Дискретное усредняющее устройство

 

Изобретение относится к технике связи, а именно к цифровым фильтрам. Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет учета регулирующей информации в процессе. Устройство содержит N элементов НЕ, N-разрядный цифровой сумматор, два формирователя импульсов сброса, первый и второй N-разрядные счетчики, счетные входы которых являются первым и вторым входами устройства, выходы переноса - первым и вторым выходами устройства. Первый и второй формирователи импульсов сброса подключены своими входами соответственно к первому и второму выходам устройства. N-разрядный цифровой сумматор подключен входами A соответственно к выходным разрядам Q первого N-разрядного счетчика, входами B-к выходным разрядам Q соответственно второго N-разрядного счетчика через N элементов НЕ, а выходами - соответственно к входам D параллельной записи указанных счетчиков. Выходы переноса счетчиков соединены со своими входами V разрешения параллельной записи. 2 ил.

Изобретение относится к технике связи, а именно к цифровым фильтрам, и может быть использовано в цифровых системах фазовой синхронизации.

Известны простейшие дискретные усредняющие устройства [1] [2] выполненные с применением реверсивных счетчиков. Однако в этих устройствах теряется часть полезной информации, записанной в выходных разрядах реверсивных счетчиков, при заполнении одного из них и обнулении счетчиков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дискретное усредняющее устройство [3] содержащее первый и второй реверсивные счетчики, счетные входы С1 которых являются первым и вторым входами устройства, а выходы Р переноса первым и вторым выходами устройства, первую и вторую схемы сброса, выполненные на элементах ИЛИ, подключенные одними входами соответственно к первому и второму выходам устройства, вторыми входами перекрестно к указанным выходам, а выходами к входам R установки нуля соответственно первого и второго реверсивных счетчиков.

Устройство прототипа [3] работает следующим образом. В исходном состоянии реверсивные счетчики обнулены. На первый и второй входы устройства поступают логические сигналы в виде случайных последовательностей импульсов. При заполнении одного из реверсивных счетчиков, например первого, на выходе устройства в результате усреднения вырабатывается импульс, который через первую и вторую схемы сброса поступает на входы R установки нуля реверсивных счетчиков. Аналогично происходит работа устройства при заполнении второго реверсивного счетчика с той лишь разницей, что теперь импульс, вырабатыващийся на втором выходе устройства, производит обнуление обоих счетчиков. Из анализа работы устройства следует, что независимо от того, сколько импульсов накопилось в том или другом реверсивном счетчике, результат усреднения определяется только емкостью счетчика, т.е. не учитывается относительное соотношение информации на выходных разрядах реверсивных счетчиков в момент заполнения одного из них. Поскольку один из счетчиков заполняется быстрее, чем другой, и списывает при обнулении информацию, записанную в выходных разрядах второго счетчика, происходит потеря информации при усреднении сигналов, что является значительным недостатком устройства прототипа.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет учета результирующей информации.

Указанная цель достигается тем, что в схему дискретного усредняющего устройства, содержащего первый и второй N-разрядные счетчики, счетные входы С1 которых являются первым и вторым входами устройства, а выходы Р переноса первым и вторым выходами устройства, первый и второй формирователи импульсов сброса, подключенные своими входами соответственно к первому и второму выходам устройства, введены N элементов НЕ и N-разрядный цифровой сумматор, подключенный входами A соответственно к выходным разрядам Q первого N-разрядного счетчика, входами B к выходным разрядам Q соответственно второго N-разрядного счетчика через N элементов НЕ, а N выходами соответственно к входам D параллельной записи указанных счетчиков, выходы Р переноса которых соединены со своими входами V разрешения параллельной записи, при этом формирователи импульсов выполнены в виде инверторов, выходы которых перекрестно подключены к входам R установки нуля N-разрядных счетчиков.

Для оценки соответствия предложенного технического решения критерию "существенные отличия" проведен анализ отличительных признаков. Каждый из отличительных признаков в отдельности известен, т.е. известны схемы инверторов и N-разрядных сумматоров, которые выпускаются в виде отдельных микросхем различных серий [4] Однако, предложенная их совокупность не является самостоятельным объектом и не выполняет отдельно от предложенного технического решения какой-то самостоятельной функции, а используется как связующее звено. В известных аналогах такая совокупность признаков отсутствует, а задача по исключению потерь информации, записанной в выходных разрядах реверсивных счетчиков, в момент заполнения одного из них не решается. Следовательно, можно сделать вывод, что предложенное техническое решение обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого дискретного усредняющего устройства; на фиг.2 основные эпюры сигналов на входах и выходах предложенного устройства и устройства прототипа.

Дискретное усредняющее устройство на фиг.1 содержит первый 1 и второй 2 N-разрядные счетчики, первый 3 и второй 4 входы устройства, первый 5 и второй 6 выходы устройства, первый 7 и второй 8 формирователи импульсов сброса, N элементов НЕ 9₁.9_N, N-разрядный цифровой сумматор 10, при этом первый вход 3 устройства подключен к счетному входу С1 первого счетчика 1, второй вход 4 устройства к счетному входу С1 второго счетчика 2. Выходные разряды Q₁.Q_N первого счетчика 1 подключены к соответствующим входам A₁.A_N сумматора 10, а выходные разряды Q₁.Q_N второго счетчика 2 через N элементов НЕ 9₁.9_N к соответствующим входам B₁.B_N сумматора 10, N выходов которого подключены к соответствующим входам D₁. D_N обоих счетчиков 1,2. Первый выход 5 устройства подключен к выходу Р переноса и одновременно ко входу V разрешения параллельной записи первого счетчика 1, а также через первый формирователь импульсов сброса 7 ко входу R обнуления второго счетчика 2. Второй выход 6 устройства подключен к выходу Р переноса и одновременно ко входу V разрешения параллельной записи второго реверсивного счетчика 2, а также через второй формирователь импульсов сброса 8 ко входу R обнуления первого счетчика 1.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 1,2 обнулены. На входы 3,4 устройства подаются логические сигналы в виде случайной последовательности импульсов, которые проходят на счетные входы С1 счетчиков 1,2 (фиг.2,а,б). В момент заполнения (при достижении числа K) одного из счетчиков, например, первого, информация о состоянии выходных разрядов Q₁.Q_N этого счетчика 1 поступает на входы A₁.A_N сумматора 10, а импульс, полученный в результате усреднения, с выхода Р переноса счетчика 1 поступает на выход 5 устройства (фиг.2,в) и одновременно на вход V разрешения параллельной записи счетчика 1, а через первый формирователь импульсов сброса 7 на вход R установки нуля счетчика 2. Информация с выходных разрядов Q₁.Q_N счетчика 2 (число M<K) через N элементов НЕ 9₁.9_N поступает на входы B₁.B_N сумматора 10, в котором производится операция сложенияK+(-M)} Результат этой операции в двоичном коде с выходов 1.N сумматора 10 поступает на входы D₁.D_N параллельной записи счетчиков 1,2, а запись производится только по входам D₁.D_N счетчика 1, т.е. того, в котором произошло заполнение емкости. Теперь счет импульсов в этом счетчике 1 будет производиться не с нуля, а с записанного в двоичном коде в этот счетчик 1 числа K+(-M)} В случае заполнения емкости (при достижении числа Т, которое может быть установлено больше, меньше или равно числу К) счетчика 2 информация с выходных разрядов Q₁.Q_N этого счетчика 2 через элементы НЕ 9₁. 9_N поступает соответственно на входы B1.BN сумматора 10, а импульс, полученный в результате усреднения, с выхода Р переноса счетчика 2 поступает на вход 6 устройства (фиг.2,г) и одновременно на вход V разрешения параллельной записи счетчика 2, а через второй формирователь импульсов сброса 8 на вход R установки нуля счетчика 1, Информация с выходных разрядов Q₁.Q_N счетчика 1 (число L < Т) поступает на входы A₁.A_N сумматора 10, в котором производится операция сложенияL+(-T)} Результат той операции в двоичном коде с выходов 1. N сумматора 10 поступает на входы D₁.D_N параллельной записи обоих счетчиков 1,2, а записывается только по входам D₁.D_N того счетчика, в котором произошло заполнение емкости. Теперь счет импульсов в этом счетчике 2 будет производиться не с нуля, а с записанного в двоичном коде в этот счетчик 2 числа L+(-T)} На фиг.2 графически показан процесс работы предлагаемого устройства и устройства прототипа. Пусть на входы 1,2 устройства поступают импульсные последовательности, приведенные на фиг.2,а,б соответственно, тогда на выходах 5 и 6 устройства при емкости счетчиков, например К=4, будем иметь эпюры сигналов фиг.2,а,г соответственно при сохранении информации о состоянии выходных разрядов счетчиков 1,2 и фиг.2,д,е соответственно без сохранения информации о состоянии выходных разрядов счетчиков 1, 2 при заполнении емкости одного из них. Это объясняется следующим. Импульс, обозначенный цифрой 1 на фиг. 2,г, появляется после заполнения емкости счетчика 2 четырьмя импульсами, приходящими по входу 4 устройства за время t₁. Для появления импульса, обозначенного цифрой 2 на фиг.2,г, уже нужно накопить для заполнения емкости счетчика 2 не 4 импульса, а всего лишь 3. Это следует из того, что на вход С1 счетчика 1 за время t₂ пришло 3 импульса, Следовательно, на входы D счетчика 2 запишется число4-3} в двоичном коде в виде 001, т.е. счетчик 2 будет продолжать счет в следующем интервале времени не с нуля, а с единицы и для заполнения его емкости потребуется 3 импульса. Аналогично получаются импульсы, обозначенные на фиг.2, г цифрами 3,4. Для появления на выходе 5 устройства импульса, обозначенного цифрой 5 на фиг.2,в, необходимо, чтобы на вход С1 счетчика 1 пришло 4 импульса. В этом случае заполняется емкость счетчика 1 и на выходе 5 устройства появляется указанный импульс. За интервал времени t₄ на вход 4 устройства пришло 2 импульса. Следовательно, для появления импульса, обозначенного на фиг.2, в цифрой 6, необходимо, чтобы на вход С1 счетчика 1 пришло 2 импульса, так как на входы D₁.D_N счетчика 1 будет записано число4-2} в двоичном коде в виде 010, равное двум. Аналогично получается на выходе 5 устройства импульс, обозначенный на фиг.2,в цифрой 7. На фиг. 2,е цифрой 8 обозначен импульс, который появляется на втором выходе устройства прототипа при заполнении второго счетчика, при этом 3 импульса, которые пришли за время t₁ на вход С1 первого счетчика, списываются, т.е. эта информация теряется при усреднении. Импульс, обозначенный цифрой 9 на фиг. 2, е, появляется на втором выходе устройства прототипа при заполнении второго счетчика, при этом 3 импульса, которые записаны в выходных разрядах первого счетчика, автоматически списываются на интервале t₂ за счет его обнуления импульсом со второго выхода устройства. Импульсы, обозначенные цифрами 10, 11 на фиг.2,д получаются при заполнении первого счетчика, при этом в первом и втором случаях теряется информация о трех импульсах на интервалах t₃, t₄. Импульс, обозначенный цифрой 12 на фиг.2,е, получается при заполн_ении второго счетчика, при этом теряется информация о трех импульсах на интервале t₅.

При сравнении количества импульсов на эпюрах фиг.2,в, с количеством импульсов на эпюрах фиг.2,д, видно, что суммарная разность по обоим выходам реверсивных счетчиков составляет 2 импульса, что соответствует порядка 30% (2 100% /7) информации, т.е. на интервалах t₁-t₅ в устройстве прототипа теряется в процессе усреднения порядка 30% полезной информации.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет исключить потери информации в процессе усреднения за счет выделения информации в виде разности состояний выходных разрядов реверсивных счетчиков в момент заполнения одного из них на выходах N-разрядного сумматора и введения ее по параллельным входам записи в тот счетчик, в котором произошло заполнение. С точки зрения технической эффективности это эквивалентно работе счетчика с бесконечной емкостью.

Таким образом, использование новых элементов и них связей с реверсивными счетчиками выгодно отличает в плане технической эффективности предложенное устройство от прототипа. Одновременно следует отметить, что исключение потерь информации в процессе усреднения способствует, как следствие, повышению скорости отслеживания ошибки в системах цифровой фазовой синхронизации, повышению точности и быстродействия, т.е. способствует повышению эффективности системы.

Формула изобретения

ДИСКРЕТНОЕ УСРЕДНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два счетчика и два формирователя импульсов сброса, причем счетные входы счетчиков являются соответственно информационными входами устройства, выход переполнения первого счетчика является первым выходом устройства и через первый формирователь импульсов сброса подключен к входу сброса второго счетчика, выход переполнения которого является вторым выходом устройства и через второй формирователь импульсов сброса соединен с входом сброса первого счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач путем учета результирующей информации, в него введены группа элементов НЕ и сумматор, первый разрядный вход которого соединен с информационным разрядным выходом первого счетчика, выход сумматора подключен к информационным входам счетчиков, выход переполнения каждого из которых соединен со своим входом разрешения записи, выходы разрядов второго счетчика через соответствующие элементы НЕ группы подключены к одноименным разрядам второго входа сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2