SU1193600A1 - Устройство временной прив зки к экстремальным значени м гармонического сигнала - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ПРИВЯЗКИ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее генератор , усилитель-ограничитель, первый , второй, третий и четвертый ключи , триггер управлени , элемент ЗИ, элемент ИЛИ, элемент.задержки, суммирующий счетчик, элемент записи и вычитающий счетчик, причем информационные входы элемента записи подключены к выходным разр дным шинам суммирующего счетчика, а выходы эле- . мента записи соединены с установочными входами вычитающего счетчика, при этом выход генератора подключен к первому входу первого ключа, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика, выходы второго и третьего ключей, подключены соответственно к S-входу и R-входу триггера управлени , один из выходов которого  вл етс  одним из выходов устройства и подключен одновременно к первому входу элемента ЗИ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика, а входна  шина устройства подключена к входу усилител -ограничител , отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности прив зки к экстремальным значени м гармонического сигнала и расширени  частотного диапазона, в него введены D-триггер, дешифратор, формирователь, вторые элемент ЗИ, вход которого подключен к второму выходу триггера управлени , элемент задержки и суммирующий счетчик , причем выход генератора подключен к С-входу D-триггера, D-вход которого подключен к выходу yci-шител ограничител , первый выход D-триггера подключен к вторым входам первого элемента ЗИ и первого ключа, а также к первому входу третьего ключа, его (Л второй выход - к вторым входам второго элемента ЗИ и четвертого ключа, а также к -первому входу второго ключа , вторые входы второго и третьего ключей соединены с выходом формировател  и входом записи вычитающего счетчика , выходные разр дные шины кото- со рого соединены с соответствующими входными шинами дешифратора, выход О5 которого подключен к входу формировател , кроме того, выходы второго и третьего ключей соединены соответственно с входами первого и второго элементов задержки и соответственно с первым и вторым входами блокировки передачи кода по основным и дополнительным информационным шинам элемента записи, причем дополнительные информационные шины элемента записи подключены к соответствующим вькод ным разр дным щинам второго суммирующего счетчика, а входы сброса первого и второго счетчиков подключены соответственно к выходам первого и

Description

вторрго 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 .вто1193600

- рого суммирующего счетчика, а входы записи суммирующих счетчиков и вход сброса вычитающего счетчика соединены с шиной Пуск устройства, вторым выходом которого  вл етс  второй выход триггера управлени .

Изобретение относитс  к электрорадиоизмерени м и предназначено дл  использовани  в широкодиапазонных измерител х частотно-временных параметров сигналов.

Цель изобретени  - повышение точности прив зки к экстремальным значени м гармонического сигнала и расширение частотного диапазона устройства за счет исключени  погрешности, котора  вызываетс  ассиметрией сигнала , и подавлени  шумовой составл ющей в сигнале.

Расширение частотного диапазона .обусловлено снижением требований к чбыстродействию счетчико13, что обеспечиваетс  в результате прив зки не только к положительной, но и к отрицательной полуволне сигнала.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, по сн ющие его функционирование ..

Устройство содержит генератор 1, усилитель-ограничитель 2, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертьй 6 ключи, триггер 7 управлени , элечент ЗИ 8, элемент ИЛИ 9, элемент 10 задержки, суммирующий счетчик 11, элемент 12 записи и вьшитающий счетчик 13. При этом информационные ши ны элемента 12 записи подключены к выходным разр дным 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 которог соединен со счетным входом суммирующего счетчика 11, выходы второго 4 и третьего 5 ключей подключены соответственно к S-входу и R-входу триггера 7 управлени , один из выходов которого,  вл  сь одним из выходов

устройства, подключен одновременно к первому входу элемента ЗИ 8, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 9, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика 13, а входна  шина устройства подключена к входу усилител ограничител  2.

Кроме того, устройство содержит

10 D-триггер 4,- дешифратор 15, форми ровдтель 16, вторые элемент,ЗИ 17, элемент 18 задержки и суммирующий счетчик 19,. причем выход генератора 1 подключен к С-входу D-триггера 14

tS D-вход которого подключен К выходу усилител -ограничител .2, первьй выход D-триггера 14 подключен к вторым входам первого элемента ЗИ первого ключа 3, а также к первому вход

20третьего ключа5. Второй выход D-тригера 14 подключен к вторым входам второго элемента ЗИ 17 и четвертого . ключа 6, а также к первому входу второго ключа 4, вторые выходы второго 4 и третьего 5 ключей соединены с выходом формировател  16 и входом записи вычитающего счетчика 13, вьпсоные разр дные шины которого соедине . ны с соответствующими входными шинами деши фратора 15, выход которого подключен к входу формировател  16.

Выходы второго 4 и третьего 5 ключей соединены соответственно с входами первого 10 и второго 18 элементов задержки и соответственно с первым и вторым входами блокировки .передачи кода по основным и дополнительным информационным шинам элемента 12 записи, причем дополнительные информационные шины элемента 12 записи подключены к соответствующим выходным разр дным шинам второго суммирующего счетчика 19, а выходы сброса второго 19 и первого 11 суммирующих счетчиков 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 клю ча 6 соединен со счетным входом второго суммирующего счетчика 19. Входы записи суммирующих счетчик 11 и 19 и вход сброса вычитающего счетчика 13 соединены .с шиной Пуск устройства, вторым выходом которого  вл етс  второй выход триггера 7 управлени , причем этот выход соеди нен с первым входом второго элемента ЗИ 17, Устройство работает следующим об разом. Предположим, что на вход устройства подаетс  гармонический сигнал, в котором отсутствуют шумы (фиг.2с() На выходе усилител -ограничител  формируютс  пр моугольные импульсы (фиг. 2Щ , фронты и срезы которых соответствуют переходам входног сигнала через нулевой уровень. Эти импульсы подаютс  на D-вход D-триггера 14, на С-вход которого подаютс  импульсы с -выхода генератора 1. Частота f следовани  тактовых импульсов с выхода генератора 1 (фиг. 2в) значительно превышает час тоту входного сигнала F. D-Триггер 14 переключаетс  по заднему фронту тактовых импульсов. В результате на его выходе формируетс  сигнал, изображённой на фиг. 2i-. Лопустим, что в момент пуска уст ройства счетчики 11, 13 и 19 наход тс  в произвольном состо нии (фиг. 23, е иу) . Пусть, кроме того, триггер 7 управлени  находитс  в единичном состо нии (фиг. 2к-); кроме того, обеспечиваетс  прохождение тактовых импульсов через открытый первый ключ 3 на счетный вход перво го суммирующего счетчика 11, код ко торого линейно возрастает во времени (фиг. 2и) . Одновременно тактовые импульсы через элемент ЗИ 8 и элемент ИЛИ 9 проход т на счетный вход вычитающего счетчика 13, код которог линейно уменьшаетс  во времени (фиг. 2;s) . Если за врем  действи  положительной полуйолны входного си нала код вычитающего счетчика не достигнет нулевого значени , то в течение отрицательной полуволны этого сигнала состо ни  всех счетчиков останутс  неизменными, а с приходом следующей положительной полуволны входного сигнала будет продолжено нарастание кода на счетчике 11 и уменьшение кода на счетчике 13. В момент достижени  вьиитающим счетчиком 13 нулевого значени  кода на выходе формировател  16 формируетс  короткий импульс (фиг. 25-) . Этим, импульсом через открытьй третий ключ 5 триггер управлени  переводитс  в нулевое состо ние (фиг. 2и). В результате элемент ЗИ 8 закрываетс , что прекращает поступление тактовых импульсов на счетный вход вычитающего счетчика 13. Кроме того,импульс с выхода формировател  16 поступает на вход записи вычитающего счетчика 13 и череа третий ключ 5 на второй вход блокировки передачи кода элемента 12 записи, что приводит к сн тию блокировки передачи кода от второго суммирующего счетчи- ка 19 по дополнительным информационным шинам на элемент 12 записи. Последний обеспечивает передачу прин того со счетчика 19 кода на установочные входы вычитающего счетчика с уменьшением вдвое этого кода, причем уменьшенна  вдвое величина кода счетчика 19 заноситс  в вычитающий счетчик 13, поскольку на его входе записи присутствует импульс с выхода формировател  16. Этимже импульсом через врем , достаточное дл  предустановки вычитающего счетчика 13 и.задаваемое элементом 18 задержки , суммирующий счетчик сбрасываетс  в нулевое состо ние. До окончани  текущей положительной полуволны входного сигнала состо ние счетчиков 16 и 19 измен тьс  не будет. Следующа  отрицательна  полуволна закрывает первьй ключ 3, т.е. прекращаетс  поступление так-, товых импульсов на счетньй вход счетчика 11; одновременно открываетс  четвертый ключ 6 и элемент ЗИ 17 так, что тактовые импульсы начинают поступать на счетные входы счетчиков 13 и 19. Если за врем  действи  отрицателёной полуволны входного сигнала счетчик 13 достигнет нулевого значени  кода, то так же, как и в предыдущем случае, на выходе формировател  16 будет сформирован импульс который переключит триггер 7 управлени  в единичное состо ние (фиг. 2 произведет запись в вычитающий счет чик 13 уменьшенного вдвое кода суммирующего счетчика 11 и сброс последнего . За врем  действи  отрицательной полуволны в суммирующем сче чике 19 будет зафиксирован код К ff, величина которого пропорциональна длительности этой полувол ны i. Длительности С следующей положительной полуволны будет соответ ствовать код на счетчике 11 М. Сумма кодов N+ М соответствует периоду Т входного сигнала. Код N4. и N. поочередно (но с уменьшением вдвое) записываютс  в вычитающий счетчик 13. Эта запись производитс  в моменты достижени  вьтитающйм счет чиком нулевого состо ни . При этом вычитающий счетчик выполн ет функции преобразовател  код-интервал г времени: моменты перехода его состо ни  через нуль соответствуют серединам положительных и отрицательных полуволн входного сигнала. Эти средние моменты определ ютс  на основе длительностей соответствующих полуволн входного сигнала впредыду щем периоде. Не учить1ва  задержки, вносимые усилителем-ограничителем 2 легко видеть, что данные моменты времени соответствуют экстремальным значени м входного сигнала, приче . эти моменты не завис т от уходов нулевой линии усилител -ограничител ., т.е. от асимметрии ограничени . В качестве выходных сигналов устройства могут использоватьс  либо пр моугольные импульсы с выходов триггера 7 управлени , либо, импульсы прив зки на выходе второго 4 и третьего 5 ключей. При этом обеспечиваетс  прив зка к обоим экстремальным значени м сигнала и осуществл етс  это с одинаковой точностью, котора  обусловлена погрешностью квантовани  (определ етс  тактовой частотой) и задержкой усилител ограничител  2. Длительность переходного процесса ТВ устройстве зависит от начальных значений кодов на счетчиках и частоты входного сигнала. Эта длительность может быть снижена до одного периода входного сигнала, если производить предустановку счетчиков в такое состо ние, которое соответствует примерно четверти периода сигнала наивысшей частоты. Технических трудностей така  предустановка не вызывает. В устройстве нет жестких требований к времени задержки суммирующих счетчиков, поскольку перезапись кода в вычитающий счетчик из суммирующего производитс  в статике, когда счетные импульсы не поступают на счетный вход этого счетчика. Требуемый объем счетчиков (их разр дность ) определ етс  нижней рабочей частотой и частотой тактовых импульсов . В результате снимаетс  ограничение на нижнюю рабочую частоту устройства, что расшир ет его рабочий диапазон. В услови х воздействи  шумов с широкой полосой частот устройство , работает следующим образом. Пусть входной сигнал имеет вид, который представлен на фиг. 3«, счетчики устройства соответствующим образом . предустановлены,.а триггер 7 управлени  находитс  в единичном состо нии . На выходе усилител -ограничител  2 формируетс  сигнал, изображенный на фиг. 35. Во врем  пребывани  смеси сигнала и шума выше нулевого уровн  (этому Соответствует единичное состо ние D-триггера 14) код суммирующего счетчика 11 возрастает пропорционально интегрсшьной длительности пребывани  сформированного сигнала (на выходе D-триггера) вьше нулевого уровн , а код вычитающего счетчика 13 убывает и в некоторый момент достигает нулевого значени . В этот момент , как и при работе с чистым (без шумов) сигналом, в вычитающий счетчик заноситс  уменьшенный вдвое код суммирующего счетчика 19, происходит переключение триггера 7 управ-, лени , а суммирующий счетчик начинает накапливать код, соответствующий интегральному времени пребывани  смеси сигнала и шума ниже нулевого уровн . Код вычитающего счетчики 13 уменьшаетс , достига  нулевого значени  в этом же полупериоде входного сигнала (фиг. 33). В этот момент в вычитающий счетчик заноситс  уменьшенньй вдвое код суммирующего счетчика 11, соответствующий интегральной

длительности импульсов на рассматриваемом интервале времени. Если на последующих интервалах времени в пределах данного периода сигнала интегральные длительности импульсов и пауз (на выходе усилител -формировател ) превьшают их уменьшенные вдвое значени , которые были накоплены на предыдущем интервале наблюдени , то будут иметь место многократные ложные срабатывани  устройства в переходном процессе, что увеличит его длительность. Однако коды суммирующих счетчиков будут постепенно измен тьс , стрем сь к значени м, которые пропорциональны среднему за период времени пребывани  сигнала выше .(ниже) нулевого уровн . Причем наиболее веро тными моментами достижени  выходным кодом вычитающего счетчика 13 нулевого состо ни  станов тс  моменты перехода входного сигнала через экстремальные значени , которые наименее подвержены воздействию шумов. В результате на выходе устройства (фиг. Зж) устанавливаетс , последовательность пр моугольных импульсов, частота следовани  которых соответствует частоте входного сигнала, а фронты импульсов - его экстремальным значени м.

Погрешность прив зки в данном случае определ етс  статистическими свойствами интегральной длительности импульсов (пауз) на выходе.усилител -ограничител  2. Тем же фактором обусловлена, и предельна  помехозащищенность устройства. Ложные срабатывани  имеют место,если интегральна  длительность импульсов (пауз)

в предыдущем периоде сигнала больше или меньше в два раза ее значени  в данном периоде сигнала. Если учесть, однако, что разброс интег- ральных оценок длительностей импульсов (пауз) значительно меньше, чем мгновенных значений, что обусловлено эффектом усреднени  , то по нехоустойчивость предлагаемого устройства достаточно высо ка .

Кроме того, прив зка фронтов импульсов , которые формируютс  на выходе D-триггера, делает устройство

малокритичным к изменени м задержек элементов, исключает дробление счетных импульсов за счет шумов, что позвол ет максимально реализовать его возможности с точки зрени  помехоустойчивости .к широкополосным шумам.

Р(/г1

Прк

Claims (1)

1. 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 и вычитающий счетчик, причем информационные входы элемента записи подключены к выходным разрядным' шинам суммирующего счетчика, а выходы элемента записи соединены с установочными входами вычитающего счетчика, при этом выход генератора подключен к первому входу, первого ключа, выход которого соединен со счетным входом суммирующего счетчика, выходы второго и третьего ключей, подключены соответственно к S-входу и R-входу триггера управления, один из выходов которого является одним из выходов устройства и подключен одновременно к первому входу элемента ЗИ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика, а входная шина устройства подключена к входу усилителя-ограничителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности привязки к экстремальным значениям гармонического сигнала и расширения частотного диапазона, в него введены D-триггер, дешифратор, формирователь, вторые элемент ЗИ, вход которого подключен к второму выходу триггера управления, элемент задержки и суммирующий счетчик, причем выход генератора подключен к С-входу D-триггера, D-вход которого подключен к выходу усилителяограничителя, первый выход D-триггера подключен к вторым входам первого элемента ЗИ и пер’вого 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 о ключей соединены с выходом формирователя и входом записи вычитающего счетчика, выходные разрядные шины кото-⁴ рого соединены с соответствующими входными шинами дешифратора, выход которого подключен к входу формирователя, кроме того, выходы второго и третьего ключей соединены соответственно с входами первого и второго элементов задержки и соответственно с первым и вторым входами блокировки передачи кода по основным и дополнительным информационным шинам элемента записи, причем дополнительные информационные шины элемента записи подключены к соответствующим выход·ным разрядным шинам второго суммирующего счетчика, а входы сброса первого и второго счетчиков подключены соответственно к выходам первого и

   SU .1193600 втор<?го 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 вто1193600 рого 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.