне помех, определяемом шириной искусственно созданной петли гистерезиса, удается избежать появления ложных импульсов, но при этом искажается длительность выходного импульса. Если пороговые уровни имеют один знак, длительность уменьшается. Причем искаженным будет выходной импульс как при наличии помех, так и при их полном отсутствии или незначительном уровне, не приводящем к многократным срабатывания компаратора. Примером такого устройства, в котором предусмотрена возможность управления пороговыми уровнями (уровнями срабатывания), является техническое решение, описанное в [Пат. RU 2007855. Опубл. 15.02.1994], принятое за прототип. Указанное устройство содержит два компаратора и D-триггер, выход которого является выходом устройства, а входом - объединенные прямой вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора, инвертирующий вход первого компаратора является входом первого порогового напряжения, прямой вход второго компаратора - входом второго порогового напряжения, выход второго компаратора соединен с тактовым входом D-триггера, выход первого компаратора через дифференцирующую цепочку соединен со входом асинхронной установки в единицу D-триггера, D-вход которого соединен с его инверсным выходом.As a rule, an analog comparator is used as a device for clipping signals, one of the inputs of which is supplied with an analog clipped signal, and the other is a threshold level equal to zero or close to it, see, for example, [Reference on nonlinear circuits / Ed. D. Sheingold. - M .: Mir, 1977, pp. 20-22]. A well-known disadvantage of such a device is its low noise immunity. The presence of interference at the input of the comparator leads to a series of short false pulses near the edges of the output pulse, which is explained by the multiple crossing of the threshold level by the input signal in areas where its instantaneous values are close to the threshold level. To eliminate the appearance of false pulses, two of the most common methods are used. The first one provides for the formation, in response to the first actuation of the comparator, of a “clean” pulse, the duration of which is given by a single-vibrator introduced into the circuit and connected to the output of the comparator. This approach provides effective suppression of false pulses, but it is also of limited use, since only the information about the moments when the signal crosses the threshold level when it passes through zero with only one sign of the derivative (when changing the sign of instantaneous values in one direction) is stored in the output pulse sequence, and information about the half-wavelengths of clipped signals is lost. More information allows you to save the second method, which involves introducing hysteresis into the switching characteristic of the device, that is, setting the switching level U ITP and switching off level U ITN , for which the condition is met: U ITP > U ITN [G. Avanesyan Digital integrated circuits. Reference manual. - M .: Radio engineering, 2008, p. 93-93, fig. 2.19]. In this case, when the noise level is determined by the width of the artificially created hysteresis loop, false pulses can be avoided, but the duration of the output pulse is distorted. If threshold levels have the same sign, the duration is reduced. Moreover, the output pulse will be distorted both in the presence of interference, and in their complete absence or insignificant level, not leading to repeated tripping of the comparator. An example of such a device, which provides the ability to control threshold levels (levels of response), is the technical solution described in [Pat. RU 2007855. Publ. 02.15.1994], taken as a prototype. The specified device contains two comparators and a D-trigger, the output of which is the output of the device, and the input is the combined direct input of the first comparator and the inverting input of the second comparator, the inverting input of the first comparator is the input of the first threshold voltage, the direct input of the second comparator is the input of the second threshold voltage, the output of the second comparator is connected to the clock input of the D-trigger, the output of the first comparator through a differentiating chain is connected to the input of the asynchronous installation in the unit of the D-trigger An era whose D-input is connected to its inverse output.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит главным образом в возможности получения импульсов неискаженной длительности в отсутствие помех и снижения искажений импульсов при наличии помех.The technical result achieved by using the present invention consists mainly in the possibility of obtaining pulses of undistorted duration in the absence of interference and to reduce distortion of pulses in the presence of interference.
Технический результат по варианту 1 достигается тем, что в устройство с обратной связью для для клиппирования знакопеременных сигналов, содержащее два компаратора и D-триггер, выход которого является выходом устройства, а входом - объединенные прямой вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора, согласно изобретению, введены второй D-триггер, элемент задержки и элемент И, выход первого компаратора соединен с тактовым входом первого D-триггера, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, выход второго компаратора соединен с обнуляющим входом второго D-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого D-триггера, обнуляющий вход которого соединен с выходом второго D-триггера, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, второй вход элемента И соединен с инверсным выходом второго компаратора, инвертирующий вход первого компаратора является входом первого порогового напряжения, прямой вход второго компаратора является входом второго порогового напряжения.The technical result of
Технический результат по варианту 2 достигается тем, что в устройство с обратной связью для клиппирования знакопеременных сигналов, содержащее компаратор и D-триггер, выход которого является выходом устройства, а входом - прямой вход первого компаратора, согласно изобретению, введены элемент задержки и элемент И, выход компаратора соединен с тактовым входом D-триггера, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, выход D-триггера соединен с элементом задержки, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом компаратора, выход элемента И соединен с обнуляющим входом D-триггера, инвертирующий вход компаратора является входом порогового напряжения.The technical result according to
Сущность изобретения иллюстрируется графическим материалом. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства по варианту 1, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия указанного устройства, на фиг. 3 - функциональная схема устройства по варианту 2.The invention is illustrated by graphic material. In FIG. 1 shows a functional diagram of the device according to
Функциональная схема, представленная на фиг. 1, содержит два аналоговых компаратора 1, 2, два D-триггера 3, 4, элемент 5 задержки и логический элемент И 6. Входом u(t) устройства являются объединенные входы компараторов 1, 2 (прямой и инвертирующий), выход компаратора 1 соединен с тактовым входом D-триггера 3, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, выход D-триггера 3 является выходом устройства и соединен со входом элемента 5 задержки, выход которой соединен с первым входом элемента И 6, второй вход которого соединен с инверсным выходом компаратора 1, выход элемента И 6 соединен с тактовым входом D-триггера 4, выход которого соединен со входом асинхронного обнуления D-триггера 3, D-вход D-триггера 4 является входом фиксированного уровня логической единицы, а вход асинхронного обнуления соединен с выходом компаратора 2, инвертирующий вход компаратора 1 соединен с шиной нулевого потенциала, прямой вход компаратора 2 является входом порогового напряжения UITN.The functional diagram shown in FIG. 1, contains two
Временные диаграммы (фиг. 2) содержат входной u(t) синусоидальный сигнал без помех (слева на графике) и обогащенный помехами (справа), а также импульсы:Timing diagrams (Fig. 2) contain an input u (t) sinusoidal signal without interference (left in the graph) and enriched with interference (right), as well as pulses:
- на выходе компаратора 1 - x1;- at the output of the comparator 1 - x1;
- на инверсном выходе компаратора 1 - x1-1;- at the inverted output of the comparator 1 - x1-1;
- на выходе компаратора 2 - х2;- at the output of the comparator 2 - x2;
- на выходе элемента 5 задержки - х3;- at the output of the delay element 5 - x3;
- на выходе D-триггера 4 - R;- at the output of the D-trigger 4 - R;
- на выходе устройства.- at the output of the device.
Функциональная схема по фиг. 3 содержит компаратор 7, D-триггер 8, элемент 9 задержки и логический элемент И 10, прямой вход компаратора является входом устройства, а инвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, выход компаратора 7 соединен с тактовым входом D-триггера 8, D-вход которого является входом фиксированного уровня логической единицы, выход D-триггера 8 соединен со входом элемента 9 задержки, выход которого соединен с первым входом элемента И 10, второй вход которого соединен с инверсным выходом компаратора 7, выход элемента И 10 соединен со входом асинхронного обнуления D-триггера 8, выход которого является выходом устройства.The functional diagram of FIG. 3 contains a
Работает устройство (см. фиг. 1) следующим образом. При поступлении на вход аналогового знакопеременного сигнала u(t), например, синусоидального, как показано на фиг. 2 слева, в момент пересечения им нулевого уровня, при смене знака с отрицательного на положительный срабатывает компаратор 1 (на выходе x1 устанавливается высокий логический уровень) и по переднему фронту импульса на его выходе D-триггер 3 переходит в состояние логической единицы на выходе (формируется передний фронт выходного импульса). С задержкой Δt, на выходе элемента 5 (выход х3) также появляется высокий логический уровень, передаваемый на первый вход (верхний по схеме) элемента И 6. В момент перехода через нуль, обусловленного возвратом значений сигнала u(t) в отрицательную область, появляется положительный перепад напряжений на инверсном выходе компаратора 1 (выход x1-1), который, воздействуя на нижний по схеме вход элемента И 6, приводит к появлению на выходе последнего и соответственно на тактовом входе D-триггера 4 импульса, переводящего указанный триггер в состояние логической единицы. В результате появляется обнуляющий логический уровень (выход R) на обнуляющем входе D-триггера 3, переводя последний в состояние низкого логического уровня на выходе - таким образом формируется задний фронт выходного импульса. Через время, необходимое сигналу u(t), находящемуся в отрицательной области, для достижения уровня UITN, появляется перепад напряжений на выходе компаратора 2 (выход х2), обнуляющий D-триггер 4.The device operates (see Fig. 1) as follows. Upon the input of an analog alternating signal u (t), for example, sinusoidal, as shown in FIG. 2 on the left, at the moment of crossing the zero level, when the sign changes from negative to positive,
Описанная работа устройства происходила в предположении, что помехи на входе отсутствовали и клиппированию подвергался чистый синусоидальный сигнал. Из показанного, включая содержание левой части временных диаграмм, соответствующей синусоидальному входному воздействию, несложно видеть, что фронты выходного импульса формировались строго в моменты перехода сигналом нулевого уровня, то есть клиппирование происходило без искажений, с сохранением длительности импульса, равной длительности положительной полуволны входного сигнала.The described operation of the device occurred under the assumption that there was no interference at the input and a pure sinusoidal signal was subjected to clipping. From the shown, including the contents of the left side of the time diagrams corresponding to the sinusoidal input action, it is easy to see that the fronts of the output pulse were formed strictly at the moments of transition by the signal of the zero level, i.e., clipping occurred without distortion, while maintaining the pulse duration equal to the duration of the positive half-wave of the input signal.
Рассмотрим далее типичный на практике случай поступления на вход устройства сигнала v(t)=u(t)+n(t), представляющего собой сумму синусоидального полезного сигнала u(t) и помех n(t), как показано в правой части временных диаграмм по фиг. 2. При первом же пересечении нулевого уровня сигналом v(t) в области, соответствующей условию 
где 
Из вышеизложенного, включая правую часть временных диаграмм (см. фиг. 2), видно, что как при наличии помех, так и при их отсутствии передний фронт выходного импульса формируется строго в момент первого пересечения нулевого уровня входным сигналом при смене знака с отрицательного на положительный, а задний - при первом пересечении нулевого уровня при смене знака с положительного на отрицательный. Снижение искажений длительности выходного импульса при воздействии помех объясняется тем, что порог срабатывания находится на уровне нулевого потенциала и отсутствует дополнительное смещение фронта импульса, вызванное отличным от нуля пороговым напряжением, свойственным схемам с гистерезисом.From the foregoing, including the right-hand side of the time diagrams (see Fig. 2), it can be seen that both in the presence of interference and in the absence of it, the leading edge of the output pulse is formed strictly at the moment of the first crossing of the zero level by the input signal when the sign changes from negative to positive , and the back one - at the first crossing of the zero level when changing the sign from positive to negative. The decrease in the distortion of the output pulse duration under the influence of interference is explained by the fact that the response threshold is at the zero potential level and there is no additional shift of the pulse front caused by a nonzero threshold voltage characteristic of hysteresis circuits.
Существенную роль в функционировании устройства играет корректный выбор значения Δt. Время Δt следует выбирать, с одной стороны, исходя из продолжительности действия ложных коротких импульсов tn, а с другой - с учетом верхней границы диапазона рабочих частот устройства, то есть наименьшего периода Tmin сигнала. В качестве оценки можно рекомендовать выбор Δt из неравенстваA significant role in the functioning of the device is played by the correct choice of Δt value. The time Δt should be selected, on the one hand, based on the duration of the action of false short pulses t n , and on the other, taking into account the upper limit of the operating frequency range of the device, that is, the shortest signal period T min . As an estimate, we can recommend the choice of Δt from the inequality
tn<Δt<(0,2-0,3)Tmin.t n <Δt <(0.2-0.3) T min .
Некоторые трудности у разработчика может вызывать правильный выбор значения tn, которое зависит как от уровня помех n(t), так и от амплитуды и частоты входного сигнала. Причем, если с ростом n(t) величина tn также должна расти, то с ростом амплитуды и/или частоты время tn должно уменьшаться. Наиболее точные сведения можно получить, исходя из предварительной экспериментальной оценки помеховой ситуации и знаний о параметрах рабочих сигналов. В отсутствие же априорных эмпирических данных следует исходить из крайнего максимального значения (0,2-0,3)Tmin. Кроме того, в ряде случаев для расширения диапазона рабочих частот устройства может оказаться полезным управление временем Δt путем его изменения в соответствии с изменением значений Tmin.The developer may have some difficulties with the correct choice of the value of t n , which depends both on the level of interference n (t) and on the amplitude and frequency of the input signal. Moreover, if with an increase in n (t), the value of t n should also increase, then with an increase in the amplitude and / or frequency, the time t n should decrease. The most accurate information can be obtained on the basis of a preliminary experimental assessment of the interference situation and knowledge of the parameters of the working signals. In the absence of a priori empirical data, one should proceed from the extreme maximum value (0.2-0.3) T min . In addition, in some cases, to expand the operating frequency range of the device, it may be useful to control the time Δt by changing it in accordance with the change in the values of T min .
В отсутствие полезного сигнала, при наличии на входе только помех, при условии, что инвертирующий вход компаратора 1 соединен с шиной нулевого потенциала, на выходе устройства будет присутствовать низкий логический уровень, поскольку первые срабатывания компаратора 1 под воздействием помех приведут к установке логической единицы на выходе не только D-триггера 3, но D-триггера 4. Последний примерно через время Δt от начала работы переведет D-триггер 3 в исходное нулевое состояние и будет удерживать его в этом состоянии до поступления полезного сигнала, поскольку для снятия обнуляющего уровня (выход R) необходим сигнал, превосходящий по модулю порог UITN.In the absence of a useful signal, if there is only interference at the input, provided that the inverting input of the
Упрощенной версией устройства для клиппирования знакопеременных сигналов является показанное на схеме по фиг. 3. Передний фронт импульса на выходе устройства - выходе D-триггера 8 - формируется аналогично рассмотренному выше в момент первого пересечения порогового уровня, а задний при появлении первого через время Δt отрицательного перепада напряжений на выходе компаратора 7. Задержку Δt выбирают в соответствии с вышеприведенными рекомендациями. Особенностью устройства является наличие выходной последовательности импульсов при отсутствии полезного сигнала, но наличии помех (клиппированию может подвергаться шум на входе), что ограничивает области применения устройства. В то же время в тех случаях, когда наличие входного сигнала является обязательным требованием, а присутствие помех неизбежно, и частота меняется в небольших пределах, устройство по эффективности оказывается не хуже представленного на фиг. 1 и предпочтительней, поскольку проще, надежней и имеет меньшее энергопотребление.A simplified version of the apparatus for clipping alternating signals is shown in the diagram of FIG. 3. The leading edge of the pulse at the output of the device — the output of the D-flip-
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142330A RU2607934C2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Device with feedback for clipping alternating-sign signals (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142330A RU2607934C2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Device with feedback for clipping alternating-sign signals (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015142330A RU2015142330A (en) | 2016-02-10 |
| RU2607934C2 true RU2607934C2 (en) | 2017-01-11 |
Family
ID=55313286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015142330A RU2607934C2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Device with feedback for clipping alternating-sign signals (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2607934C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709664C1 (en) * | 2019-03-22 | 2019-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Threshold module |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007855C1 (en) * | 1991-07-22 | 1994-02-15 | Сергей Иванович Капустин | Threshold unit |
| EP0875733A2 (en) * | 1997-04-28 | 1998-11-04 | Allegro Microsystems Inc. | Detection of passing magnetic articles using a peak-on-peak percentage threshold detector |
| RU2311658C1 (en) * | 2006-05-11 | 2007-11-27 | Лайф Сенсор Ко., Лтд. | Sensor for finding moving objects by means of ultra-broadband signal probing (variants) |
-
2015
- 2015-10-05 RU RU2015142330A patent/RU2607934C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007855C1 (en) * | 1991-07-22 | 1994-02-15 | Сергей Иванович Капустин | Threshold unit |
| EP0875733A2 (en) * | 1997-04-28 | 1998-11-04 | Allegro Microsystems Inc. | Detection of passing magnetic articles using a peak-on-peak percentage threshold detector |
| RU2311658C1 (en) * | 2006-05-11 | 2007-11-27 | Лайф Сенсор Ко., Лтд. | Sensor for finding moving objects by means of ultra-broadband signal probing (variants) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709664C1 (en) * | 2019-03-22 | 2019-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Threshold module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015142330A (en) | 2016-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5808486A (en) | Glitch free clock enable circuit | |
| CN214069896U (en) | Filter circuit for filtering Pulse Width Modulation (PWM) signals | |
| RU2607934C2 (en) | Device with feedback for clipping alternating-sign signals (versions) | |
| KR101171561B1 (en) | Schmitt triger circuit operated according to pulse width | |
| US4736119A (en) | Dynamic CMOS current surge control | |
| US20060186927A1 (en) | Method and circuit for filtering glitches | |
| RU2601829C2 (en) | Sign-variable signals clipping device | |
| US7098706B1 (en) | High speed synchronizer for simultaneously initializing rising edge triggered and falling edge triggered flip-flops | |
| JPS5842656B2 (en) | “Lo” wave circuit | |
| JP2019220763A5 (en) | ||
| CN107592099B (en) | D flip-flop | |
| CN109104175B (en) | Signal gating circuit for digital circuits and method thereof | |
| GB1507652A (en) | Circuit arrangement for indicating within an incoming pulse train only signal pulses having a length exceeding a limit value | |
| RU161479U1 (en) | PULSE SEQUENCE GENERATOR | |
| RU162906U1 (en) | TRIGGER DEVICE | |
| KR100392337B1 (en) | A circuits for generating minimum on/of pulse width | |
| US7471117B2 (en) | Circuit for detecting maximal frequency of pulse frequency modulation and method thereof | |
| CN111327312B (en) | Edge type high-resistance digital phase discriminator suitable for time-lag VCO group ring | |
| RU169672U1 (en) | Trigger device | |
| KR0177756B1 (en) | Noise eliminating circuit | |
| RU2044404C1 (en) | Device for generation of signal in given time | |
| SU484631A1 (en) | Pulse-time discriminator | |
| SU1050102A1 (en) | Pulse shaper | |
| JP3426651B2 (en) | Monostable multivibrator | |
| RU2557448C2 (en) | Digital phase detector (versions) |