Устройство для формирования случайных временных интервалов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву > (22) Заявлено130281 (21) 3247808/18-24 tS1) М. Kll. с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

G 06 F 7/58

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.09.82. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 2509.82 (З) УДК 681.325 (088. 8) Э.A. Баканович, В.П. Лозицкий,.и С.A. 3рлован . ::Й& (72) Авторы изобретения

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ

BPЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для формирования случайных временных интервалов. S

По основному авт.св. Р 279167 известно устройство, содержащее генера-.îð напряжения шума, .квантователь уровней, коммутатор, регистр сдвига, генератор тактовых импульсов, элементы И, элемент ИЛИ, выход которого является выходом устройства и подключен к второму входу регистра сдвига, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы подключены к вторым входам элементов Й, первые входы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора, выходы элементов И соединены с входами элемента

ИЛИ, а входы коммутатора подключены к выходам квантователя уровней, вход которого соединен с выходом генератора напряжения шума (1).

Однако в данном устройстве предъявляются жесткие требования к параметрам (в частности, к интенсивности) случайных импульсных потоков на выходах коммутатора. Так, известно, что требуемая интенсивность „ пуас соновского случайного импульсного ЗО потока на к-м выходе коммутатора определяется из соотношения к

Л =- — си —;= „(1)

-.1 где к = 1,2,...,n; интервал квантования (интервал между импульсами на выходе тактового генератора);

ll — число интервалов квантования функции распределения;

P. — вероятность появления на вы1 ходе устройства импульса с i-ro выхода коммутатора (Р„=P((i- )а%кV

Из выражения (1) видно, что при необходимости формирования случайных импульсных потоков с заданными законами распределения интенсивности

) » должны изменяться в широком диапазоне. Причем при этом должен сохраняться пуассоновский закон распределения интервалов между импульсами, что трудно практически обеспечить.

Кроме того, в устройстве необходимо обеспечивать возможность плавной ре960811 гулиронки интенсивности потоков и хорошую точность настройки на заданную величину интенсивно(:ти при многократных перестройках устройства, т.е. обладающие хорошей повторяемостью характеристик.

Второй не остаток заключается в несинхронности рабаты устройства в целом и тактового ген(ратара, что приводит к уменьшению воспроизводимой вероянасти Р„ появления íà to

Х выходе устройства импульса с первого выхода коммутатора. Действительно, так как T-àêòoBB!å импульсы и импульсы с выходов коммутатора независимы (несинхронны), то выходные 5 импульсы устройства попадают воннутрь интервала между тактовыми импульсами (Фкг,21. Следовательно, время пребывания единицы в первом разряде цкклкческога регистра сдвига gQ

lIpH услОнии неиОяBленкя имГ(ульсОВ с первого выхода коммутатора сокращает< ся до (Г, которое, как легко показать, рассчитынается по формуле и 1- .25 — р (К=1 ,(1

-- ц(Р, (2

"- Р<(К=1

Причем при воспроизведении различных .= а:(ан(:н распреде1-ения с помощью 30 дан нага ус -рой стн а для и= 8-1 б 3 наченке Ь" находктся в пределах (0,20,8) n.t, =J.а (ркводит к большим лов

l рсшнастям Распаоиэведения Вероятнос—

Р" =Р .0<" сz+) 35 1 а фиГ, 1 предстанле< а (Грук Г рная схема устройства; на фиГ, 2 — пример

СХЕМНОЙ РЕалк Э аЦИИ т а К ТOBOI" О ГЕ НЕРа ТС: ра,",н,: фиг. 3 — временная диаграмма. устройс-."на содержит- генератОр 1

:.(эпряжениB L!".,ма кван-.ователь 2 урав я, K амм, т а тор 3 рег(l Tp 4 OQBH Г c

ЭЛ МЕНчз П 5 < -BJI»cÐ JJ!)1 б, ГЕНЕр»вЂ”

65.:Ода:"! Iтак эак <ючается и н низкой :o i ай l:!Hoc ус-.райс-. на K Сбоям циклк :::îì ре;котpc сдвига. Любой

:6o;! пр.; сдвиге логи еской единицы из однако разряда н другой (потеря единицы 1 приводит к обнулению циклического ре-..и:стра сдвига к, rJ!»JToBB-Er(ЬНО !(ОатаНОВУ УСТРайстна, ЕЛЬЮ И -OLP .Tc HHß ЯНЛЯЕТСЯ ПОВЫ— щенке точности Формирования паследо45

На гЕ тЬНСС OJIУЧайНЫ ИМПУJIBOOB И ПО выше ниГ . Рос l Онеpнос I е .! ) нкцт1анl" DОВа

НИЯ У, ГРОй»TBcl

Цел. Изобретения достигается тсм, что ныхс.,: =:Jl=-м»:та 1ЛИ ..аединен с >0 входам г =.н .ератора тактсных импульсан, трет2. (! нхад pеГ истр» ОГ нига является. нхадом "=.апись 1" ус..т:-.Ойст-a,, (и+11- и ныхо,". < Г - -(пс "О pB7аядан регис г )а сдвк— гл кЬммутатар.=;;.аединен с <-, +1)-ым

:-!ходом элемента

Генератор 1 наГ(ряжения шума соединен с входом квантователя 2 уровня, выходы которого подключены к входам коммутатора 3. Первый и второй входы элементов И 5 соединены с выходами коммутатора 3 и регистра 4 соответственно, а выходы подключены к соответствующим нходам элемента KIN б, (п+1)—

-й вход которого непосредственно соединен с (п+1) -ым ныходом коммутатора

3, а выход подключен к выходу устройс-ва, к входу сброса генератора 7 и

Bторому входу сброса регистра 4, на

".ðåòèé вход последовательного занесения которого постоянно подается уровень логической единицы. Причем первый вход регистра 4 соединен с выходам генератора 7.

Генератор 1 напряжения шума предназначен для формирования первичного случайного процесса, н качестве которого чаще всего используются шумовые процессы, возникающие при определенных условиях в электровакуумных, газоразрядных и полупроводниковых приборах и т.д. Однако наиболее широкое распространение как источники шума нашли кремниеные стабилитроны, в которых шумовые процессы могут возникать н предпробойной области.

Квантователь 2 уровня предназначен для Формирования на своих выходах импульсов постоянной амплитуды и длительности в момент пересечения случайным напряжением, поступающим с выхода генератора, уро ней отсечки. При этом, как правило, фикскруется момент пересечения илк -.îëüка вверх, или только вниз (для того, чтобы получить простейший поток импульсов). Причем для каждого выхода квантователя 2 уровня устанавливается свой уровень таким образом, чтобы интенсивности на выходах квантователя 2 уровня представляли двоичный ряд, т.е. интенсивность на к -ом выходе квантователя уровней определяется выражением

АК=Л 2 где к = 1,2,...n; минимальное значение интен— о сивностк на выходах квантователя уровня, т.е. на первом выходе.

Коммутатор 3 позволяет осуществить соединение выходов квантователя 2 уровня на выходы коммутатора таким образом, чтобы на каждом врем»Ином i-ом интервале квантования аппроксимировать участок воспроизводимой функции распределения у астком функции распределения случайного импульсного потока соответствующей интенсивности „ . n -1 -ый разрядный циклический регистр 4 предназначен для подачи разрешаюних логичес:— ких уровней На вторые входы лемен960811

15 тов И 5. По каждому импульсу, поступающему на первый вход регистра, его содержимое сдвигается на один разряд вправо (н сторону увеличения номера разряда), а в первый разряд вдвигается единица с третьего входа.

Сброс (обнуление) регистра 4 осуществляется по каждому импульсу, поступающему на его второй вход, а также по импульсу, поступающему на первый вход при условии, что !О в и-ом разряде регистра записана единица.

Элементы И 5 представляют собой управляемые вероятностные элементы, обеспечивающие передачу на свои выходы случайных импульсов, поступающих на первые входы соответствующих выходон коммутатора 3 при разрешающих (уровнях логической единицы) потенциалах на первых входах. Элемент ИЛИ 6 обеспечивает передачу на выход устройства импульсов, поступающих на любой из его входов.

Генератор 7 предназначен для форми- . рования на своем выходе регулярных 25 импульсов с заданным (программно перестраиваемым) интервалом д|(фиг.3) между импульсами.

Генератор 7 может включать (фиг.2) кварцевый генератор 8, регистр 9 30 кода масштаба, счетчик 10 накапливающего типа, схему 11 сравнения, элемент ИЛИ 12.

Перед 1аалом работы в регистр

9 кода масштаба заносится двоичный

:-:=д K,пропорциональный длительности интервала д между импульсами. функционирование тактового генератора заключается B следующем.

11о каждому импульсу псступающе 40 му с выхода кварцевого генератора 8 (интервал между этими импульсами фиксирован и равен Т„ ), счетчик 10 увеличивает свое состояние на единицу. Сброс в нуленое состояние счетчи- ка 10 осущестнляется по каждому им- 45 пульсу, поступающему на его второй в.:од. Импульс кварцевого генератора

8 -.роходит на выход тактового генератора в том случае, когда коды счетчика 10 и регистра 9 равны. Этим 50 же импульсом содержимое счетчика 10 обнуляется и работа тактового генератор повторяется. Следовательно, длительность интервала между импульсами на выходе тактового генератора опре- 55 деляется соотношением А4=КТк .

Сброс счетчика 10 происходит и по каждому импульсу на входе тактового генератора, что позволяет засинхронизировать последний от выходных им- 60 пульсов устройства.

Устройство для формирования случайных временных интервалов работает следующим образом. Когда на выходе устройства пс .vëÿåòñÿ импульс, кото 65 рый устанавливает в нулевое состояние регистр 4 и внутренний счетчик 10 генератора 7, тогда к выходу устройства через элемент ИЛИ 6 подключают первый выход коммутатора 3. Если за время на выход устройства не поступает ни один импульс, генератор 7 формирует импульс, сдвигающий содержимое регистра 4 на один разряд. Причем в первый разряд регистра 4 заносится единица.

Сейчас к выходу устройства подключены первый и второй выходы коммутатора 3, так как на второй вход первого элемента И с первого выхода регистра подается разрешающий уровень.

Если за очередной интервал времени д1 на выход устройства не проходит ни один импульс, то по следующему импульсу тактового генератора содержимое регистра сдвигается на один разряд вправо, т.е. логические единицы находятся в первом и втором разрядах регистра. В следующем такте к выходу устройства подключены уже три первых выхода коммутатора 3 и т.д. до тех пор, пока на выход не пройдет импульс или весь регистр 4 не заполнится единицами.

Рассмотрим первую ситуацию. Допустим, что в первых разрядах регистра

4 записаны единицы. Следовательно, на выход устройства передаются импульсы с первых i+1-ых выходов коммутатора 3. Появление первого же импульса на вЫходе устройства вызывает обнуление регистра 4 и сброс генератора 7.

Если же весь регистр заполнился единицами и за время д+ не проходит ,на выход устройства ни один импульс, то по следующему импульсу генератора

7 регистр 4 обнуляется. Далее указанная последовательность повторяется.

Интенсивность импульсов на к-ом выходе коммутатора в изобретении рассчитывается по формуле к К-1

<-,z р; ! Р1

1=1 1-1

Из сравнения (1) и (3) видно, что в заявляемом варианте удается понизить требуемое значение интенсивности на величину "(Р; л-1 что позволяет существенно увеличить точность формирования последовательностей случайных импульсов. Кроме того, эа счет синхронизации работы генератора 7 импульсами на выходе устройства удается повысить воспроизведение .вероятности p„-р(0<М<дМ)

% попадания импульсов в первый интервал квантования, так как в,даннсм случае математическое ожидание интервала

960811 времени b.1 (фиг,3, равного времени пребывания регистра 4-.в нулевом состоянии при условии, что на выход устройства за это время не пройдет ни один импульс с первого выхода коммутатора 3, равно at. В то время, 5 как для известного устройства интервал И определяется из выражения (2) и практически равен (0,2-0,8) bt

Еще одним достоинством устройства является его более высокая устойчи-. вость к сбоям в регистре 4, т.е. повышается достоверность функционирования устройства.

Действительно, для устройства сбой при сдвиге содержимого циклического 15 регистра 4 не страшен, так как по каждому импульсу тактового генератора в первый разряд регистра заносится единица. Полное восстановление правильного функционирования устройства 7О происходит автоматически через и тактов тактового генератора.

Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого управляемого вероятностного преобразовате- gg ля по сравнению с известным заключается в повышении точности формирования случайных импульсных процессов за счет снижения интенсивностей импульсов на выходах коммутатора и за счет синхронизации работы тактового генератора, что приводит к правильному воспроизведению вероятности попадания выходных импульсов устройства в первый интервал квантования, а также в повышении достоверности функционирования устройства за счет повышения

ro устойчивости к сбоям в циклическом регистре.

Формула изобретения

Устройство для формирования случайных временных интервалов по авт.св. 9 279167, о т л и ч а ю ц ее с я тем, что, с целью повышения точности, выход элемента ИЛИ соединен с входом генератора тактовых импульсов, третий вход регистра сдвига является входом "Запись 1" устройства

f (n+1) -й (и- число разрядов регистра сдвига) выход коммутатора соединен с (п+1) -ым входом элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCI-

9 22779167, кл. С 06 Г1/02, 1969 (прототип) .

960811

ГНИ услройаида дияоУ

6АОКП 7

Составитель A. Карасов

Редактор А. Шишкина Техред M.Tenep КорректорВ. Бутяга

Заказ 7283/59 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, .4