SU1453402A1 - Датчик случайных двоичных сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  статического моделировани . Цель изобретени  - повышение точности. Датчик содержит генераторы тактовых импульсов 1 и 2, триггер 3, синхронизируемый перепадом потенциала , и формирователь 4 длительности импульсов, содержащий двоичный сче т- чик 5 и мультиплексор 6. На счетный вход двоичного счетчика подаютс  импульсы с первого генератора, сигнал с выхода счетчика поступает на адресные входы мультиплексора. Код, установленный на информационных входах мультиплексора, определ ет среднюю веро тность формировани  Лог.1 на выходе датчика. Сигнал с выхода мультиплексора поступает на информационный вход триггера, на счетный вход которого подаютс  импульсы с второго о генератора, а с выхода снимают случай- ный двоичный сигнал. 3 ил. 1 з.п. ф-лы. СЛ

Description

Фиг.}

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  моделировани  различных случайных процессов и дл  оценки характеристик устройств обнаружени  дн кретных сигналов при различньк соотношени х веро тностей формировани  единиц и нулей в сигнале.

Цель изобретени  - повышение точности .

На фиг. 1 приведена функциональ- :На  схема датчика, на фиг. 2 - вре- |менные диаграммы, по сн ющие работу формировател  длительности импульсов ;на фиг. 3 - спектр сигналов на выходе формировател  длительности импульсов .

Датчик.случайных двоичных сигналов содержит (фиг. 1) два генератора 1 и 2 тактовых импульсов, синхронизи руемый перепадом потенциала D-тригге 3 и формирователь 4 длительности, со рержащий, например, двоичный счетчик |5, мультиплексор 6, входы 7-.10. I Если не требуетс  оперативного из- Иенени  средней веро тности форми-- овани  единиц и нулей на выходе дат чика, схема формировател  длитель- йости импульсов может быть существенно упрощена. Так, например, дл  соз- Дани  только равноверо тных сигналов & качестве формировател  длительности импульсов может использоватьс  счетный триггер.

Кроме того, при использовании предлагаемого датчика случайных двоичных сигналов в составе более сложного цифрового устройства в качестве одного из генераторов датчика может использоватьс  тактовый генератор , имеющийс  в этом устройстве.

Датчик работает следуюидам образом Пусть в исходном состо нии на информационные входы 7 и 8 мультиплексора 6 поданы потен1даалы логической .единицы (фиг. 2 г.д.), а на йходы 9 и 10 - потенциалы логического нул  (фиг. 2 е,ж).

Тактовые.импульсы с выхода генератора 1 с частотой F, (фиг. 2а) поступают на счетньш вход двоичного счетчика 5. Число разр дов счетчика - определ етс  необходимым дискретом изменени  веро тности формировани  единиц и нулей на выходе датчика. С увеличением числа разр дов счетчика 5 этот дискрет уменьшаетс , но одновременно уменьшаетс  и быстродейст

10

J5

20

5

0

5

0

5

0

5

вие датчика (при фиксированной частоте генератора 1}.. Дл  рассмотрени  принципа работы датчика достаточно ограничитьс  двум  разр дами счетчика 5. С выходов этих разр дов сигналы в виде меандров с частотами F,, - (фиг.26) иР„(фиг.2в) поступают на адресные входы мультиплексора 6, в результате чего код с информационных входов последовательно передаетс  на выход мультиплексора 6. При указанном состо нии входов мультиплексора 6 на его выходе формируетс  сигнал в виде меандра с частотой Fi/4 (фиг.2з),который поступает на информационный вход триггера 3.

На тактовый вход триггера 3 поступают импульсы с выхода генератора 2, частота следовани  которых выбираетс  из следующих соображений. Извест- но, что любой источник электрического сигнала из-за различного рода внутренних шумов, вл етс  источником случайного процесса. Так, собственные шумы активных и пассивных элементов, вход щих в состав генераторов 1 и 2 импульсов, привод т к тому, что амплитуда , длительность и период следовани  этих импульсов испытывают случайные флуктуации.. Амплитуда сигналов в цифровых устройствах определ етс  примененной элементной базой и величиной напр жени  питани  устройства и имеет такую величину, котора  обеспечивает надежное срабатьшание элементов устройств во всех услови х внешних воздействий , оговоренных нормативной документацией на элементы. Поэтому вли нием флуктуации амплитуды импульсов при рассмотрении работы предлагаемого датчика случайных двоичных сигналов можно пренебречь.

Кроме того, можно не учитывать вли ние флуктуа15 й длительности импульсов генераторов 1 и 2, так как срабатывание счетчика 5 и триггера 3 происходит по фронту сигнала на их входах.

Флуктуации периода повторени  импульсов генератора 1 привод т к тому , что на выходе мульуиплексора 6 случайным образом в небольших пределах измен ютс  длительность импульсов и период их следовани .

Спектр таких импульсов (дл  выбранного значени  их скважности) в отличие от спектра импульсов с посто н1453402

ными длительностью и частотой, имеющего линейчатый вид (фиг. За), состоит из узких спектральных полос, среднее значение частоты которьк совпадает со спектральными лини ми спектра импульсов, имеющих посто нную длительность (фиг. 36). Ширина этих полос определ етс  величиной флуктуации ЛГ, частоты повторени  импульсов ге- ю нератора 1. Известно, что врем  коррел ции случайного процесса обратно пропорционально ширине его спектра, в данном случае ширине спектральных полос на фиг. 36. Если фиксировать 15 значение параметров случайного процесса через интервалы времени, большие, чем врем  коррел гсии процесса, то значени  этих величин будут случайными и независимыми друг от друга, о

Так, например, если записывать в триггер 3 состо ние выхода формировател  4 длительности импульсов (Лог. О или Лог.Г ) с помощью такгера 3 определ етс  средней продолжи тельностью состо ни  логической единицы (нул ) на его инфopмaцIioннoм входе за это же врем , т.е. величиной , обратной скважности импульсов на выходе формировател  4 длительнос ти импульсов. Так, при скважности, равной 2, эта веро тность будет близка к 1/2, формирование логической единицы и нул  будет равноверо тным. Если изменить состо ние информационных входов мультиплексора (фиг.2 г,д,е,ж) вмомент Ц,т.е.на вход 7 подать потенциал логической единицы , а на остальные входы - потенциал логического нул , то на выходе мультиплексора 6 сформируетс  импульс со скважностью 4. В этом случае веро тность формировани  единицы на выходе датчика будет близка к 1/4.

. Если на входы 7-9 мультиплексора 6 подать потенциалы логической единицы , а на вход 10 - потенциал логитовых импульсов от генератора 2, пос-25 ческого нул  (фиг. 2 ) то тупаюпих с периодом повторени , боль- скважность формируемого HMilynIca сос- шим, чем врем  коррел вди случайных тавит 4/3, а веро тность формирова- Флуктуации длительности и частоты ни  логической единицы на выходе повторени  импульсов на выходе форми.. датчика 3/4. В крайних состо ни х при ровател  4, то состо ние триггера 3 в 30 поданных на все информационные входы каждом периоде повторени  импульсовгенератора 2 будет случайным. Точно так же случайным будет состо ние триггера 3, если период повторени  импульсов тактового генератора 2 будет подвержен случайным ;,. флуктуаци м, превышающим по величине период повторени  импульсов на выходе формировател  4. Отсюда следует, что величина флуктуации периода повторени  им- 40

пульсов генераторов 1 и 2 дл  работоспособности устройства значени  не имеет. Существенно лишь то, чтобы флуктуации их периодов повторени  друг относительно друга за период повторени  импульсов генератора 2 превышали период повторени  импульсов на выходе формировател  4. Дл  приведенного примера построени .формировател  /4 он равен N/F, , где N - коэффициент делени  счетчика 5. Таким образом, при выполнении этого услови  конкретна  величина част оты повторени  импульсов генераторов Г и 2 также не имеет значени .

Средн   за некоторое врем  величина веро тности формировани  логической единицы (нул ) на выходе тригмультиплексора 6 логических нул х (фиг. 2 г.д.е.ж) или логических единицах (фиг. 2 г,д,е,ж) веро тность формировани  логической единицы на 35 выходе будет равна соответственно

нулю либо единице. Таким образом, веро тность формировани  логической единицы на выходе датчика обратно пропорциональна скважности импульсов на выходе формировател  4 длительности импульсов и может измен тьс  в ди-. апазоне от О до 1 с помощью цифровых управл юпщх сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора 6, 45 Нестабильность средней веро тности формировани  единиц и нулей на выходе предлагаемого устройства будет определ тьс  нестабильностью разности суммарного времени переключе- gQ ни  счетчика 5 и мультиплексора 6 из состо ни  логического нул  в состо ние логической единицы и обратно. Указанна  разность путем выбора быстродействующей элементной базы и 5g частоты повторени  импульсов генератора 1 (в пределах заданного быстродействи  датчика в целом) может быть получена существенно меньше периода повторени  импульсов на выходе форми1453402

гера 3 определ етс  средней продолжительностью состо ни  логической единицы (нул ) на его инфopмaцIioннoм входе за это же врем , т.е. величиной , обратной скважности импульсов на выходе формировател  4 длительности импульсов. Так, при скважности, равной 2, эта веро тность будет близка к 1/2, формирование логической единицы и нул  будет равноверо тным. Если изменить состо ние информационных входов мультиплексора (фиг.2 г,д,е,ж) вмомент Ц,т.е.на вход 7 подать потенциал логической единицы , а на остальные входы - потенциал логического нул , то на выходе мультиплексора 6 сформируетс  импульс со скважностью 4. В этом случае веро тность формировани  единицы на выходе датчика будет близка к 1/4.

. Если на входы 7-9 мультиплексора 6 подать потенциалы логической единицы , а на вход 10 - потенциал логического нул  (фиг. 2 ) то скважность формируемого HMilynIca сос- тавит 4/3, а веро тность формирова- ни  логической единицы на выходе атчика 3/4. В крайних состо ни х при оданных на все информационные входы 25 ческого нул  (фиг. 2 ) то скважность формируемого HMilynIca сос- тавит 4/3, а веро тность формирова- ни  логической единицы на выходе датчика 3/4. В крайних состо ни х при 30 поданных на все информационные входы 0

мультиплексора 6 логических нул х (фиг. 2 г.д.е.ж) или логических единицах (фиг. 2 г,д,е,ж) веро тность формировани  логической единицы на 35 выходе будет равна соответственно

нулю либо единице. Таким образом, веро тность формировани  логической единицы на выходе датчика обратно пропорциональна скважности импульсов на выходе формировател  4 длительности импульсов и может измен тьс  в ди-. апазоне от О до 1 с помощью цифровых управл юпщх сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора 6, 5 Нестабильность средней веро тности формировани  единиц и нулей на выходе предлагаемого устройства будет определ тьс  нестабильностью разности суммарного времени переключе- Q ни  счетчика 5 и мультиплексора 6 из состо ни  логического нул  в состо ние логической единицы и обратно. Указанна  разность путем выбора быстродействующей элементной базы и g частоты повторени  импульсов генератора 1 (в пределах заданного быстродействи  датчика в целом) может быть получена существенно меньше периода повторени  импульсов на выходе формировател  4 длительности, а ее нестабильность составит единицы и доли процента от длительности импульса,

Фор м. у ла изобретени 

Claims (2)

1. Датчик случайных двоичных сигналов , содержащий два генератора им- nyijibcoB, D-триггер, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он содержит формирователь длительности импульсов, вход которого подключен к выходу первого генератора импульсов, а выход формировател  длительности импульсов соединен с информационным входом D-триг

гера, синхронизирующий вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, а выход D-триггера  вл етс  выходом генератора.

2. Датчик по п. 1, отличающийс  тем,что формирователь длительности импульсов содержит счетчик и мультиплексор, выход которого  вл етс  выходом формировател , входом которого  вл етс  счетный вход счетчика , выходы разр дов-которого соединены с группой управл ющих входов мультиплексора соответственно, группа информационных входов которого  вл етс  группой входов задани  длительности выходного сигнала формировател .

Д| I I I I И I I I I I I I I f II I I I S JГU-U LГlГLГU Lг{J LГ

tz tз

Фиг. г

t,

V- Tx