Устройство подавления помех в импульсном сигнале

 

Изобретение предназначено для подавления многократных всплесков и врезок на всем протяжении периода импульсного сигнала типа меандр в широком диапазоне изменения его частоты, обеспечивает повышение помехоустойчивости и широком диапазоне частот. Устройство содержит две входные шины 1 и 2, инвертор 3, два дешифратора 4 и 5, четыре компаратора 6.7.8.9, два формирователя 10 и 11 условия два формирователя 12 и 13 сброса два счетчика 14 и 15. триггер 16 и выходную шину 17. 11 ид

Э! I ° б °

° °

;Ь ° I. Э 1, ° В 1

t 1(В

i Э Э

Ь ° ° Ь

° i ° I

° ° В

° °

° °

° ° ° ° °

° ° 1 l В

l1! ° . °

° ° ° 1l 1 б!

Э °

° ° Э «» !

В ° 1 ° °

P 11 I II В ° В °;, ° В ° I, ° l ° ° ° I ° °

° Э ° Э

° В ° б а I

° ° ° ° ° ° °

° ° ° ° ° !

«Э 43««

Э ° В В

II I °

° В 1

В В

° В

В Э °

° 1 °

В:. 1 11 ° ° В

° В: В! ° I ° °

Э ° ° .. ° !

2003223

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для подавления многократных всплесков и врезок на всем протяжении периода импульсного сигнала типа "меандр" в широком диапазоне изменения его частоты.

Известно устройство формирования импульсов, которое содержит формирователь входного сигнала, генератор опорной частоты, два элемента И, элемент ИЛИ, элемент задержки, два счетчика и триггер, и которое предназначено для подавления помех, возникающих во время формирования импульсного сигнала амплитудным компаратором из синусоидального сигнала с наложенным на него шумом. В этом случае длительность отдельных импульсов помех, интервалы времени между ними и общая продолжительность помех на протяжении периода формируемого импульсного сигнала увеличиваются с уменьшением частоты синусоидэльного сигнала. Поэтому после выбора верхнего предела диапазона частот синусоидального сигнала и назначения времени Тк непрерывного роста кода каждого счетчика на нижний предел диапазона частот накладывается ограничение: он должен быть больше предельной частоты сигнала, при которой длительность помехи превышает время Тк; такая помеха воспринимается как полезный сигнал и не подавляется.

Таким образом, частотный диапазон, в пределах которого устройство помехоустойчиво, ограничен снизу предельнойчастотой, которая не зависит от конструктивных параметров устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство подавления помех, которое содержит инвертор, два элемента И-НЕ, два триггера, деа элемента И-НЕ, два триггера, два элемента И и два счетчика. и которое предназначено для подавления одиночных помех и серии непрерывных помех в импульсном сигнале.

Как и в предыдущем случае, устройство теряет помехоустойчивость. когда длительность помехи превышает время Тк; поэтому частотный диапазон устройства в указанных условиях ограничен.

Принципиальное ограничение диапазона частот, определяемое временными параметрами помехи неустранимо конструктивно и свойственно всем устройствам подавления помех, которые представляют собой селекторы импульсов по длительности.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости в широком диапазоне частот.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы; на фиг. 3 — структурная схема дешифратора; на фиг. 4 — структурная схема формирователя условия; на фиг, 5— структурная схема счетчика; на фиг. 6— структурная схема формирователя сброса; на фиг. 7 — временные диаграммы работы устройства для входного периодического сигнала; на фиг, 8 — частотно-скважностная характеристика устройства; на фиг. 9 — временные диаграммы работы устройства на верхних частотах рабочего диапазона; на фиг, 10 — временные диаграммы работы устройства на нижних частотах рабочего диапазона; нэ фиг. 11 — временная диаграмма входного сигнала при изменении частоты.

Устройство содержит две входные шины 1 и 2, инвертор 3, два дешифратора 4 и

5, четыре компаратора 6...9, два формирователя 10 и 11 условия, два формирователя 12 и 13 сброса, два счетчика 14 и 15, триггер 16 и выходную шину 17.

Входная шина 1 устройства соединена с входом инвертора 3 и первым входом дешифратора 8 и первым входом формирователя 11 условия, третий вход — c выходом старшего разряда счетчика 15, выходы — с соответствующими информационными входами счетчика 15, а вход синхронизации — с входной шиной 2 устройства, счетными входами счетчиков 14 и 15, входами синхронизации формирователей 12 и 13 сброса и входом синхронизации дешифраторэ 4, первый вход которого соединен с выходом инвертора 3, второй вход — с выходом компэратора 6 и первым входом формирователя 10 условия, третий вход — с выходом старшего разряда счетчика 14, а выходы — c соответствующими информационными входами счетчика 14, вход установки которого соединен с выходом формирователя 13 сброса и S-входом триггера 16, R-вход которого соединен с выходом формирователя 12 сброса и входом установки счетчика 15, разрядные выходы которого соединены с Ввходами компараторов 6 и 7 и А-входами компарэторов 8 и 9, В-входы которых соединены с А-входами компараторое 6 и 7 и с разрядными выходами счетчика 14, выход компаратора 7 соединен со вторым входом формирователя 10 условия, выход которого соединен с управляющим входом формирователя 12 сброса, а выход компаратора 9 соединен со вторым входом формирователя

11 условия, выход которого соединен с управляющим входом формирователя 13 сброса, а выход триггера 16 соединен с выходной шиной 17.. 2003223

Дешифратор 4 (5) (см. фиг. 3) содержит инвертор 18, два триггера 19 и 22 и два элемента 20 и 21 ЗИ. Первый входдешифратора 4 соединен с первыми входами элементов 20 и 21 ЗИ, выходы которых являются двухразрядными выходами дешифратора 4, второй вход которого соединен с D-входом триггера 22, прямой выход которого соединен со вторым входом элемента 20 ЗИ, а инверсный выход — со вторым входом элемента 21 ЗИ, третий вход которого соединен с третьим входом элемента 20 ЗИ и с инверсным выходом триггера 19, D-вход которого соединен с третьим входом дешифратора 4, синхрониэирующий вход которого соединен с входом инвертора 18, выход которого соединен с С-входами триггеров 19 и 22, Формирователь 10 (11) условия (см. фиг.

4) содержит инвертор 23 и элемент 24 2И, Первый вход формирователя 10 условия соединен с первым входом элемента 24 2И, а второй вход — с входом инвертора 23, выход которого соединен со вторым входом элемента 24 2И, выход которого является выходом формирователя 10 условия.

Счетчик 14 (15) (см, фиг. 5) содержит сумматор 25 и регистр 26. Информационные входы счетчика 14 соединены с входами В1 и В2 сумматора 25, входы BÇ.„BN которого соединены с общим проводом, вход AN — с выходом старшего разряда счетчика 14, Входы А1„,AN — с соответствующими разрядными выходами счетчика 14 и выходами

N-разрядного регистра 26, 0-входы которого соединены с соответствующими S-выходами сумматора 25, С-вход — co счетным входом счетчика 14, в R-вход — с входом установки счетчика 14.

Формирователь 12 (13) сброса (см. фиг.

6) содержит инвертор 27, два триггера 28 и

29 и элемент 30 2И. Управляющий вход формирователя 12 сброса соединен с 0-входом триггера 28, С-вход которого соединен с вы,ходом инвертора 27, вход которого соединен с входом синхронизации формирователя 12 сброса и с С-входомтриггера 29, 0-вход которого соединен.с прямым выходом триггера 28 и с первым входом элемента 30 2И, а инверсный выход — со вторым входом элемента 30 2И, выход которого является выходом формирователя

12 сброса.

Устройство работает следующим образом. Тактирующий сигнал, частота которого намного превышает наибольшую частоту импульсного сигнала, действующего на шине 1, поступает через шину 2 на счетный вход счетчика 14 и вызывает по фронту импульс приращение кода KO счетчика 14 на О, 1, 2 единицы кода на один импульс тактируКомпаратор 7 (9) сравнивает коды КО и

К1. Формирователи 10 и 11 условия на основании сигналов, получаемых соответственно с выходов компараторов 6, 7 и 8, 9, формируют высокие логические уровни напряжения при выполнении соответственно

55 условий: (К1/2) < KO S К1, (3) ющего сигнала (ед.кода/имп.сч.), если по двухразрядной шине на его информационный вход с выхода дешифратора 4 поступает соответственно двоичный код 00, 01, 10.

5 Тактирующий сигнал поступает также на счетный вход счетчика 15 и вызывает по фронту импульсов приращение кода К1 счетчика 15 на О, 1, 2 ед.кода/имп.сч., если по двухразрядной шине Hà его информаци10 онный вход с выхода дешифратора 5 поступает соответственно двоичный код 00, 01, 10.

Таким образом, счетчики 14 и 15 формируют два линейно изменяющихся кода КО

15 соответствует нижнему, а рост кода К1— верхнему уровню напряжения сигнала Uex (см. фиг. 2,а), действующего на шине 1, благодаря включению инвертора 3 между шиной 1 и дешифратором 4.

20 Дешифратор 4 (5) вырабатывает двоичный код 00, если на его третий вход с выхода старшего разряда счетчика 14 (15) приходит высокий логический уровень напряжения, соответствующий двоичному коду 2 счет25 чика 14 (15), или если íà его первый вход приходит низкий логический уровень напряжения. Дешифратор 4 вырабатывает двоичный код 01, если íà его второй вход поступает высокий логический уровень на30 пряжения с выхода компаратора 6, что свидетельствует о выполнении условия

КО > К1/2; (1) в противном случае дешифратор 4 вырабатывает двоичный код 10.

35 Дешифратор 5 вырабатывает двоичный код 01, если на его второй вход поступает высокий логический уровень напряжения с выхода компаратора 8, что свидетельствует о выполнении условия

40 К1 > КО/2; (2) в противном случае дешифратор 5 вырабатывает двоичный код 10.

Третий вход дешифратора 4 (5) имеет приоритет над первым и вторым входами, а

45 первый вход — над вторым входом.

Тактирующий сигнал, поступающий через входную шину 2 на вход синхронизации дешифратора 4 (5), синхронизирует по срезу импульсов его работу во избежание гонок

50 фронтов между выходом и входом счетчика

14 (15).

2003223 (11) (12) ко- 8. — +M. ( т9 (Q 1 Т То

). (7)

Вы раже

Тсч (О ТС4 Тсч

Г() И Г1 ПОЛ

К1 В . (8) в(19) и(7)

ТЬ 40 двух получ где В и M - скорости роста линейно нараста- . цо и и: ющего кода КО (K1) соответственно для слу ((â) а (в

M 2 2 0 — 1 M

)2, K2+K2 2 . () K2 — 1

) к, — (в) — ") (20) т ((— ) к — -(— ) к — — (— ) к — j

М2.21М21M0 — 1

В 0 В 0 В 0 (21)

)2. K2+K2 22(). К2 чая, когда код КО (К1) меньше кода К1(КО) и Условие равенства частоты выходного когда код КО(К1) больше кода К1(КО); причем сигнала 0вь)х (см, фиг. 7,д) частоте входного устройство работоспособно при выполне- импульсного сигнала 0вх(см. фиг. 7,а) имеет нии условия: 45 вид:

Г > Г1 (22)

Проведение промежуточных преобразований

Т Т (23) 8 М; (9}

ro- продолжительность нарастания кода КО со скоростью В;

t — текущее время; (КО/2 ) < К1 KÎ, . (4)

Полученные напряжения поступают на управляющие входы соответственно формирователей 12 и 13 сброса.

Тактирующий сигнал, поступающий через входную шину 2 на входы синхронизации формирователей 12 и 13 сброса обеспечивает формирование сигналов сброса Я1 (см, фиг. 2,r) и RO (см. фиг. 2,в) соответственно при выполнении условий (3) и (4), которые сбрасывают в нуль соответственно код К1 счетчика 15 и код КО счетчика

14, Кроме того, сигнал сброса RO (Ю) поступает на S-вход(В-вход) триггера 16, с выхода которого выходной сигнал 0вых (см, фиг.

2,д) поступает на выходную шину 17 устройства. Длительность сигнала сброса RÎ (Ю) равна. половине периода тактирующего сигнала.

Анализ работы устройства проводится для случая воздействия на устройство периодического импульсного сигнала 0вх с периодом Т и длительностью импульсов т (см. фиг. 7,а).

Условие изменения кода КО(см. фиг. 7,б)

Овх 0н;КО<2 (5) условие изменения кода К1 (см. фиг. 7,6}

Uex-Ua; K1<2N ; (6) где Ue, 0н — значения соответственно верхнего и нижнего логического уровня напряжения сигнала Uex (см. фиг. 7,а);

N — число разрядов счетчика 14 (15).

Коды КО и К1 определяются следующим образом: на интервале времени От О до т1 (см. фиг. 7,б) Тсч — период тактирующего сигнала;

0 — скважинность импульсов, которая равна:

0=Т/т; (10)

5 на интервале времени от t t po t2 (см, фиг. 7,6) КО = О, К1=  — + M т1 t

Т сч . Т сч

10 где tt — продолжительность нарастания кода К1 со скоростью В. На интервале времени от t2 до тэ (см. фиг. 7,6) (13)

15 К1= — + M (— — — — ), (14) ! . Т

Тсч 0 Тсч Тсч на интервале времени от тэ до 14(см. фиг. 7,6)

20 г 1

КО=  — + M —, (15)

Т сч Т сч

K1=0. (16)

Условие сброса в нуль кода КО в момент времени т1(см. фиг, 7,6);

КО К= —, 71

Тсч (17) где К вЂ” коэффициент, с которым больший иэ двух кодов КО, К1 используется для сравнения с меньшим из двух кодов КО, К1; причем

30 устройство работоспособно при выполнении условия

К<1 (1 8) .Условие сброса в нуль кода К1 в момент времени тз(см. фиг, 76);

35 . К о

Тсч (19) ния для промежутков времени учаются путем подстановки (14) в (17) и последующего решения енных уравнений относительно

2003223

5

40 (39) 45

55 и введение относительной скважности

С1 = Q/(Т1/ т ) (24) дает одно из условий для полосы пропускания скважностей

С1 <1 (25)

Подстановка (21) в (24) дает выражение для относительной скважности (М)2. 2 (Ы). 2 (М).„ (— "")2. к2+к2 — г. (— "") ° K2

В в (26)

Выражение для верхней граничной скважности 0 в находится при условии

C1=1; Q=Qe (27) путем подстановки (27) в (26) ав=К (1- — )+ — -+1

В В 1

M М К (28)

Значения верхней граничной скважности Qe, рассчитанные с помощью выражения (28) для различных значений коэффициента К и отношения скоростей (В/М), приведены в таблице.

Другое условие равенства частоты выходного сигнала Овых (см. фиг. 7,д) частоте входного импульсного сигнала Овх (см, фиг.

7,а) имеет вид (Т-t) >то (29)

Проведение промежуточных преобразований —: (, 0 „)/(T/то) «1 (30) и введение относительно скважности

СО=(0 — 1 )/(Тl TO)

Q (31) дает другое условие для полосы пропускания скважностей

СО <1 (32)

Подстановка (20) в (31) дает выражение для относительной скважности (м )2 . к2 (м) . к2 (M ) . к

С (— "")2 K2+ê — (— ") - к —

В В

-(33)

Выражение для нижней граничной скважности Он находится при условии

СО=1; 0 =Îí; (34) путем подстановки (34) в (33)

Я) М К

В В 1

К (1 — — )+—

М М К

Сопоставление выражений (28) и (35) дает соотношение

Он - Ов/(Ов — 1) (36)

Проведенный анализ показывает, что устройство пропускает периодические импульсные сигналы, сквэжность которых равна 0, без изменения их частоты, т.е. отношение KF частоты выходного сигнала Uex (см. фиг. 7,д) устройства к частоте входного импульсного сигнала Vex (см. фиг. 7,а) равно единице, если выполняется условие

Он<0< Он (37) и не пропускает их, т.е. отношение KF равно нулю, если выполняется одно из условий

Q < Он или 0 >Ов (38)

Таким образом, устройство имеет частотно-скважностную характеристику, показанную на фиг. 8, и является селектором импульсов по скважности.

Частотно-скважностная характеристика действующего устройства отклоняется от идеальной (см. фиг. 8) в смысле расширения полосы скважностей в сторону верхних и нижних значений скважности, а также в смысле нарушения равенства нулю отноше20 ния KF (см. фиг. 8) за пределами полосы пропускания скважностей. если частота импульсного сигнала приближается к предельному значению вверху Fe и внизу Рн диапазона частот, что можно обьяснить влиянием уменьшения периода импульсного сигнала относительно периода тактирующего сигнала и ограниченной емкостью счетчиков 14, 15 (см. фиг, 1).

Определение верхнего предела Fe диапазона частот поясняется временными диаграммами (см. фиг. 9) с учетом того, что сигналы сброса RO (см. фиг. 9,г) и R1 (см.фиг.

9,д) препятствуют немедленному возобновлению роста обнуленных кодов КО и К1 (см. фиг, 9.б) счетчиков 14 и 15 по фронту импульсов тактирующего сигнала (см, фиг. 9,в).

Формирование одного из сигналов сброса, например, R1 происходит по достижении кодом КО в момент времени ti (см. фиг. 9,б) неравенства

КО> К1 К; что равнозначно неравенству;

В С >(В С+М) К; (40) где С вЂ” число периодов тактирующего сигнала, во время которых код КО растет со скоростью В;

M К

c B1 кТ (41)

После округления числа С до ближайшего большого целого значения получается выражение для верхнего предела диапазона частот импульсного сигнала (cM. фиг. 9.а)

1 1

2 C+1 Tñ÷ (42)

Определение нижнего предела Гн диапазона частот поясняется временными диаграммами (см. фиг, 10). Сброс в нуль кода

КО (см. фиг. 10,б) происходит по достижении

2003223

30

К0 (см, фиг. 10,б) происходит по достижении кодом К1 в момент времени о (см, фиг. 10,б) неравенства

К1>КО К; (43) что равнозначно неравенству — — — >К 2; (44)

1 1 В и1, (.Га Тсч F н из которого следует выражение для нижнего предела диапазона частот импульсного сигнала (см. фиг. 10,а)

Ен = — (45)

В 1

g, g,2ê1 Тсч

Частотный диапазон устройства можно расширить вверх, уменьшая период Тсч тактирующего сигнала, и одновременно вниз, увеличивая число разрядов N счетчиков.

Устройство передает импульсный сигнал типа "меандр" (см, фиг. I1) с сохранением его частоты, если скорость изменения его частоты -.àêîàà, что скважность Qc импульсов длительностью гс на периоде Тс, составленном из двух полупериодов соседних периодов Т1 и Т2. отвечает условию

Ос(Ов; (46) выражение для скважности имеет вид

Qc - — -1+—

Тс Т1

tc Т2 (47)

При разработке устройства, исходя из требований к сигналу — наибольшее отноФормула изобретения

УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ

8 ИМПУЛЬСНОМ СИГНАЛЕ, содержащее два счетчика, триггер, выход которого является выходом устройства. первую и втор,;о входные шины, инвертор, вход которого соединен с первой входной шиной,: гличающееся тем, что в него введены два дешифратора, четыре компаратора, два формирователя условия и два формирователя сброса, при зтом первая входная шина соединена с первым входом второго дешифратора, торой вход которого соединен с выходом третьего компараторэ и и,:." дым Входом второго формирователя ус ловия, третий вход - c выходом CTBp03efo оазряда второго счетчика, выходы - с соот. : :.,ующими . формационными входами

;тореро счетчика, а вход синхронизации - с шение (Т1!Т2), верхний Fe и нижний Рн пределы диапазона частот — находятся верхняя граничная скважность Ов — по выражениям (47, 46);

5 параметры В. М, К устройства — по таблице; число С вЂ” по выражению (41), округленное до ближайшего большего целого значения;

10 период Тсч тактирующего сигнала — с помощью выражения (42); число разрядов N счетчиков — с помощью выражения (45).

15 Исследования макета устройства, имеющего параметры

В = 2 ед,кода/имп,сч„М = 1 ед.кода/имп.сч.. К = 0,5, N = 16, Ов = 4,5, работающего с тактирующим сигналом с ча20 стотой, равной 500 кГц, в диапазоне частот импульсного сигнала от 150 Гц до 15 кГц, подтвердили достижение цели изобретения.

25 (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1319258, кл. Н 03 К 5/01, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1205272, кл, Н 03 К 5/01, 1984. второй входной шиной, счетными входами первого и второго счетчиков, входами синхронизации первого и второго формирова35 телей сброса и входом синхронизации первого дешифратора, первый вход которого соединен с выходом инвертора, второй вход - с выходом первого компаратора

0 и первым входом первого формирователя условия, третий вход - с выходом старшего разряда первого счетчика, а выходы - с соответствующими информационными входами первого счетчика, вход установки

45 которого соединен с выходом второго формирователя сброса и S-входом триггера, йвход котороге соединен с выходом первого формирователя сброса и входом установки второго счетчика, разрядные выходы «о50 торого соединены с В-входами первого и второго компараторов и A-входами третье13 2003223 14 го и четвертого компараторов, В-входы ко- первого формирователя сброса, а выход торых соединены с А-входами первого и четвертого компаратора соединен с втовторого компараторов и разрядными выхо- рым входом второго формирователя услодами первого счетчика. выход второго ком- вия, выход которого соединен с паратора соединен с вторым входом управляющим входом второго формировапервого формирователя условия, выход ко- теля сброса. торого соединен с управляющим входом а

Фиг. Z фиг. 3

ll

SJ

Ф

Г

Э

Ф,f е °

4Ф.2003223

Фиг. 8 а Одх

«ко г Я д Rf

Фиг. 9

Фиг. 10 фуад. ft

Составитель И.Ларионов

Техред M. Моргентал Корректор С.Лисина

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Н.Семенова

Заказ 3237

1 ,ФГ г

rr

hf-l re г

Я ! !

1» $