книги из ГПНТБ / Петренко А.И. Масштабно-временные преобразователи импульсных сигналов
.pdf•J4*f
т
А. И. ПЕТРЕНКО, С. В. ДЕНБНОВЕЦКИЙ
МАСШТАБНО ВРЕМЕННЫ Е ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСНЫХ С И Г Н А Л О В
КИЕВ 1966
В книге рассматриваются масштабно-временные преобразователи импульсных сигналов на электронно лучевых трубках памяти, предназначенные для согласования параметров исследуемых импульсных процессов с устройствами автоматической их обра ботки (ЭЦВМ, анализаторами, регистраторами, элек тронными моделями, линиями передач и т. д.).
Изложен метод масштабно-временного преобра зования (изменения длительности); оценены воз можности разных типов трубок памяти в системах обработки информации; выполнен анализ работы потенциалоскона с барьерной сеткой и даны реко мендации по выбору его электрического режима; приведены функциональная и принципиальная схемы экспериментального макета масштабно-временного преобразователя.
Кинга рассчитана на инженеров и научных работников, работающих в области автоматики и технической кибернетики, а также может быть использована студентами электро- и радпотехшіческих факультетов.
Рецензент В. Т. Кулик, канд. техн. наук
Рецензирование выполнено на общественных началах
Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи
6П2.15
ИЗО
621.397.331.24
Заведующий редакцией ипж. Р. П. Рак
ПРЕДИСЛОВИЕ
Автоматизация сбора и ввода информации в электронную вычислительную цифровую ма шину пли любые другие устройства после дующей обработки электрических сигналов (анализаторы, регистраторы, линии передач и т. д.) является одной из важнейших задач тех нической кибернетики. Сигналы на устройство обработки подаются в определенном диапазоне
их длительностей или частотном |
диапазоне. |
В результате в некоторых случаях |
машинный |
анализ быстропротекающих непериодических процессов оказывается за пределами возможно стей существующей аппаратуры.
Для согласования во времени потоков ин формации, поступающих соответственно от датчика на устройство обработки, импульсный сигнал необходимо подвергнуть определенному масштабно-временному преобразованию: задерж ке, сжатию или растяжке во времени по отно шению к исходному сигналу; периодизации пли изменению частоты следования и т. д.
В данной книге описываются согласующие
3
устройства на трубках с накоплением зарядов, работающих в режиме тактовой перезаписи. Масштабно-врёменное преобразование сводится к увеличению или уменьшению без потери ин формации временного интервала между сосед ними замерами дискретных значений сигнала, который предварительно фиксируется на мише ни трубки. Дискретные значения сигнала после фиксации замеряются однократно или цикличе ски в зависимости от входных параметров уст ройства обработки.
При написании книги были использованы ли тературные источники, указанные в прилагае мом списке, а также собственные работы авто ров, выполненные на кафедре промышленной электроники Киевского ордена Лепина поли технического института.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу: Киев, 4, Пушкинская, 28, издательство <(Техніка».
- ГЛАВА
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ
МАСШТАБНО-ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИП ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
Для автоматизации исследований импульсных процес сов, осуществляемых во многих отраслях радиоэлектроники и экспериментальной физики, необходимо согласовы вать параметры исследуемых процессов с параметрами при меняемой анализирующей и документирующей аппара туры. Согласование сводится к такому масштабно-времен ному преобразованию импульсного сигнала (изменению его длительности, задержке во времени, периодизации и из менению частоты следования и т. д.), при котором сохра няется количество информации, содержащееся во входном сигнале.
Количество информации / св сигнале длительностью твх, имеющем ограниченный спектр AFBX, можно определить по формуле [24]
/о = |
N log2 п = 2AFbxtbxloga |
-f |
1j бит, |
(1) |
|
где N = |
-Д-------число дискретных значении входно |
||||
|
го сигнала, используемых |
при |
его |
||
|
исследовании; |
|
|
|
|
At — |
-------интервал дискретности |
по |
времени, |
||
б
при котором реальный непрерывный п измеряемый дискретный сигналы эквивалентны с точки зрения содер жащейся в них информации (теорема В. А. Котельникова);
U — амплитудное значение■сигнала;
Д£7 — интервал дискретности определения сигнала;
и , |
, |
— число уровней квантования сигнала. |
п = д-Q+ |
1 |
При исследовании кратковременных импульсных про цессов может оказаться, что значения интервалов дискрет ности по времени Дг и по уровню Д£7, определяемые в соот ветствии с выражением (1), не соответствуют параметрам имеющейся в наличии аппаратуры. В этом случае необходи мо увеличивать пли уменьшать временной интервал между соседними замерами дискретных значений сигнала без по тери информации. Такое преобразование эквивалентно изменению длительности импульса, т. е. его масштаба вре мени
где К — коэффициент пропорциональности. |
(2) |
|
|
При этом соответственно изменяется активная |
ширина |
спектра преобразованного сигнала |
|
АF,ВЫХ — ^ |
(3) |
аколичество информации / с в соответствии с выражением
(1)остается неизменным.
Преобразование импульсного сигнала в соответствии с
выражениями (2) и (3) называют масштабно-временным пре образованием (МВП). Величина коэффициента преобразо вания К зависит от параметров входного сигнала и пара метров аппаратуры, используемой для его обработки.
о
Масштабно-временное преобразование импульсных сиг налов можно выполнить методом тактовой перезаписи. Входной сигнал фиксируется в запоминающем устройстве (ЗУ), после чего производится выборка его дискретных значений через промежутки времени, согласованные с воз_ можностямн входных устройств анализирующей или доку_
Рпс. 1. Функциональная схема масштабно-временного преобразователя импульсных сигналов:
1 — входное буферное устройство; г — запоминающее |
устройство; |
з — устройство считывания; 4 — выходное устройство; |
о —синхро |
низатор; в — устройство стирания.
ментирующей аппаратуры. Вид выполняемого масштабновременного преобразования сигнала (изменение длитель ности, периодизация, изменение частоты следования) опре деляется темпом и последовательностью выборки отсчетных значений сигнала.
При изменении длительности сигнала во времени отсчетиые значения ординат выбираются через промежутки
времени |
|
At* = KAL |
(4) |
Для периодизации однократного сигнала, которую мож но выполнять одновременно с масштабно-временным преоб
7
разованием, зафиксированные значения ординат считы вают с необходимым периодом повторения. Частоту сле дования импульсов изменяют, фиксируя один импульс входной последовательности н выбирая его затем из ЗУ в требуемом темпе.
Выходной сигнал одним из известных методов аппрок симации можно снова преобразовать в аналоговую форму в новом масштабе времени. По окончании цикла считыва ния запоминающее устройство освобождается, т. е. за фиксированная в нем информация стирается, если это не выполнено при считывании.
Функциональная схема масштабно-временного преоб разователя импульсных сигналов, выполняющего описан ные преобразования, представлена на рис. 1. Темп и по рядок выборки информации из запоминающего устройства 2, т. е. вид преобразования, определяется режимом уст ройства считывания 3, который задается синхронизато ром 5.
2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ АНАЛОГОВОГО ТИПА
В запоминающем устройстве преобразователя должна быть зафиксирована без искажений информация, содер жащаяся во входном сигнале, и обеспечена возможность ее последующей выборки в требуемом темпе и с заданной точностью. Основными параметрами ЗУ являются:
1) информационная емкость / , определяющая количест во информации J c, которое можно выбрать из входного сигнала;
2) широкополосность, определяющая верхнюю гра ницу активной ширины спектра входного сигнала, который можно зафиксировать с заданной погрешностью;
8
3)время памяти, обеспечивающее возможность выбор ки значений зафиксированных сигналов в течение необ ходимого промежутка времени или с заданной задержкой;
4)возможность однократного считывания зафиксиро ванного сигнала или циклической его выборки с требуемым периодом повторения;
5)возможность полного стирания зафиксированной ин формации в заданный момент времени; надежность работы, экономичность и компактность.
Входной сигнал в ЗУ можно зафиксировать в аналого вой или цифровой форме, а также в виде значений ординат входного сигнала в дискретных точках.
Запоминание в цифровой форме технически легко осу ществить в том случае, когда входной сигнал предваритель но закодирован. Кодирование выполняется в натуральном масштабе времени п осуществимо для достаточно узкопо
лосных сигналов. Уже для сигналов со спектром AFnx = = 5 Мгц частота квантования имеет порядок 10 Мгц, вследствие чего трудно как получать соответствующий код, так и вводить его в память. В устройстве памяти мож но использовать магнитную ленту, магнитные барабаны и диски, ферритовый куб, тонкие пленки, электронно-луче вые трубки и др. [13].
Временное квантование входного сигнала и запомина ние полученных дискретных значений в запоминающем устройстве осуществляют также через интервал At в на туральном масштабе времени (как при стробоскопическом осциллографированин). Записанные в память ординаты можно последовательно выбирать из нее в виде ступенек длительностью At* или представлять в виде кода в преоб разованном масштабе времени.
При фиксации одиночных импульсов, в отличие от стробоскопического метода, в масштабно-временном преоб разователе используются не к входных сигналов, а к
9