Устройство для формирования сигнала разностной частоты импульсных последовательностей

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСНЫХ ПОСЖДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ по авт.св. № 1086552, о т. л и ч а ю щ веся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены триггер и cyNfMaTop по модулю два, входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого триггеров, а выход сумматора по модулю два подключен к информационному входу дополнительного триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом пятого триггера , а выход - с второй выходной шиной устройства. Q О5 ;О сд 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН (19) (II) 158 A (5))4 Н 03 К 5/156

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1086552 (21) 3643382/24-21 (22) 16.09.83 (46) 23.07.85. Бюл. Я - 27 (72) Э.К.Скворцов (71) Институт теплофизики Сибирского отделения АН СССР (53) 621.374.335 (088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

У 1086552, кл. Н 03 К 5/156, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

СИГНАЛА РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСНЫХ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ по авт. св.

Р 1086552, о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены триггер и сумматор по модулю два, входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого триггеров, а выход сумматора по модулю два подключен к информационному входу дополнительного триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом пятого триггера, а выход — с второй выходной шиной устройства.

1169158

Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано в дискретных и цифровых системах, в частности в дискриминаторах частоты, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. 9 1086552.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, а именно определение знака разностной частоты во всем диапазоне частот,10 входных сигналов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его рабату. 15

Устройство для формирования сигнала разностной частоты импульсных последовательностей содержит пять

D-триггеров 1-5 и генератор 6 тактовых импульсов, выход которого соеди- 0 нен с входами синхронизации первого

1 и второго 2 триггеров, информационные входы которых подключены к выходам третьего 3 и четвертого 4 триггеров, информационные входы ко- . 25 торых соединены с входными шинами устройства, а также элемент 7 задержки, два элемента И 8 и 9, два элемента НЕ 10 и 11, первый 12 и второй 13 сумматоры по модулю два, З0 первые входы которых соединены с выходами первого 1 и второго 2 триггеров, а вторые — с выходами четвер того 4 и третьего 3 триггеров, входы синхронизации которых поМключе- З5 ны к выходу генератора 6 тактовых импульсов и через элемент 7 задержки — к первым входам элементов И 8 и 9. При этом второй вход первого элемента И 8 соединен с выходом пер- 40 ваго сумматора 12 по модулю два, а через первый элемент НЕ 10 — с вторым входом второго элемента И 9, третий вход которого подключен к выходу второго сумматора 13 по модулю 45 два и через второй элемент НЕ 11 к третьему входу первого элемента И 8, выход которого соединен с первым входом пятого триггера 5, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И 9, а выход — к выходной шине сигнала разностной частоты.

Кроме того, устройство содержит дополнительные сумматор 14 по модулю 55 два и D-триггер 15, информационныйвход которого подключен к выходу дополнительного сумматора 14 по модулю два, а вход синхронизации — к вы-. лоду пятого триггера 5, причем входы дополнительного сумматора 14 по модулю два соединены соответственно . с выходами третьего 3 и четвертого

4 триггеров, а выход дополнительного триггера 15 подключен к выходной шине знака разностной частоты

Устройство работает следующим образом.

Два входных сигнала запоминаются с помощью D-триггеров 3 и 1, 4 и 2.

На информационные входы D-триггеров

3 и 4 поступают сигналы с амплитудой "1" или "0", а на входы синхронизации — тактовые импульсы от генератора 6. Аналогично работают триггеры 1 и 2. Каждый из триггеров запоминает значения сигнала на период тактовых импульсов, Сумматоры 12 и

13 осуществляют сложение по модулю два первого входного сигнала, определенного в момент запоминания с вторым входным сигиалом, определенным в момент запоминания i+1.

Если при сложении получаются одновремЕнно единичные уровни сигналов, то они заменяются нулевыми уровнями с помощью элементов И 8 и 9, на другие входы которых подаются запрещающие сигналы соответственно от сумматоров 13 и 12 через элементы НЕ 11 и 10. Для исключения влияния переходных процессов при переключениях

D-триггеров элементы И тактируются импульсами от генератора 6, задержанными с помощью элемента 7 задержки на отрезок времени, меньший периода тактовых импульсов. Сигналы с выходов элементов И устанавливают триггер 5 в положение "1" или "0", формируя сигнал разностной частоты, фронтом которого переключается D-триггер 15 в соответствии с подаваемой на его информационный вход суммой по модулю два значений входных сигналов в i+1-й момент времени.

На выходе D-триггера 15 формируется сигнал знака разностной частоты.

На временной диаграмме (фиг.2) изображено преобразование входных сигналов, приводящее к формированию сигнала разностной частоты.

На D-триггерах 1-4 значения прямоугольных входных сигналов (фиг.2a,о ) запоминаются в моменты времени, соответствукяцие последовательности тактовых импульсов с генератора 6

1169158 4 (фиг.26) . Ошибку в фазе сигнала, получающуюся при этой операции дискретизации, можно ограничить требуемой малой величиной, увеличивая частоту тактовых импульсов. Значения сигналов нужно запоминать на время не менее одного периода тактовых импульсов, В схеме устройства (фиг. 1) время запоминания значений сигналов равно двум периодам тактовых импульсов.

Суммирование по модулю два на сумматорах 12 и 13 разновременных и разноименных значений входных сигналов, фиксированных при их запоминании в моменты времени i i+1 поясне- 15 но на фиг.2 стрелками: суммируются значения сигналов "1" или "О", определенные в моменты времени, соответствующие началу и концу стрелки.

Получаемые при этом суммарные сигна- 20 лы (фиг. 2 g, g) изображены над (под) исходными сигналами.

После исключения из двух суммарных сигналов тех участков, на которых сигналы одновременно принимают значения "1", на выходах элементов

И 8 и 9 получаются два сигнала (фиг.2e,æ).

Затем на триггере 5 формируются фронты и срезы сигнала разностной 30 частоты (фиг.2у) в моменты, когда сигналы на выходах элементов И 8 и 9 принимают соответственно единич-ные значения.

В моменты формирования Фронтов 5 сигнала разностной частоты (фиг.2)) на выходе триггера 15 формируется сигнал знака разностной частоты (фиг. 2 g) .

Доказательство того факта, что. 4б данная последовательность операций действительно приводит к формированию сигнала разностной частоты, основано на анализе трех возможных случаев относительного положения 45 фронтов и срезов входных сигналов (фиг.2ц,В). В первом случае (слева) фронт второго сигнала отстает от фронта первого сигнала, что определяет единичное значение первого сум- N марного сигнала и нулевое значение второго суммарного сигнала. Во втором случае (справа), наоборот, фронт первого сигнала отстает от фронта второго сигнала, что соответственно 55 определяет нулевое значение первого суммарного сигнала и единичноевторого. Третий случай — точное совa(i+1) Я (i) = 1

a(i) + О (i+1) = О а(1.) + a(i+1) = 1 (1) (2) (3) (4) b(i) + Ы(+1) = 0

Равенства (1) и (2) соответствуют необходимому условию формирования сигнала разностной частоты (для переключения триггера 5 в состояние "1"). Равенство (3) соответствует наличию фронта ипи среза у сигнала д, в данный момент времени.

Равенство (4) соответствует отсутствию фронта или среза у сигнала 8 в данный момент времени. Сложение в представленных равенствах осуществляется по модулю два. падение фронтов (срезов) сигналов не позволяет получить единичные значения первого или второго суммарных сигналов, необходимые для формирования сигнала разностной частоты. Однако ввиду неравенства частот входных сигналов после третьего случая немедленно следуют рассмотренные первый или второй случаи. Поскольку сигнал разностной частоты следует рассматривать с физической стороны, как результат биений двух входных сигналов, когда фронты (срезы) одного сигнала "обгоняют" фронты (срезы) другого сигнала, становится очевидным, что операции данного алгоритма, фиксирующие изменения во взаимном положении фронтов (срезов), приводят к формированию сигнала разностной частоты.

Доказательством факта, что сигнал на выходе триггера 15 действительно является сигналом знака разностной частоты является то, что формирование фронтов и срезов сигнала разностной частоты возможно только после фронтов и срезов того сигнала, частота которого выше ° Этот вывод следует из предыдущего доказательства, поскольку "обгоняющими" являются фронты (срезы) сигнала более высокой частоты, что очевидно, а формирование фронта сигнала разностной частоты происходит именно тогда, когда фронт (срез) из запаздывающего становится опережающим.

Если частота выше у сигнала f1 (фиг.2й), то при формировании фронта сигнала разностной частоты должны выполняться условия

1169158

При сложении (2) и (3) по модулю два получается равенство

a(i+1) + S (i+1) = 1 > (5)

5 которое означает, что при любых значениях сигналов f 1 и fg удовлетворяющих указанным условиям, и при более высокой частоте сигнала f( сигнал знака разностной частоты íà 10 выходе триггера 15 всегда равен "1".

Тот же результат можно получить и при сложении равенств (1) и (4).

Кроме того, если частота выше у сигнала f (фиг.23), то результат в 15 равенствах (1)-(4) противоположный, В этом случае, в результате сложения равенств (2) и (3) или (1) и (4), получается результат

a(i+1) + 3 (i+1) = О, (6) который противоположен равенству (5).

Таким образом, изменению знака разности частот входных .сигналов соответствует изменение сигнала на 25 выходе триггера 15.

На фиг. 2 входные сигналы близки по частоте, а по форме являются меандрами, т.е. прямоугольными импульсами со скважностью два. Выход- 30 ной сигнал разностной частоты при этом также формируется в виде меандра. Такой вид сигналов взят лишь для наглядности. Однако данный алгоритм полностью применим.к более широкому классу сигналов, в частности, к входным сигналам с произвольным отношением частот, к непериодическим сигналам, к сигналам с различной и переменной скважностью, к сме- 10 си сигналов с шумом. Например, предлагаемое устройство применимо к преобразованию сигналов в виде функций

Уолша, характеризуемых обобщенной частотой-частостью. Единственным требованием к сигналам является необхо1 димость выполнения неравенства — (f

Т где Т вЂ” наименьший интервал времени между переменами состояний "1" ("О") входного сигнала, f — частота запоминания значений входного сигнала.

Это условие аналогично по виду и физическому смыслу известной теореме В.А.Котельникова, относящейся к дискретизации сигналов с ограниченным спектром.

Предлагаемое устройство можно применять в двух предельных случаях входных сигналов. Если частота одного из сигналов равна нулю, то операция суммирования по модулю два переменных значений одного из сигналов с постоянной величиной даст в итоге сигнал с частотой входного сигнала.

Если же частоты входных сигналов равны между собой, сигналы отличаются один от другого только фазой.

В этом случае после суммирования их значений и исключения из суммарных сигналов одновременно появляющихся единичных участков получаются два сигнала, из которых только опин будет принимать как единичные, так и нулевые значения, второй же будет везде равен нулю. Следовательно, и раэностная частота также будет равна нулю.

1169158

1 . 1

7 101 77 1 7 7 01.1001000 770 071101777

00710 77 717 707 71 7 1 1 170.71 700

ЯЪг. Г

Составитель В.Лобынцев

Техред A.Áàáèíåö Корректор О.Тигор

Редактор А.Шандор

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4628/53 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5