Адаптивный коммутатор системы телеизмерений

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИЖОМУ СВИ ВТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (11886032 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (51)М. Кл З (22) Заявлено 11.02; 80 (21) 2881925 /18-24 с присоединением заявки МУ—

G08 С 19,/28

Государственный квинтет

СССР по. аеааи нзобретеннй и открмтнй (23) Г3риоритет—

Опубликовано 3Ы1.81 бюллетень М 44

Дата опубликования описания 30,1131 (53) УДК 621. 398 (088. 8) Е.И.Антонюк и А.Ф.Родимов

Ленинградский ордена Ленина элеврротехнкческий институт им. В.И.Ульянова (Ленина)=-= (72) Авторы изобретения

{71) Заявитель (54 ) АДАПТИВНЫЙ КОММУТАТОР СИСТЕМЫ

ТЕЛЕИЗИЕРЕНИЙ

Устройство относится к телеизмерениям и может быть использовано в адаптивных системах связи и управления, где необходимо сокращение объема измерительной информации.

Известен адаптивный коммутатор системы телеизмереиий, в котором для первоочередной передачи в линию связи выбирается канал с максимальной активностью изменения измеряе.-!

О мого параметра. При этом для получения максимального быстродействия осуществляется параллельный выбор наиболее активного канала. Адаптивный коммутатор содержит анализаторы активности в каждом канале, блоки памяти моментов появления требований на опрос каналов, представляющие собой генераторы линейно изменяющегося напряжения, детектор максимального значения сигнала, логический блок выбора каналов, состоящий из элементов совпадения, элемента ИЛИ и каскадов антксовпадения. Кроме того, устройство включает в себя блоки ста-тической памяти адресов, блоки динамической памяти адресов, диодную матрицу, ключи и элемент ИЛИ 11.

Недостатком данного устройства является его техническая сложность, ЗО которая обусловлена наличием логического блока выбора каналов, который содержит большое количество элементов со сложной структурой взаимных связей между ними.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является передающее устройство с адаптивной кожаутацией, содержащее преобразователи погрешности аппроксимацки, ключи, генератор импульсов, анализатор погрешностей аппроксимации, аналого-цифровой преобразователь и передакщий блок (блок считывания), причем информационные входы преобразователей погрешности аппроксимации соединены с источниками измеряемых сигналов и с информационными входами ключей, выходы которых соединены между собой и со входом аналого-цифрового преобразователя, входы сброса преобразователей погрешности аппроксимации соединены с управляющими входами ключей и с управляющими выходами анализатора погрешностей аппроксимации, информационные входы которого подключены к выходам преобразователей погрешности аппроксимации, а счетный вход соединен с выходом генератора импульсов, выходы аналого886032 цифрового преобразователя соединены с информационными входами блока считывания, адресные входы которого подключены к адресным выходам анализатора погрешностей аппроксимации. Цля передачи в линию связи в этом устройстве выбирается канал с максимальной погрешностью аппроксимации, которая выявляется анализатором погрешностей 2 J.

Недостатком этого устройства является то, что в нем осуществляется последовательный анализ активности измеряемых параметров. Это существенно ограничивает быстродействие устройства, определяемое временем, необходимым для выбора канала. В результате накладываются ограничения на частотный диапазон измеряемых сигналов и на количество каналов, которое способно обслужить данное устройство.

Цель изобретения — увеличение 20 быстродействия адаптивного коммутатора. указанная цель достигается тем, что в адаптивный коммутатор системы телеизмерений, содержащий генератор д импульсов, преобразователи погрешности аппроксимации, информационные входы которых объединены с информационными входами соответствующих клю-. чей и подключены ко входам адаптивного коммутатора, входы сброса преобразователей погрешности аппроксимации соединены с управляющими входами соответствующих ключей, выходы которых объединены и соединены с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с информационными входами блока считывания, информационный выход блока считывания соединен с выходом адаптивного коммутатора, син- 40 хронизирующий выход — со входом запуска аналого-цифрового преобразователя, введены блоки сравнения, регистр сдвига, генератор линейно изменяющегося напряжения, триггер, счетчик, дешифратор, регистр памяти, элемент

ИЛИ, элемент запрета и шина логического нуля, выходы преобразователей погрешности аппроксимации соединены с первыми входами соответствующих блоков .сравнения, вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выходы блоков сравнения соединены с соответствующими информационными входами регистра сдвига и входйчи элемента ИЛИ, .выход которого соединен с первым входом триггера, первый выход триггера соединен со входом запуска генератора линейно изменяющегося напряжения, со входом 40 сброса счетчика и входом разрешения записи регистра сдвига, второй выход триггера соединен со входом сброса генератора линейно изменяющегося напряжения и первым входом элемента за- я прета, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход блока запрета соединен со счетным входом счетчика и со входом сдвиra регистра сдвига, вход дополнительного разряда которого подключен к шине логического нуля, выход дополнительного разряда регистра сдвига соединен с третьим входом элемента запрета, выходы счетчика соединены с информационными входами регистра памяти, вход разрешения записи которого объединен со вторым входом триггера и подключен к синхронизирующему выходу блока считывания, выходы регистра памяти соединены с адресными входами блока считывания и входами дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами ключей.

Сущность предлагаемого адаптивного коммутатора заключается в том, что для выявления максимальной погрешности аппроксимации в нем используется одновременное сравнение всех погрешностей с источником эталонного сигнала, что позволяет значительно ускорить процесс выявления канала для передачи в линию связи.

На чертеже изображена структурная блок-схема предлагаемого адаптивного коммутатора.

Адаптивный коммутатор содержит преобразователи 1 погрешности аппроксимации (ППА), предназначенные для формирования в каждом канале 2 сигнала, пропорционального текущей погрешности аппроксимации измеряемого параметра, блоки 3 сравнения, с помощью которых осуществляется сравнение выходных сигналов ППА 1 с эта-. лонным сигналом, регистр 4 сдвига, в котором происходит запоминание позиционного адреса каналов с максимальной погрешностью и осуществляется сдвиг запомненной информации с целью выбора канала для передачи.

Входы ППА 1 соединены с информационными входами ключей 5. Вторые входы блоков 3 сравнения соединены с выходом генератора 6 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), который служит источником эталонного сигнала, при этом выходное напряжение ГЛИН 6 имеет отрицательный наклон. Выходы блока. сравнения соединены.со входами элемента ИЛИ 7, который совместно с триггером 8 служит для фиксации момента окончания сравнения. Генератор 9 импульсов предназначен для генерации сдвигающих и счетных импульсов, прохождение которых на сдвиг и счет управляется элементом 10 запрета. Кроме того, адаптивный коммутатор включает в себя дешифратор 11, предназначенный для дешифрации адреса выбранного канала, регистр 12 памяти, в котором хранится адрес выбранного канала, счетчик 13, в котором формируется двоичный код адреса

886032 выбранного канала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, преобразующий аналоговые сигналы в цифровой код, и блок 15 считывания, который осуществляет преобразование. параллельторое монотонно убывает от первоначального максимального значения до

25 нуля. Это напряжение с помощью блоков

3 сравнения сравнивается с выходными напряжениями IIIIA 1, которые пропорциональны текущим значениям погреш- З0 ностей аппроксимации в соответствии с выбранным алгоритмом. В момент равенства выходного напряжения генератор 6 напряжению на выходе любого

ППА 1 сработает блок 3 сравнения в соответствующем канале. Очевидно, что погрешность аппроксимации в этом канале 2 является максимальной из всех анализируемых погрешностей. При срабатывании блока 3 сравнения логическая "1" с его выхода записыва- 40 ется в соответствующий номеру выбранного канала разряд регистра 4, в дополнительный разряд которого предварительно записан логический "0". Одновременно появляется логическая "1" на выходе элемента ИЛИ 7, которая опрокидывает триггер 8, при этом логический "0" с его первого выхода запрещает дальнейшую запись в регистр

4, а логическая "1", появляющаяся 50 на втором выходе триггера 8 сбрасывает в исходное состояние генератор

6 и открывает элемент 10 запрета.

Импульсы от генератора 9 импульсов через открытый элемент "0 запрета поступают на вход сдвига регистра 4 и на вход двоичного счетчика- 13,при . этом с поступлением каждого импульса логическая "1", записанная в регистр 4, перемещается на один разряд в сторону дополнительного разряда, d0 а код счетчика. 13 увеличивается на. единицу. При появлении логической

"1" в дополнительном разряде регистра 4 появляется сигнал на запрещающем входе элемента 10 запрета, котоного кода адреса и информации выбранного канала в последовательный код, 5 передачу последовательного кода в линию связи, а также синхронизирует работу всего адаптивного коммутатора.

Дополнительный разряд регистра 4 подключен к шине 16 логического нуля.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизирующий импульс с синхронизирующего выхода блока 15 считывания устанавливает в нулевое состояние триггер 8, на первом выходе которого при этом появляется логическая "1", запускающая генератор б, устанавливающая в нулевое состояние 20 счетчик 13 и дающая разрешение на запись состояний выходов блоков 3 сравнения в регистр 4 сдвига, генератор б вырабатывает напряжение,. корый закрывается, останавливая тем самым дальнейший сдвиг и счет. Очевидно, что двоичный код, который окажется записанным к этому моменту в счетчике 13, будет соответствовать номеру канала 2 с максимальной погрешностью. Возможны ситуации, когда одинаковая максимальная погрешность достигается одновременно в нескольких каналах. В этом случае одновременно сработают несколько блоков 3 сравнения,и; логическая "1" окажется записанной в несколько разрядов регистра 4. При этом сдвиг и счет будут остановлены при появлении в дополнительном разряде регистра 4 ближайшей к дополнительному разряду логической "1", и в счетчике 13 окажется записанным адрес соответствующего канала 2. Таким образом, при групповом поступлении требований на опрос осуществляется приоритет по номеру канала 2.

При появлении очередного импульса на синхронизирующем выходе блока

15 считывания адрес выбранного для передачи канала 2 переписывается из счетчика 13 в регистр 12, на соответствующем выходе дешифратора 11 появляется сигнал, открывающий ключ 5 выбранного канала 2 и сбрасывающий

ППА 1 выбранного канала 2. При этом запускается АЦП 14, преобразующий аналоговый сигнал выбранного канала

2 в цифровой код. Одновременно устанавливается в нулевое состояние триггер 8, и цикл работы коммутатора повторяется.. В следующем цикле выбора канала с максимальной погрешностью. блок 15 считывания последовательно считывает в канал связи (не показан) код адреса кайала 2, выбранного в предыдущем цикле, который хранится в регистре 12 памяти, а затем код информации, который появляется на выходе АЦП 14 к моменту окончания считывания адреса.

Из структурной схемы и описания работы адаптивного коммутатора следует, что выбор канала с максимальной активностью измеряемого параметра осуществляется путем одновременного сравнения погрешностей аппроксимации с эталонным сигналом источника монотонно изменяющегося напряжения. При этом время, необходимое для выбора канала, можно условно разбить на два периода. В первом периоде осуществляется собственно сравнение выходных сигналов ППА 1 с выходным напряжением генератора 6, а во втором периоде путем сдвига и счета выбирается канал для передачи и формируется код его адреса. Длительность первого периода Тд можно рассчитать, задавшись ошибкой при выявлении максимальной погрешности

Р= ь ах

886032 где — максимальная разница между погрешностями в двух каналах, при которой позиционные адреса обоих каналов окажутся записанными в сдвигающий регистр 4;Я ПО Х вЂ” максимально возможное значение погрешности аппроксимации в каналах, которое равнозначно первоначальному максимальному напряжениогенератора 6. Таким образом, .ошибка характеризует разрешающую способность при выборе максимальной погрешности. Рассмат-, ривая работу адаптивного коммутатора 10 по описанию и структурной схеме, можно заключить, что время между срабатыванием блоков 3 сравнения и появлением запрета на запись в регистр 4 складывается из времени +4 задержки 15 распространения элементов ИЛИ 7 и иэ времени Ь срабатывания триггера 8

6= 4„+ 4g, Время, необходимое для записи состоя- 20 ния блоков 3 сравнения в регистр 4, содержащий триггеры, аналогичные триггеру 8, можно считать равное времени срабатывания триггера 8. Тогда для того, чтобы из позиционных адре- 25 сов двух каналов 2, погрешности в которых отличаются на величину, в регистр 4 оказался бы записанным только один адрес, необходимо, что ,наклон выходного напряжения генерато- З0 ра 6 был не больше, чем Cl/+л . В худшем случае, когда погрешности аппроксимации всех каналов близки к нулю, моменты совпадения напряжений фиксируются при близком к нулю напряжению генератора 6, и максимальная длительность первого периода выбора мах .Ь л

" 1» Ь 1 Р (3) 40 где t — время задержки распространения элемента ИЛИ 7.В худшем случае," ,когда многовходовый элемент ИЛИ 7 строится на основе соединенных "пирамидой" двухвходовых элементов ИЛИ, время 4л можно рассчитать по формуле, +„- „ЕО,К, Т =И;к- СЕи )м. (e) S0

Подставим в (5) и (6) конкретные значения входящих в формулы величин.

Для наиболее распространенных логических элементов серии 133 согласно паспортным данным на эту серию время срабатывания одного элемента 6 я20 нс, а предельная частота счета .счетчиков серии 133, Й с = 10 мГц. По60 ложим для определенности /=0, 02 и

Н= 32,тогда Т = 8,2 мкс х10 мкс.В реально существующих образцах амплитудных дискриминаторов величины = 0,,02 удалось добиться при С = 0,05 мкФ

á5 и К = 360 Ом (3). Время срабатывагде t1 - время задержки двухвходового элемента ИЛИ; и — количество каналов в коммуа4 таторе. ставив (2) s (1) получим Ф Ь" <,) л A 8

Длительность второго периода можно оценить, зная максимальную частоту счета 1 счетчика 13.В худшем слуС чае, когда выбранный канал находится в нижнем по схеме разряде регистра 4, получим

1 =лЯ . (4) Таким образом, общее время, необходимое для выбора канала, равно

T=T)+T2= (од. N+ — N (p с

Для известного с последовательным анализом погрешностей аппроксимации время выбора канала с максимальной погрешностью пропорционально количеству каналов

Т =78, где С вЂ” время, необходимое для анализа погрешности одного канала, которое складывается из времени +g подключения выходного сигнала ППА ко входу амплитудного дискриминатора через коммутатор погрешностей (2) и из времени запоминания сигнала в

"памяти" дискриминатора (3). Проведенный в (3 ) анализ показал, что время запоминания может быть оценено по формуле

„ () ьап-() о

ЗСа= " 0„„-0В„ ()о где R — выходное сопротивление источника сигнала, которое применительно к известному равно сумме выходного сопротивления IIIIA, внутреннего сопротивления открытого ключа коммутатора погрешностей и внутреннего сопротивления открытого диода, С вЂ” емкость конденсатора "памяти" амплитудного дискриминатора, 0о — пороговое напряжение диода;

b U п — допустимая погрешность запоминания, 0 -U â€, разность между входным сигналом и запомненным напряжением.

Полагая 603айОо= и ОВх 0Вых Чэ мах пол чим

У

Ь а„=- С Си, где величина ошибки имеет тот же смысл, что и раньше.

Таким образом, общее время выбора канала в известном

886032

10 ния Gy, аналоговых ключей современных коммутаторов, например 590 КН1, 590 KH2,по паспортным даннымпримерно равно 1 мкс.Тогда при количестве каналов

N = 32 время выбора канала в известном Т Ф 2 мс.

5

Таким образом, при допустимой ошибке в выявлении максимальной погрешности, равной 2%, для адаптивного коммутатора с количеством каналов

32 предлагаемая схема дает 200-кратное увеличение быстродействия по

10 сравнению с известной. При увеличении количества каналов преимущество. предлагаемого коммутатора в отношении быстродействия возрастает почти пропорционально количеству каналов.

Формула изобретения

Адаптивный коммутатор системы те- . леизмерений,содержащий генератор им- ®О пульсов, преобразователи погрешности аппроксимации, информационные входы которых объединены с информационными входами соответствующих ключей и подключены ко входам адаптивного комму- Я татора, входы сброса преобразователей погрешности аппроксимации соединены с управляющими входами соответствующих ключей, выходы которых объединены и соединены с информационным 3g входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с информационными входами блока считывания, информационный выход блока считывания соединен с выходом адаптивного коммутатора, синхронизирующий выход — со входом запуска аналогоцифрового преобразователя, о т л и « ч а ю щ и и с . тем, что, с целью повышения быстродействия адаптивного коммутатора, в него введены блоки 4О сравнения, регистр сдвига, генератор линейно изменяющегося напряжения, триггер, счетчик, дешифратор, регистр памяти, элемент ЙЛИ, элемент запрета и шина логического нуля, выходы преобразователей погрешности аппроксимации соединены с первыми входами соответствующих блоков сравнения, вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, выходы блоков сравнения соединены с соответствующими информационными входами ре- . гистра сдвига и входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом триггера, первый выход триггера соединен со входом запуска генератора линейно изменяющегося напряжения, со входом сброса счетчика и входом разрешения записи регистра сдвига, второй выход триггера соединен со входом сброса генератора линейно изменяющегося напряжения и первым входом элемента запрета, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход блока запрета соединен со счетным входом счетчика и со входом сдвига регистра сдвига, вход дополнительного разряда которого подключен к шине логического нуля, выход дополнительного разряда регистра сдвига соединен с третьим входом элемента запрета, выходы счетчика соединены с информационными входами регистра памяти, вход разрешения записи которого объединен со вторым входом триггера и подключен к синхронизирующему выходу блока считывания, выходы регистра памяти соединены с адресными входами блока считывания и входами дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 225036. кл. 508 С 19/28, 1967.

2. Фремке A.Â. Телеизмерения. М., "Высшая школа", 1975, с.225-233, рис.7-10 (прототип .

886032

Составитель Н.Бочарова

Редактор Ю.Ковач Техред A.Áàáèíåö Корректор М. Коста

Заказ 10563/79 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðoä, ул.Проектная,4