Формувач імпульсів

Винахід відноситься до імпульсної техніки, зокрема до пристроїв формування імпульсів стандартної форми у відповідні моменти зростання і спадання досліджуваних імпульсних сигналів з усталеною вершиною, і може бути використаний в різних галузях на уки і техніки, наприклад в радіолокації для визначення моментів появи і завершення радіоімпульсних сигналів по їх огинаючій, в електрорадіовимірювальній техніці - для вимірювання часових інтервалів. В різноманітних задачах радіоелектроніки, пов'язаних з часовими вимірюваннями, потрібно мати формувачі імпульсів стандартної форми точно в часі прив'язані до характерних точок досліджуваних імпульсних сигналів з усталеною вершиною. Відомий формувач імпульсів у моменти зростання і спадання досліджуваних сигналів, який містить інвертор, вхід якого є входом формувача і з'єднаний з першим входом основного елемента І-НЕ, вихід з'єднаний з першим входом додаткового елемента І-НЕ і входом інтегруючої ланки, виходом з'єднаної з першим входом диференційного підсилювача, другий вхід якого є другим входом формувача, а перший і другий ви ходи з'єднані відповідно з другими входами основного і додаткового елементів І-НЕ, ви ходи яких є виходами формувача [1]. Недоліком даного формувача є залежність моментів появи імпульсів на його виходах від амплітуди вхідних імпульсів і нестабільності рівнів спрацювання порогових елементів І-НЕ. Відомий формувач старт - стопних імпульсів, який містить перший і другий пристрої порівняння, виходи яких є виходами формувача, перші входи відповідно з'єднані з виходами першого і другого подільників напруги, а другі входи з'єднані між собою і виходом лінії затримки, вхід якої з'єднаний з входами першого і другого подільників напруги і є входом формувача [2]. До недоліків формувача відносяться низька точність часової прив'язки сформованих імпульсів до вхідних імпульсів, обумовлена дією шумів і синфазних завад. Найбільш близьким за сукупністю ознак, що заявляються, є формувач імпульсів, який містить суматор, елемент затримки, інвертор, лінійний розширювач і компаратор, вихід якого є виходом формувача, перший вхід з'єднаний з виходом елемента часової затримки і входом інвертора, а другий вхід - з виходом лінійного розширювача, входом з'єднаним з виходом суматора, перший вхід якого є входом формувача і з'єднаний з входом елемента затримки, а другий вхід - з ви ходом інвертора [3]. Недоліками даного формувача є: залежність прив'язки рівня, і відповідно, часового положення, сформованого імпульсу до вхідних сигналів від швидкості їх зростання і , як наслідок, низька точність часової прив'язки; обмеженість діапазону вибору рівня прив'язки сформованих імпульсів до вхідних сигналів зі змінною швидкістю їх зростання; залежність часової прив'язки від синхронних наведень, шумів і завад. Крім цього, формувач імпульсів не функціонує при поступленні на його вхід періодичних імпульсів, амплітуда яких може змінюватись, наприклад, коли амплітуда імпульсу наступного менша за амплітуду попереднього. Це обумовлено відсутністю обнуління запам'ятованого максимального значення різницевого сигналу. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити формувач імпульсів шляхом введення цифроаналогового перетворювача, регістра, помножувача двійкових кодів, суматора - накопичувача, лічильника блокувача числа імпульсів, другого елемента часової затримки, компаратора цифрового і аналогоцифрового перетворювача, що дозволить сформувати імпульси стандартної форми точно в часі прив'язані до моментів появи і закінчення вхідних імпульсних сигналів на вибраному, в залежності від їх амплітудного значення рівні, при збереженні відношення рівня прив'язки до амплітуди вхідного сигналу сталим . Поставлена задача досягається тим, що в формувач імпульсів, який містить компаратор аналоговий і перший елемент часової затримки, входом з'єднаний з входом формувача, а виходом - з першим входом компаратора аналогового, вихід якого є виходом формувача, згідно винаходу, додатково введені цифроаналоговий перетворювач, регістр, помножувач двійкових кодів, суматор-накопичувач, лічильник-блокувач числа імпульсів, другий елемент часової затримки, компаратор цифровий і аналого-цифровий перетворювач, перший вхід якого з'єднаний з входом першого елементу часової затримки і входом формувача, а вихід - з першим входом суматора-накопичувача і першим входом компаратора цифрового, другий вхід якого з'єднаний з першою ті розрядною шиною двійкових кодів, а вихід - з першим входом другого елементу часової затримки, виходом з'єднаного з першим входом лічильника-блокувача числа імпульсів і другим входом суматора-накопичувача, вихід якого з'єднаний з першим входом помножувача двійкових кодів, другим входом з'єднаного з другою m 2 розрядною шиною двійкових кодів, а виходом - з першим входом регістра, вихід якого з'єднаний з першим входом цифро-аналогового перетворювача, виходом з'єднаним з другим входом компаратора аналогового, а другим входом - з другим входом регістра і виходом лічильника-блокувача числа імпульсів, другий вхід якого з'єднаний з другими входами аналоговоцифрового перетворювача, другого елемента часової затримки і третіми входами суматора-накопичувача, помножувача двійкових кодів і вхідною шиною імпульсів запуску. Введення в формувач імпульсів додаткових функціональних блоків забезпечує формування на другому вході компаратора аналогового опорної напруги пропорційної амплітуді вхідних імпульсів, які передаються на перший вхід компаратора з часовою затримкою, що дозволяє сформувати на виході формувача імпульси стандартної форми, часова прив'язка яких не залежить від амплітуди вхідних імпульсів, синхронних наведень, шумів і завад. На Фіг.1 зображена структурна схема формувача імпульсів, на Фіг.2 діаграми сигналів, які пояснюють його роботу, а на Фіг.3 - один з варіантів схеми лічильника-блокувача числа імпульсів і на Фіг.4 - діаграми сигналів його роботи. Формувач імпульсів містить (Фіг.1) аналого-цифровий перетворювач 1, перший вхід якого з'єднаний з входом першого елемента 2 часової затримки і є входом формувача, а вихід - з першим входом суматоранакопичувача 3 і першим входом компаратора 4 цифрового, другий вхід якого з'єднаний з першою ті розрядною шиною двійкових кодів, а вихід - з першим входом другого елемента 5 часової затримки, виходом з'єднаного з першим входом лічильника-блокувача 6 числа імпульсів і другим входом суматоранакопичувача 3, вихід якого з'єднаний з першим входом помножувача 7 двійкових кодів, другим входом з'єднаним з другою m 2 розрядною шиною двійкових кодів, а виходом - з першим входом регістра 8, вихід якого з'єднаний з першим входом цифро-аналогового перетворювача 9, виходом з'єднаним з другим входом компаратора 10 аналогового, а другим входом - з др угим входом регістра 8 і виходом лічильникаблокувача 6 числа імпульсів, другий вхід якого з'єднаний з другими входами аналого-цифрового перетворювача 1, другого елемента 5 часової затримки, третіми входами суматора-накопичувача 3, помножувача 7 двійкових кодів і вхідною шиною імпульсів запуску. Лічильник-блокувач 6 числа імпульсів містить елемент 11 логічного множення, тригер 12 і лічильник 13 числа імпульсів, вихід якого є виходом лічильника-блокувача 6 числа імпульсів і з'єднаний з R-входом тригера 12, S і D-входи якого з'єднані з джерелом напруги, що відповідає логічній одиниці, вихід - з першим входом елемента 11 логічного множення, другий вхід якого є першим входом лічильника-блокувача 6 числа імпульсів і з'єднаний з R-входом лічильника 13 числа імпульсів і С-входом тригера 12, третій вхід є другим входом лічильника-блокувача 6 числа імпульсів, а вихід - з'єднаний з С-входом лічильника 13 числа імпульсів. Формувач імпульсів працює наступним чином. У вихідному стані, до поступлення імпульсного сигналу на вхід формувача, регістр 8 знаходиться в нульовому стані, а на других входах компаратора 4 цифрового і помножувача 7 двійкових кодів встановлюються відповідно m 1 і m 2 розрядні двійкові коди, які відповідають константам С1 і С2. Константа С1 вибирається з умови відповідності її значення одному з миттєвих значень вхідного імпульсу підчас його зростання, а константа С2 - з умови рівності добутку на виході помножувача 7 двійкових кодів певній долі від середнього усталеного значення цього імпульсу: C2 = Uо п (Uв1 + Uв 2 + ... + Uвn ) / n = Uо п Uс у (1) де Uoп - значення опорної напруги на другому вході компаратора аналогового; UB1,UB2...UBn - значення напруги вибірок на усталеній вершині імпульса; n - число цих вибірок; Ucy - середнє значення амплітуди усталеного імпульса. При появі в момент її на першому вході аналого - цифрового перетворювача 1 (АЦП) імпульсного сигналу (Фіг.2а) і наявних на другому вході імпульсів запуску (Фіг.2б) на його виході формуються сигнали у двійковому коді (Фіг.2в), які відповідають миттєвим значенням вхідного імпульсного сигналу. В момент t2, коли на виході АЦП 1 значення двійкового коду чергової вибірки перевищить значення коду на другому вході компаратора 4 цифрового на виході останнього відбудеться зміна рівня напруги з низького до високого (Фіг.2г). Ця зміна рівня (перепад) напруги затримується в першому елементі 2 затримки (Фіг.2д) на k - тактів і поступає на другий (керуючий) вхід суматора - накопичувача 3. Число k - тактів затримки перепаду напруги вибирається з умови, щоб затриманий перепад напруги прийшовся на усталену (пологу) частину вхідного імпульсного сигналу (Фіг.2а, д, момент t3). Цей затриманий перепад напруги дозволяє суматору-накопичувачу 3 почати сум ування двійкових кодів вибірок, які поступають на його перший вхід. Двійкові коди вибірок несуть інформацію про усталене значення вхідного імпульсного сигналу з можливим відхиленням від нього за рахунок синхронних наводок, завад і шумів. Кожен із просумованих кодів множиться з кодом m2 (С2) в помножувачі 7 двійкових кодів. Кількість n-вибірок миттєвих значень на усталеній частині імпульсного сигнала залежить від точності визначення середнього значення усталеної частини імпульса. Ця кількість n-вибірок задається лічильником-блокувачем 6 числа імпульсів. Затриманий перепад напруги, що поступає на перший вхід лічильника-блокувача 6 числа імпульсів дозволяє його роботу. Коли кількість імпульсів запуску на другому вході лічильника-блокувача 6 числа імпульсів досягне значення n на його виході встановлюється напруга, яка відповідає логічному "0" (Фіг.2ж, момент t4). Цей логічний "0" забезпечує записування двійкового коду з помножувача 7 в регістр 8 (Фіг.2з) і перетворення його цифро-аналоговим перетворювачем 9 в аналогову опорну напругу Uoп (Фіг.2і). З моменту t4 підрахунок числа імпульсів лічильником-блокувачем 6 числа імпульсів припиняється, тобто його робота блокується. Блокування роботи лічильника-блокувача 6 числа імпульсів обумовлено тим, що після підрахунку nімпульсу запуску він може знову почати підрахунок числа імпульсів і видати неправильну команду для записування двійкового коду в регістр 8. Рівень опорної напруги Uoп на виході цифро-аналогового перетворювача згідно (1) пропорційний середньому усталеному значенню Uoп=С 2·Ucy вхідного імпульсного сигналу. Вибір рівня Uoп здійснюється за рахунок вибору відповідного значення константи С 2, тобто зміною коду на другому вході помножувача 7 двійкових кодів. Відношення опорної напруги до середнього усталеного значення вхідного імпульсного сигналу пропорційне константі С 2: Uоо С2 × Uсс = = С2 Uсс Uсс (2) Зростання затриманого вхідного імпульсного сигналу (Фіг.2к) і перевищення ним в момент t5 рівня опорної напруги встановлює на ви ході компаратора 10 аналогового високий рівень напруги (Фіг.2л). При спаданні вхідного імпульсного сигналу (Фіг.2а), коли значення коду вибірки на виході АЦП 1 перейде значення константи С 1, на виході компаратора 4 цифрового і виході другого елементу 5 затримки встановлюються низькі рівні напруги (Фіг.2г, д, момент t6). При цьому суматор-накопичувач 3 і лічильникблокувач 6 встановлюється в початковий стан. На виході останнього з'являється логічна "1" (Фіг.2ж, момент t6), а блокування його роботи продовжується аж до появи наступного імпульсного сигналу (Фіг.2а, момент t7) і встановлення логічної "1" на виході другого елементу 5 часової затримки (Фіг.2д, момент t8). Спадання затриманого вхідного імпульсного сигналу (Фіг.2к) і перехід ним в момент t9 рівня опорної напруги на виході компаратора 10 аналогового встановлюється низький рівень напруги (Фіг.2л). Якщо на вході формувача імпульсів амплітуда вхідного імпульсного сигналу зміниться, наприклад збільшиться до усталеного значення Ucy1 (Фіг.2а, момент t7 появи імпульсу з більшою амплітудою), то, подібно до вищерозглянутого випадку, на другому вході компаратора 10 аналогового збільшиться і опорна напруга Uoп 1=C2·Ucy1 (3) а відношення Uо п1 С2 × Uс у1 = = С2 Uс у1 Uс у1 (4) залишиться незмінним, таким же, як і у випадку (2). Таким чином, кожного разу, коли усталене середнє значення (амплітуда) вхідних імпульсних сигналів буде змінюватись, пропорційно цій зміні буде змінюватись і опорна напруга на другому вході компаратора 10 аналогового. Це забезпечує точну в часі прив'язку сформованих стандартних імпульсів до вхідних імпульсних сигналів з усталеною вершиною і синхронними наведеннями, завадами і шумами на ній, як в моменти їх появи (зростання), так і в моменти їх завершення (спадання) і незалежно від їх амплітуди. Лічильник-блокувач 6 числа імпульсів працює наступним чином. В момент t0, коли затриманий перепад напруги на другому вході елемента І 11 відповідає логічному нулю, лічильник 13 числа імпульсів по R-входу утримується в нульовому стані, якому відповідає високий рівень напруги на його виході (логічна одиниця). Тригер 12 знаходиться в режимі зберігання інформації і на його виході утримується логічний "0". При цьому, імпульси запуску на С-вхід лічильника 13 числа імпульсів не поступають. В момент t1 на другому вході елемента І 11 (Фіг.4а) відбувається зміна логічного стану з "0" до "1". Ця зміна встановить на виході тригера 12 логічну "1" і з моменту t1 на С-вхід лічильника 13 числа імпульсів почнуть поступати імпульси запуску. Коли число цих імпульсів досягне η на виході лічильника 13 числа імпульсів встановиться логічний "0", який в свою чергу встановить логічний "0" на виході тригера 12 і заблокує проходження імпульсів запуску на Свхід лічильника 13 числа імпульсів. В момент t3, коли сигнал на другому вході елемента І 11 прийме стан логічного "0", лічильник 13 числа імпульсів по R-входу встановиться в нульовий стан і на його виході з'явиться логічна "1", яка не змінює стану тригера 12, утримуючи його в режимі пам'яті. В момент t4 чергової зміни на другому вході елемента І 11 стану з логічного "0" до "1" на виході тригера 12 встановиться логічна "1", яка дозволить проходженню імпульсів запуску на С-вхід лічильника 13 числа імпульсів і далі робота лічильника-блокувача 6 числа імпульсів буде відбуватися за алгоритмом описаним вище. Література. 1. Авторське свідоцтво №746891, 07.07.80. Бюл. № 25. 2. Авторське свідоцтво №577508, 25.10.77. Бюл. № 39. 3. Авторське свідоцтво №911708, 07.03.82. Бюл. № 9.