Селектор радиосигналов точного времени

 

Изобретение относится к электронной хронометрии и может быть использовано в автомобильных приборах для периодической привязки их к шкале Государственного эталона времени и частоты. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, снижение энергопотребления и расширение функциональных возможностей устройства. Сущность изобретения: селектор радиосигналов точного времени содержит генератор 1, узкополосный фильтр 2, детектор 3, формирователь 4, счетчики 5-7, дешифратор 8, триггеры 9-12, элементы ИЛИ 13-18, И 19-24 и НЕ 25. 2 ил.

Изобретение относится к электронной хронометрии и может быть использовано в автономных приборах для периодической привязки их к шкале Государственного эталона времени и частоты.

Известен селектор радиосигналов точного времени, содержащий последовательно соединенные узкополосый фильтр, амплитудный детектор, селекторы по длительности и частоте, триггер, счетчики импульсов, узел контроля состояния счетчика и формирователь сигнала коррекции [1] Недостатком устройства является сложность конструкции, а также отсутствие декодирования информации, которая заложена в шестом сигнале, что не дает возможности производить привязку к шкале часов.

Прототипом является селектор радиосигналов точного времени, содержащий последовательно соединенные генератор опорных импульсов, счетчик опорных импульсов и дешифратор, последовательно соединенные узкополосый фильтр, амплитудный детектор, формирователь импульсов, ключ и элемент ИЛИ, элемент задержки, счетчик сигналов точного времени и формирователь сигнала коррекции [2] Этому устройству присущи следующие недостатки.

В случае поступления сигнала точного времени в момент, когда на выходе n дешифратора присутствует сигнал, последний записывается в счетчик сигналов точного времени, что вызывает преждевременное срабатывание формирователя сигнала коррекции. Коррекция осуществляется уже на пятом сигнале, то есть на 1 с раньше, что не только дает ошибку, но и не позволяет использовать известное устройство совместно с декодирующим устройством шестого сигнала точного времени, которое в этом случае неправильно расшифрует информацию о текущем часе. Поскольку промежуток времени (3600 с), через который сигналы точного времени поступают на устройство, кратен периоду следования этих сигналов (1 с ) и периоду появления на выходе n дешифратора (при высокой стабильности генератора опорной частоты) сигнала, такая ошибка может возникать довольно часто.

Следует также отметить, что коррекция может совсем не быть, если за время прохождения сигналов точного времени на устройство поступит случайная помеха, которая обнулит счетчик сигналов точного времени.

Кроме того, счетчики постоянно считают, то есть находятся в динамическом режиме, который по сравнению со статическим режимом требует больших затрат энергии.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости, снижение энергопотребления и расширение функциональных возможностей устройства.

Эта цель достигается тем, что в селектор радиосигналов точного времени, содержащий генератор опорных импульсов, счетчик сигналов точного времени, элементы И и ИЛИ, последовательно соединенные узкополосый фильтр, амплитудный детектор и формирователь импульсов, последовательно соединенные счетчик и дешифратор, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, введены четыре триггера, второй счетчик импульсов, соответственно вторые, третьи, четвертые, пятые, шестые элементы И и ИЛИ, и элементы НЕ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к входу установки нуля первого триггера и к выходу второго триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к инверсному выходу третьего триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к входу установки нуля третьего триггера, к выходу четвертого элемента ИЛИ в входу сброса первого счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов и со вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с входом сброса счетчика сигналов точного времени, с первым входом пятого элемента ИЛИ и с инверсным выходом четвертого триггера, вход установки единицы которого соединен с вторым выходом дешифратора, с первым входом шестого элемента ИЛИ и с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к входу установки единицы второго триггера и к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, второй вход к выходу второго элемента ИЛИ, а третий вход к выходу пятого элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с вторым входом шестого, элемента ИЛИ и подключен к третьему выходу дешифратора, выход шестого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика сигналов точного времени, выход которого подключен к входу установки единицы первого триггера, выход которого объединен со вторыми входами четвертого и шестого элементов И, первый вход шестого элемента И соединен с входом элемента НЕ и с выходом амплитудного детектора, выход третьему входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки единицы третьего триггера и с входом установки нуля четвертого триггера генератор опорных импульсов соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, при этом выход шестого элемента И одновременно является выходом сигнала коррекции, вход установки нуля второго триггера и вход узкополосного фильтра соответственно являются первым и вторым входами устройства, а выходы дешифратора информационными выходами устройства.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена функциональная схема селектора радиосигналов точного времени; на фиг. 2 диаграмма, поясняющая работу селектора радиосигналов точного времени.

Селектор радиосигналов точного времени содержит генератор 1 опорных импульсов, последовательно соединенные узкополосый фильтр 2, амплитудный детектор 3 и формирователь 4 импульсов, счетчик 5 сигналов точного времени, счетчики 6, 7 импульсов, дешифратор 8, триггеры 9-12, элементы ИЛИ 13-18, элементы И 19-24 и элемент НЕ 25, выход которого соединен с первым входом элемента И 20 и первым входом элемента И 23, второй вход которого подключен к входу установки нуля триггера 11 и к выходу триггера 12, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, второй вход которого подключен к инверсному выходу триггера 10, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 14, второй вход которого подключен к входу установки нуля триггера 10, к выходу элемента ИЛИ 17 и входу сброса счетчика 7 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом счетчика 6 импульсов и со вторым входом элемента И 20, выход которого подключен к первому входу элемента И 24, второй вход которого соединен с входом сброса счетчика 5 сигналов точного времени, с первым входом элемента ИЛИ 13 и с инверсным выходом триггера 9, вход установки единицы которого соединен с К входом дешифратора 8, с первым входом элемента ИЛИ 16 и с первым входом элемента И 21, выход которого подключен к входу установки единицы триггера 12 и к первому входу элемента ИЛИ 17, второй вход которого соединен с выходом элемента И 19, первый вход которого подключен к выходу формирователя 4 импульсов, второй вход к выходу элемента ИЛИ 15, а третий вход к выходу элемента ИЛИ 13, второй вход которого объединен со вторым входом элемента ИЛИ 16 и подключен к М выходу дешифратора, выход элемента ИЛИ 16 соединен со счетным входом счетчика 5 сигналов точного времени, выход которого подключен к входу установки единицы триггера 11, выход которого объединен со вторыми входами элементов И 21, И 22. Первый вход элемента И 22 соединен с входом элемента НЕ 25 и с выходом амплитудного детектора 3. Выходы счетчика 7 импульсов соединены с соответствующими входами дешифратора 8, N выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 18, второй вход которого подключен к выходу элемента И 24. Выход элемента И 23 подключен к третьему входу элемента ИЛИ 18, выход которого соединен с входом установки 1 триггера 10 и с входом установки нуля триггера 9. Генератор 1 опорных импульсов соединен со счетным входом счетчика 6 импульсов, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, при этом выход элемента И 22 одновременно является выходом 26 сигнала коррекции, вход установки нуля триггера 12 и вход узкополосого фильтра 2 соответственно являются входами 27, 28 устройства, а выходы 29 дешифратора 8 - информационными выходами устройства.

Селектор радиосигналов точного времени работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 9, 11, 12 находятся в состоянии "0", а триггер 10 в состоянии "I ". Все счетчики находятся в нулевом состоянии, причем наличие "I" на входах сброса счетчиков 5, 6 запрещает им прием информации. На выходах дешифратора 8 низкий уровень напряжения. На выходах элементов ИЛИ 13-15 "I", а на выходах элементов ИЛИ 16-18 и элементов И 19-24 "0".

Сначала рассмотрим работу устройства при воздействии на него кратковременной помехи. Пусть в момент времени t₁ на вход 28 поступила помеха (фиг. 1). На выходе аплитудного детектора 3 появляется высокий уровень напряжения (фиг. 2а), способствующий формированию на выходе формирователя 4 сигнала (фиг. 2б), который через элементы И 19 и ИЛИ 17 обнуляет (или подтверждает нулевое состояние) счетчик 7 и переводит триггер 10 в нулевое состояние (фиг. 2в). После прекращения действия указанного сигнала на выходе элемента ИЛИ 14 устанавливается низкий потенциал (фиг. 2г), и счетчик 6 начинает подсчет импульсов генератора I опорных импульсов.

Отметим, что импульсы с выхода счетчика 6 следуют с периодом около 20 мс, а модуль пересчета этого счетчика выбран таким, чтобы обеспечить с заданной точностью появление импульса на выходе счетчика относительно сигнала на входе 28.

С выхода счетчика 6 импульсы поступают на счетный вход счетчика 7 и на вход элемента И 20, на втором входе которого присутствует низкий потенциал на протяжении всего времени действия помехи на входе 28. В момент времени t₂ действие помехи заканчивается, на выходе детектора 3 появляется низкий, а на выходе элемента НЕ 25 высокий потенциал. Очередной импульс с выхода счетчика 6 последовательно формирует высокий уровень напряжения на выходах элементов И 20, И 24 и ИЛИ 18. С выхода последнего элемента "I" поступает соответственно на вход установки единицы триггера 10 и вход установки нуля триггера 9. Триггер 10 переходит в единичное состояние, "I" с его выхода через элемент ИЛИ 14 обнуляет счетчик 6 и запрещает ему прием информации.

При поступлении на вход 28 селектора первого сигнала точного времени на выходе детектора 3 в момент времени t₃ (фиг. 2а) формируется импульс длительностью 100 мс. На выходе элемента НЕ 25 и входах элементов И 20, 23 появляется "0", счетчик 7 обнуляется, а триггер 10 переходит в нулевое состояние. После прекращения действия импульса на выходе формирователя 4 на выходах элементов ИЛИ 17, 14 появляется "0", и счетчики 6, 7 становятся готовыми к приему информации. С выхода счетчика 6 импульсы с периодом около 20 мс поступают на вход счетчика 7, код числа которого выделяется дешифратором 8. При поступлении в момент времени t₄ в счетчик 7 пятого импульса на К - выходе дешифратора 8 формируется (фиг. 2д) "I", которая переводит триггер 9 в единичное состояние (фиг. 2е). В результате этого счетчик 5 сигналов точного времени получает разрешение на прием информации, и импульс с К выхода дешифратора 8 записывается в него через элемент ИЛИ 16. Одновременно на входах элементов ИЛИ 13 и И 24 формируется низкий потенциал. Логический "0" на выходе ИЛИ 13 препятствует прохождению через элемент И 19 возможной помехи в паузе между сигналами точного времени.

После окончания действия сигнала точного времени на выходе элемента НЕ 25 и входе элемента И 20 образуется "I", однако, импульсы с выхода счетчика не могут пройти через элемент И 24, так как на другом его входе по-прежнему низкий потенциал.

Счетчик 7 продолжает накапливать импульсы. К ожидаемому моменту t₅ появления на выходе дешифратора 3 второго сигнала точного времени на М - выходе дешифратора 8 появляется "I" (фиг. 2ж), которая через элемент ИЛИ 16 записывается в счетчик 5 и формирует на выходе элемента ИЛИ 13 высокий потенциал, способствующий прохождению импульса с формирователя 4 (соответствующего по времени переднему фронту сигнала точного времени) на вход элемента ИЛИ 17. Таким образом, счетчики 6, 7 устанавливаются в нулевое состояние в начале каждого из шести радиосигналов точного времени.

В моменты времени t₆-t₁₂ в счетчик 5, модуль пересчета которого равен 10, запишется еще 7 импульсов (фиг. 2д, ж), поэтому содержимое счетчика 5 будет равно 9 импульсам. Незадолго до прихода шестого сигнала точного времени с М выхода дешифратора 8 (момент времени чуть <t) на вход счетчика 5 поступит десятый импульс, который сформирует на его выходе "I", переводящую триггер 11 в единичное состояние (фиг. 2з). В результате этого на входах элементов И 21, 22 устанавливается высокий потенциал.

По приходу в момент t₁₃ шестого сигнала точного времени на выходе дешифратора 3 появляется высокий уровень напряжения, который способствует формированию на выходе элемента И 22 и выходе 26 сигнала коррекции (фиг. 2и).

Отметим, что в принципе сигнал коррекции мог бы быть получен на выходе элемента И 22 при подключении его входа не к выходу детектора 3, а к выходу элемента И 19. В этом случае была бы более жесткая селекция шестого сигнала по периоду следования, однако, при этом передний фронт сигнала коррекции на выходе 26 был бы задержан на суммарную величину времени срабатывания формирователя 4 и элемента И 19.

По прошествии с момента начала шестового сигнала чуть менее 100 мс, в момент времени t₁₄ на К выходе дешифратора 8 появляется импульс, который через элемент И 21 поступает на вход триггера 12, переводя его в единичное состояние (фиг. 2к), а также на вход элемента ИЛИ 17. В результате этого на входах сброса счетчиков 6, 7 устанавливается "I", которая обнуляет их и запрещает прием информации. Одновременно с выхода триггера 12 "I" поступает на вход элемент И 23, состояние которого не изменяется, так как на другом его входе низкий потенциал, а также на выход установки нуля триггера 11. Логический "0" на выходе этого триггера формирует низкий уровень напряжения на выходе элементов И 21, 22. После этого низкий потенциал устанавливается на выходах элементов ИЛИ 17, 14, и счетчики 6, 7 становятся готовыми к приему информации.

Известно, что длительность шестого сигнала точного времени равна 20 мс умноженным на количество часов текущего времени плюс 100 мс. Так как по прошествии 100 мс счетчики 6, 7 обнулились, а период следования импульсов с выхода счетчика 6 составляет величину порядка 20 мс, то можно заметить, что количество импульсов, записывающихся в счетчик 7 за время действия шестого сигнала после момента t₁₆, будет равно количеству часов, информация о которых закодирована длительностью радиосигнала.

После прекращения действия шестого сигнала точного времени, в момент времени t₁₆ на выходе элемента НЕ 25 формируется "I", которая способствует появлению высокого уровня напряжения на выходах элементов И 23 и ИЛИ 118 и переводу триггеров 10, 9 соответственно в единичное и нулевое состояние. При этом на выходе элемента ИЛИ 14 появляется "I", обнуляющая счетчик 6 и запрещающая ему прием информации, а на выходе элемента ИЛИ 15 образуется "0", препятствующий прохождению возможной помехи через элемент И 19, которая могла бы стереть информацию в счетчике 7.

Таким образом, после окончания шестого сигнала точного времени с выходов 29 можно считывать информацию о текущем часе. После считывания информации на вход 27 устройства в момент времени t₁₇ подают импульс, который переводит триггер 12 в нулевое состояние, при этом селектор радиосигналов точного времени переходит в исходное состояние.

Если длительность помехи превышает 1 с, то при появлении на М выходе дешифратора сигнала счетчик 7 не обнуляется и продолжает накапливать информацию. Через некоторое время на N выходе дешифратора 8, при условии, что N несколько больше М, появляется "I", поступающая на вход элемента ИЛИ 18 и переводящая селектор в исходное состояние.

Формула изобретения

Селектор радиосигналов точного времени, содержащий генератор опорных импульсов, счетчик сигналов точного времени, элементы И или ИЛИ, последовательно соединенные узкополосный фильтр, амплитудный детектор и формирователь импульсов, последовательно соединенные счетчик импульсов и дешифратор, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, отличающийся тем, что в него введены четыре триггера, второй счетчик импульсов, соответственно вторые, третьи, четвертые, пятые, шестые элементы И и ИЛИ и элемент НЕ, выход которого соединен с первым входом второго и первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к входу установки нуля первого триггера и к выходу второго триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к инверсному выходу третьего триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к входу установки нуля третьего триггера, к выходу четвертого элемента ИЛИ и входу сброса первого счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов и с вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с входом сброса счетчика сигналов точного времени, с первым входом пятого элемента ИЛИ и с инверсным выходом четвертого триггера, вход установки единицы которого соединен с вторым выходом дешифратора, с первым входом шестого элемента ИЛИ и с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к входу установки единицы второго триггера и к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, второй вход к выходу второго элемента ИЛИ, а третий выход к выходу пятого элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с вторым входом шестого элемента ИЛИ и подключен к третьему выходу дешифратора, выход шестого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика сигналов точного времени, выход которого подключен к входу установки единицы первого триггера, выход которого объединен с вторыми входами четвертого и шестого элементов И, первый вход шестого элемента И соединен с входом элемента НЕ и с выходом амплитудного детектора, выход третьего элемента И подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки единицы третьего триггера и с входом установки нуля четвертого триггера, генератор опорных импульсов соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, при этом выход шестого элемента И одновременно является выходом сигнала коррекции, вход установки нуля второго триггера и вход узкополосного фильтра соответственно являются первым и вторым входами устройства, а выходы дешифратора информационными выходами устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2