Датчик случайных двоичных сигналов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статического моделирования . Цель изобретения - повышение точности. Датчик содержит генераторы тактовых импульсов 1 и 2, триггер 3, синхронизируемый перепадом потенциала , и формирователь 4 длительности импульсов, содержащий двоичный сче тчик 5 и мультиплексор 6. На счетный вход двоичного счетчика подаются импульсы с первого генератора, сигнал с выхода счетчика поступает на адресные входы мультиплексора. Код, установленный на информационных входах мультиплексора, определяет среднюю вероятность формирования Лог.1 на выходе датчика. Сигнал с выхода мультиплексора поступает на информационный вход триггера, на счетный вход которого подаются импульсы с второго о генератора, а с выхода снимают случайный двоичный сигнал. 3 ил. 1 з.п. ф-лы. СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (Н) r5)) 4 G 06 F 7/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП(РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4137312/24-24 (22) 16.10.86 (46) 23.01.89. Бюл. N - 3 (72) В.В.Канарейкин (53) 68 1.325(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1005044, кл. G 06 F 7/58, 1981.

Авторское свидетельство СССР

)1 1056189, кл. G 06 F 7/58, 1982;

Авторское свидетельство СССР

Ф 942011„кл. G 06 F 7/58, 1980. (54) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статического моделирования. Цель изобретения — повышение точности. Датчик содержит генераторы тактовых импульсов 1 и 2, триггер 3, синхронизируемый перепадом потенциала, и формирователь 4 длительности импульсов, содержащий двоичный счетчик 5 и мультиплексор 6. На счетный вход двоичного счетчика подаются импульсы с первого генератора, сигнал с выхода счетчика поступает на адресные входы мультиплексора. Код, установленный на информационных входах мультиплексора, определяет среднюю вероятность формирования "Лог. 1" на выходе датчика. Сигнал с выхода мультиплексора поступает на информационный вход триггера, на счетный вход которого подаются импульсы с второго генератора, а с выхода снимают случайный двоичный сигнал. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1453402

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования различных случайных про 1ессов и для оценки ха- 5 рактеристик устройств обнаружения дис. кретных сигналов при различных сооТ ношениях вероятностей формирования единиц и нулей в сигнале.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема датчика, на фиг ° 2 — вре1 ,менные диаграммы, поясняющие работу формирователя длительности импульсов, t5 на фиг. 3 — спектр сигналов на выходе формирователя длительности импуль4 сов.

Датчик. случайных двоичных сигналов содержит (фиг. 1) два генератора 29 ,1 и 2 тактовых импульсов, синхронизи руемый перепадом потенциала D-триггер 3 и формирователь 4 длительности, сопержащий, например, двоичный счетчик мультиплексор 6, входы 7-,10. 25

Если не требуется оперативного из менения средней вероятности форми-. рования единиц и нулей на выходе датчика, схема формирователя длитель ности импульсов может быть существен-З0 но упрощена. Так, например, для соз-, дания только равновероятных сигналов

iB качестве формирователя длительности импульсов может использоваться счетный триггер, Кроме того, при использовании

35 предлагаемого датчика случайных двоичных сигналов в составе более сложного цифрового устройства в качестве одного из генераторов датчика мо- 40 жет использоваться тактовый генератор, имеющийся в этом устройстве.

Датчик работает следующим образом, Пусть в исходном состоянии на информационные входы 7 и 8 мультиплек45 сора 6 поданы потенциалы логической ,единицы (фиг. 2 r.ä.), а на входы 9 и 10 — потенциалы логического нуля (фиг. 2 е,ж);

Тактовые, импульсы с выхода гене1 атора 1 с частотой F, (фиг. 2а) пос)

50 .упают на счетный вход двоичного счетчика 5. Число разрядов счетчика (> определяется необходимым дискретом изменения вероятности формирования единиц и нулей на выходе датчика. С увеличением числа разрядов счетчика

5 этот дискрет уменьшается, но одновременно уменьшается и быстродействне датчика (при фиксированной частоте генератора 1).. Для рассмотрения принципа работы датчика достаточно ограничиться двумя разрядами счетчика

5. С выходов этих разрядов сигналы в виде меандров с частотами Г

° г (фиг.2б) и Гц, (фиг.2в) поступают на адресные входы мультиплексора 6 в

1 результате чего код с информационных входов последовательно передается на выход мультиплексора 6. При указанном состоянии входов мультиплексора

6 на его выходе формируется сигнал в виде меандра с частотой F iä (фиг ° 2э),который поступает на информационный вход триггера 3.

На тактовый вход триггера 3 поступают импульсы с выхода генератора 2, частота следования которых выбирается из следующих соображений. Извест. но, что любой источник электрического сигнала из-за различного рода внутренних шумов является источником случаиного процесса ° Так, собственные шумы активных и пассивных элементов входящих в состав генераторов 1 и 2 импульсов, приводят к тому, что амплитуда, длительность и период следования этих импульсов испытывают случайные флуктуации, Амплитуда сигналов в цифровых устройствах определяется примененной элементной базой и величиной напряжения питания устройства и имеет та" кую величину, которая обеспечивает надежное срабатывание элементов устройств во всех условиях внешних воздействий, оговоренных нормативной документацией на элементы. Поэтому влиянием флуктуаций амплитуды импульсов при рассмотрении работы предлагаемого датчика случайных двоичных сигналов можно пренебречь.

Кроме того, можно не учитывать влияние флуктуаций длительности импульсов генераторов 1 и 2, так как срабатывание счетчика 5 и триггера 3 происходит по фронту сигнала на их входах.

Флуктуации периода повторения импульсов генератора 1 приводят к тому, что на выходе муль.иплексора 6 случайным образом в небольших пределах изменяются длительность импуль— сов и период их следования.

Спектр таких импульсов (для выбранного значения их скважности) в отличие от спектра импульсов с постоян45

Средняя за некоторое время величина вероятности формирования логической единицы (нуля) на выходе триг14534 ными длительностью и частотой, имеющего линейчатый вид (фиг. За), состоит из узких спектральных полос, среднее значение частоты которых совпадает со спектральными линиями спектра импульсов, имеющих постоянную длительность (фиг, Зб) . Ширина этих полос определяется величиной флуктуаций

AF, частоты повторения импульсов ге- 1р нератора 1. Известно, что время корреляции случайного процесса обратно пропорционально ширине его спектра, в данном случае ширине спектральных полос на фиг. Зб. Если фиксировать 15 значение параметров случайного процесса через интервалы времени, большие, чем время корреляции процесса, то значения этих величин будут случайными и независимыми друг от друга. 2р

Так, например, если записывать в триггер 3 состояние выхода формирователя 4 длительности импульсов ("Лог,0" или "Лог.1") с помощью тактовых импульсов от генератора 2, пос- 25 тупающих с периодом повторения, большим, чем время корреляции случайных флуктуаций длительности и частоты повторения импульсов на выходе форми-. рователя 4, то состояние триггера 3 в 30 каждом периоде повторения импульсов генератора 2 будет случайным. Точно так же случайным будет состояние триггера 3, если период повторения импульсов тактового генератора 2 будет подвержен случайным : флуктуациям, Ф превышающим по величине период повторения импульсов на выходе формирователя 4. Отсюда следует, что величина флуктуаций периода повторения им- 4р пульсов генераторов 1 и 2 для работоспособности устройства значения не имеет. Существенно лишь то, чтобы флуктуации их периодов повторения друг относительно друга за период повторения импульсов генератора 2 превышали период повторения импульсов на выходе формирователя 4. Для приведенного примера построения.формирователя i4 он равен N/F,, где N — 5p коэффициент деления счетчика 5. Таким образом, при выполнении этого условия конкретная величина частоты повторения импульсов генераторов 1 и 2 также не имеет значения.

02 гера 3 определяется средней продолжительностью состояния логической единицы (нуля) на его информационном входе за зто же время, т.е. величиной, обратной скважности импульсов на выходе формирователя 4 длительности импульсов, Так, при скважности, равной 2, эта вероятность будет близка к 1/2, формирование логической единицы и нуля будет равновероятным.

Если изменить состояние информационных входов мультиплексора

1 (фиг ° 2 г,д, е, ж) в момент 1, т. е. на вход

7 подать потенциал логической единицы, а на остальные входы — потенциал логического нуля, то на выходе мультиплексора 6 сформируется импульс со скважностью 4. В этом случае вероятность формирования единицы на выходе датчика будет близка к 1/4.

Если на входы 7-9 мультиплексора

6 подать потенциалы логической единицы, а »а вход 10 — потенциал логического нуля (фиг. 2 г.д.е.ж), то скважность формируемого импульса составит 4/3, а вероятность формирования логической единицы на выходе датчика 3/4. В крайних состояниях при поданных на все информационные входы мультиплексора 6 логических нулях (фиг, 2 r.ä.е.ж) или логических единицах (фиг. 2 г,д,е,ж) вероятность формирования логической единицы на выходе будет равна соответственно нулю либо единице. Таким образом, вероятность формирования логической единицы на выходе датчика обратно пропорциональна скважности импульсов на выходе формирователя 4 длительности импульсов и может изменяться в диапазоне от 0 до 1 с помощью цифровых управляющих сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора 6.

Нестабильность средней вероятности формирования единиц и нулей на выходе предлагаемого устройства будет определяться нестабильностью разности суммарного времени переключения счетчика 5 и мультиплексора 6 из состояния логического нуля в состояние логической единицы и обратно.

Укаэанная разность путем выбора быстродействующей элементной базы и частоты повторения импульсов генератора 1 (в пределах заданного быстродействия датчика в целом) может быть получена существенно меньше периода повторения импульсов на выходе формиМ с 1 У® u(а/

4 1 <(- rdj - А/1- —NI а/1

Ф 1

ВН1ПБП1 Заказ 7286/46 Тираж 667 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 14534 рователя 4 длительности, а ее нестабильность составит единицы и доли процента от длительности импульса„

Формула изобретения

1. Датчик случайных двоичных сигналов, содержащий два генератора импуЛьсов, D-триггер, о т л и ч а ю — 1О шийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит формирователь длительности импульсов, вход которого подключен к выходу первого генератора импульсов, а выход форми- 15 рователя длительности импульсов соединен с информационным входом D-триг02 Ь гера, синхронизирующий вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, а выход D-триггера является выходом генератора.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем,что формирователь длительности импульсов содержит счетчик и мультиплексор, выход которого является выходом формирователя, входом которого является счетный вход счетчика, выходы разрядов которого соединены с группой управляющих входов мультиплексора соответственно, группа информационных входов которого является группой входов задания длительности выходного сигнала формирователя..