RU2246174C1

RU2246174C1 - Poisson pulse stream generator

Info

Publication number: RU2246174C1
Application number: RU2003131862/09A
Authority: RU
Inventors: С.А. Гутов (RU); С.А. Гутов; О.А. Комшилов (RU); О.А. Комшилов; М.А. Струков (RU); М.А. Струков
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2005-02-10

Abstract

FIELD: measurement technology; pulse stream generators.

SUBSTANCE: proposed Poisson pulse stream generator has k + 1 memory devices, comparison unit, k digital-to-analog converters, control circuit, register, counter, selector, k bell-shaped pulse generators, adder, voltage-to-current converter, and clock generator.

EFFECT: enlarged generation range of pulses adequate to ionization chamber signals.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как генератор пуассоновского импульсного потока с параметрами импульсов, адекватными или близкими параметрам сигналов ионизационной камеры.The invention relates to measuring equipment and can be used as a Poisson pulse flow generator with pulse parameters adequate or close to the parameters of the signals of the ionization chamber.

Известен генератор квазипуассоновского импульсного потока [1], содержащий генератор импульсов, генератор псевдослучайных, равномерно распределенных чисел, схему сравнения, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, элементы И-НЕ, одновибратор, управляемый ключ, преобразователь напряжение-частота, элемент задержки и реверсивный счетчик.Known generator quasi-Poisson pulse flow [1], containing a pulse generator, a pseudorandom generator, uniformly distributed numbers, a comparison circuit, the first and second digital-to-analog converters, NAND elements, a single vibrator, a controlled key, a voltage-frequency converter, a delay element and a reversible counter.

Недостатком такого генератора является то, что он не позволяет как задавать произвольные распределения амплитуд и интервалов, так и независимо регулировать интенсивность (среднюю частоту) следования импульсов.The disadvantage of this generator is that it does not allow you to set arbitrary distributions of amplitudes and intervals, or independently adjust the intensity (average frequency) of the pulse repetition.

Известен генератор квазипуассоновского импульсного потока [2], состоящий из генератора импульсов, генератора псевдослучайных, равномерно распределенных чисел, первого и второго запоминающих устройств, блока сравнения, первого и второго элементов задержки, регистра, цифроаналогового преобразователя, счетчика, первого и второго элементов И-НЕ, третьего элемента задержки, одновибратора и управляемого ключа.Known generator of quasi-Poisson pulse flow [2], consisting of a pulse generator, a pseudorandom generator, evenly distributed numbers, first and second storage devices, a comparison unit, the first and second delay elements, register, digital-to-analog converter, counter, the first and second elements AND-NOT , the third delay element, a one-shot and a controlled key.

Недостатком такого генератора является то, что он имеет низкое значение максимальной интенсивности импульсов (не более 2·10⁴ с^-1), не обеспечивает формирование наложенных импульсов, а распределение числа появлений импульсов существенно отличается от пуассоновского, а именно, отношение математического ожидания к среднеквадратическому отклонению равно ≈0,52.The disadvantage of such a generator is that it has a low value of the maximum pulse intensity (no more than 2 · 10 ⁴ s ^-1 ), does not provide the formation of superimposed pulses, and the distribution of the number of pulse occurrences is significantly different from the Poisson one, namely, the ratio of mathematical expectation to root mean square the deviation is ≈0.52.

Задачей изобретения является создание генератора пуассоновского импульсного потока, обеспечивающего возможность формирования k наложенных импульсов и повышения максимальной интенсивности формируемых импульсов.The objective of the invention is the creation of a Poisson pulse generator, which provides the possibility of forming k superimposed pulses and increase the maximum intensity of the generated pulses.

Результатом использования изобретения является расширение диапазона формирования импульсов, адекватных сигналам ионизационной камеры.The result of using the invention is to expand the range of formation of pulses adequate to the signals of the ionization chamber.

Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, первое запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, второе запоминающее устройство, регистр, блок сравнения, счетчик, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со входом счетчика, а выход второго запоминающего устройства соединен со входом регистра, дополнительно введены: схема управления, селектор, k формирователей колоколообразных импульсов, k-1 дополнительных запоминающих устройств, k-1 дополнительных цифроаналоговых преобразователей, сумматор и преобразователь напряжение - ток. При этом предлагается между указанными блоками осуществить следующие связи. Вход схемы управления соединить с магистралью ISA компьютера. Первые k выходов схемы управления соединить с первым входом первого и первыми входами k-1 дополнительных запоминающих устройств, а последний выход схемы управления подключить к первому входу второго запоминающего устройства. Выход регистра соединить с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключить выход счетчика. Выход блока сравнения соединить со вторым входом счетчика, вторым входом второго запоминающего устройства и со входом селектора. К выходов селектора предлагается подключить к второму входу первого и вторым входам k-1 дополнительных запоминающих устройств. Выход первого запоминающего устройства через первый цифроаналоговый преобразователь и первый формирователь колоколообразных импульсов подключить к первому входу сумматора, а выход каждого из k-1 дополнительных запоминающих устройств соединить с входом своего цифроаналогового преобразователя.The technical result is achieved due to the fact that in a known device containing a clock generator, a first memory device, a digital-to-analog converter, a second memory device, a register, a comparison unit, a counter, the output of the clock generator is connected to the counter input, and the output of the second memory device connected to the register input, additionally introduced: control circuit, selector, k formers of bell-shaped pulses, k-1 additional storage devices, k-1 additional Yelnia digital to analog converters, the adder and the inverter voltage - current. In this case, it is proposed between the indicated blocks to carry out the following communications. The control circuit input is connected to the ISA trunk of the computer. Connect the first k outputs of the control circuit to the first input of the first and first inputs of k-1 additional storage devices, and connect the last output of the control circuit to the first input of the second storage device. The register output is connected to the first input of the comparison unit, to the second input of which the counter output is connected. The output of the comparison unit is connected to the second input of the counter, the second input of the second storage device and to the input of the selector. It is proposed to connect the selector outputs to the second input of the first and second inputs of k-1 additional storage devices. The output of the first memory device through the first digital-to-analog converter and the first bell-shaped pulse generator are connected to the first input of the adder, and the output of each of k-1 additional memory devices is connected to the input of its digital-to-analog converter.

Выход каждого из k-1 цифроаналоговых преобразователей через свой формирователь колоколообразных импульсов подключить к соответствующему входу сумматора. И, наконец, выход сумматора соединить с преобразователем напряжение - ток. Выход преобразователя напряжение - ток является выходом генератора пуассоновского импульсного потока.The output of each of the k-1 digital-to-analog converters is connected to its corresponding adder input via its bell-shaped pulse shaper. And finally, connect the output of the adder to the voltage-current converter. The voltage-current converter output is the output of a Poisson pulse flow generator.

Признаки, отличающие предлагаемый генератор от прототипа, - наличие схемы управления, селектора, k формирователей колоколообразных импульсов, k-1 цифроаналоговых преобразователей, k-1 дополнительных запоминающих устройств, сумматора и преобразователя напряжение - ток - обуславливают увеличение быстродействия в части максимальной величины формируемых интенсивностей, за счет того, что числа, записанные во все запоминающие устройства, сформированы заранее и, тем самым, исключаются аппаратные задержки, вызванные формированием необходимых сигналов.The signs that distinguish the proposed generator from the prototype are the presence of a control circuit, a selector, k formers of bell-shaped pulses, k-1 digital-to-analog converters, k-1 additional memory devices, an adder and a voltage-current converter determine the increase in speed in terms of the maximum value of the generated intensities, due to the fact that the numbers recorded in all storage devices are formed in advance and, thereby, hardware delays caused by the formation of necessary persecuted.

На фиг.1 приведена схема генератора пуассоновского импульсного потока, где 1 - генератор тактовых импульсов, 2 - схема управления, 3.1 - первое запоминающее устройство, 3.2-3.k - дополнительные запоминающие устройства, 4.1-4.k - цифроаналоговые преобразователи, 5.1-5.k - формирователи колоколообразных импульсов, 6 - сумматор, 7 - преобразователь напряжение - ток, 8 - второе запоминающее устройство, 9 - регистр, 10 - блок сравнения, 11 - счетчик, 12 - селектор.Figure 1 shows a diagram of a Poisson pulse flow generator, where 1 is a clock pulse generator, 2 is a control circuit, 3.1 is a first storage device, 3.2-3.k are additional storage devices, 4.1-4.k are digital-to-analog converters, 5.1- 5.k - bell-shaped pulse shapers, 6 - adder, 7 - voltage-current converter, 8 - second storage device, 9 - register, 10 - comparison unit, 11 - counter, 12 - selector.

На фиг.2 приведена временная диаграмма, поясняющая работу генератора пуассоновского импульсного потока.Figure 2 is a timing chart explaining the operation of a Poisson pulse flow generator.

Поясним назначение отдельных блоков предлагаемого генератора.Let us explain the purpose of the individual blocks of the proposed generator.

Запоминающие устройства 3.1-3.k используются для записи массива N некоррелированных двоичных чисел с нормальным законом распределения. Во второе запоминающее устройство 8 записываются N некоррелированных двоичных чисел с пуассоновским распределением.Storage devices 3.1-3.k are used to record an array of N uncorrelated binary numbers with the normal distribution law. In the second storage device 8 are written N uncorrelated binary numbers with a Poisson distribution.

Выход генератора тактовых импульсов 1 подключен к первому входу счетчика 11. Первые k выходов схемы управления 2 соединены с первыми входами запоминающих устройств 3.1-3.k, выходы которых подключены к соответствующим входам цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.k. Каждый цифроаналоговый преобразователь 4.1-4.k связан со своим формирователем 5.1-5.k колоколообразных импульсов, выходы каждого формирователя 5.1-5.k подключены к соответствующим входам сумматора 6, соединенного последовательно с преобразователем 7 напряжение - ток. Выход преобразователя 7 напряжение - ток является выходом генератора пуассоновского импульсного потока.The output of the clock 1 is connected to the first input of the counter 11. The first k outputs of the control circuit 2 are connected to the first inputs of the memory devices 3.1-3.k, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the digital-analog converters 4.1-4.k. Each digital-analog converter 4.1-4.k is connected with its own shaper 5.1-5.k of bell-shaped pulses, the outputs of each shaper 5.1-5.k are connected to the corresponding inputs of the adder 6, connected in series with the voltage-current converter 7. The output of the Converter 7 voltage - current is the output of the generator of the Poisson pulse flow.

Последний выход схемы управления 2 подключен к первому входу второго запоминающего устройства 8, выход запоминающего устройства 8 через регистр 9 соединен с первым входом блока сравнения 10, второй вход которого связан с выходом счетчика 11. Выход блока сравнения 10 соединен со вторым входом счетчика 11, вторым входом запоминающего устройства 8 и входом селектора 12. Выходы селектора 12 подключены ко вторым входам запоминающих устройств 3.1-3.k.The last output of the control circuit 2 is connected to the first input of the second storage device 8, the output of the storage device 8 through the register 9 is connected to the first input of the comparison unit 10, the second input of which is connected to the output of the counter 11. The output of the comparison unit 10 is connected to the second input of the counter 11, the second the input of the storage device 8 and the input of the selector 12. The outputs of the selector 12 are connected to the second inputs of the storage devices 3.1-3.k.

Генератор работает следующим образом.The generator operates as follows.

Перед началом работы в запоминающие устройства 3.1,...3.k через магистраль ISA и схему управления 2 записывается массив N некоррелированных двоичных чисел с нормальным законом распределения. Причем, в частном случае при N=2ⁱ и k=2^j, где ij=1, 2, 3,... - целые числа, в запоминающие устройства записываются числа: в 3.1 записываются 1, k+1, 2k+1,...,N-k+1; в 3.2-2, k+2, 2k+2,..., N-k+2; в 3.k-k, 2k, 3k,...N.Before starting work, an array N of uncorrelated binary numbers with a normal distribution law is written to the storage devices 3.1, ... 3.k through the ISA trunk and control circuit 2. Moreover, in the particular case with N = 2 ⁱ and k = 2 ^j , where ij = 1, 2, 3, ... are integers, numbers are written to memory devices: in 3.1, 1, k + 1, 2k + 1 are written , ..., N-k + 1; in 3.2-2, k + 2, 2k + 2, ..., N-k + 2; in 3.kk, 2k, 3k, ... N.

Во второе запоминающее устройство 8 записываются N некоррелированных двоичных чисел с пуассоновским распределением.In the second storage device 8 are written N uncorrelated binary numbers with a Poisson distribution.

По окончании записи, по сигналу схемы управления 2 в регистр 9 из запоминающего устройства 8 загружается первое двоичное число, а на счетчик 11 поступают с генератора тактовых импульсов 1 тактовые импульсы с частотой f и счетчик 11 перебирает все кодовые комбинации. В момент совпадения числа счетчика 11 с числом, записанным в регистре 9, на выходе блока сравнения 10 формируется сигнал, который поступает одновременно на второй вход счетчика 11, тем самым устанавливая его в исходное состояние и подготавливая к следующему счету; на вход селектора 12 и на второй вход второго запоминающего устройства 8, тем самым разрешая считывание второго числа. Работа генератора повторяется до тех пор, пока из второго запоминающего устройства 8 не будут считаны все N чисел и, таким образом, на выходе блока сравнения 10 будет сформировано N последовательных импульсов, которые поступают на селектор 12. Селектор 12 формирует k параллельных сигналов, по которым из запоминающих устройств 3.1,...,3.k последовательно во времени осуществляется считывание кодов, соответствующих амплитудам формируемых импульсов, которые поступают на вход соответствующих цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.k. Импульсы с выходов цифроаналоговых преобразователей 4.1-4.k поступают на формирователи 5.1-5.k, на выходе которых формируются колоколообразные импульсы, идентичные по форме импульсам ионизационной камеры.At the end of the recording, according to the signal of the control circuit 2, the first binary number is loaded into the register 9 from the storage device 8, and clock counter 1 with a frequency f is supplied to the counter 11 from the clock generator 1 and the counter 11 goes through all the code combinations. At the moment of coincidence of the number of the counter 11 with the number recorded in the register 9, a signal is generated at the output of the comparison unit 10, which is fed simultaneously to the second input of the counter 11, thereby setting it to its original state and preparing for the next count; to the input of the selector 12 and to the second input of the second storage device 8, thereby allowing the reading of the second number. The operation of the generator is repeated until all N numbers are read from the second storage device 8 and, thus, N sequential pulses are generated at the output of the comparison unit 10, which are fed to the selector 12. The selector 12 generates k parallel signals, according to which from memory devices 3.1, ..., 3.k, sequentially in time, codes are read that correspond to the amplitudes of the generated pulses, which are input to the corresponding digital-to-analog converters 4.1-4.k. The pulses from the outputs of the digital-analog converters 4.1-4.k are supplied to the shapers 5.1-5.k, at the output of which bell-shaped pulses are formed, identical in shape to the pulses of the ionization chamber.

С выходов формирователей 5.1-5.k импульсы поступают на соответствующие входы сумматора 6, с выхода которого результирующий импульс поступает на преобразователь 7 напряжение - ток.From the outputs of the shapers 5.1-5.k, the pulses are fed to the corresponding inputs of the adder 6, from the output of which the resulting pulse is supplied to the voltage-current converter 7.

Таким образом, на выходе преобразователя 7 величина заряда преобразованного импульса соответствует величине заряда импульса ионизационной камеры.Thus, at the output of the transducer 7, the magnitude of the charge of the converted pulse corresponds to the magnitude of the charge of the pulse of the ionization chamber.

На фиг.2 приведена временная диаграмма, поясняющая работу устройства для случая j=2 (при аппаратурной реализации данного генератора было принято i=28 и j=2).Figure 2 shows a timing diagram explaining the operation of the device for the case j = 2 (for the hardware implementation of this generator, i = 28 and j = 2 were adopted).

Средняя длительность интервала времени Т_CP следования импульсов на выходе блока сравнения 10 определяется заданным в процессе записи во второе запоминающее устройство 8 набором двоичных чисел и тактовой частотой f, а интенсивность (средняя частота) f_CP на выходе равна f_CP=1/Т_CP.The average duration of the time interval T _CP of the pulses at the output of the comparison unit 10 is determined by the set of binary numbers and the clock frequency f specified during recording in the second memory 8, and the intensity (average frequency) f _CP at the output is f _CP = 1 / T _CP .

Длительность импульсов на выходе формирователей 5.1-5.k составляет 120 нc и, следовательно, на выходе схемы сравнения 10 при уменьшении интервала между импульсами менее 120 нс, на выходе сумматора происходят двух-, трех- и т.д. кратные наложения импульсов, адекватные наложениям импульсов в ионизационной камере, что при указанных выше числах соответствует реальным уровням загрузки 10⁷ имп/с.The pulse duration at the output of the shapers 5.1-5.k is 120 ns and, therefore, at the output of the comparison circuit 10 with a decrease in the interval between pulses of less than 120 ns, two, three, etc. occur at the output of the adder multiple pulse overlays, adequate to the pulse overlays in the ionization chamber, which at the above numbers corresponds to real loading levels of 10 ⁷ pulses / s.

Таким образом, предлагаемый генератор пуассоновского импульсного потока позволяет обеспечить формирование импульсов, адекватных сигналам с ионизационной камеры в широком диапазоне с заданной средней частотой, формирование наложений заданного k числа импульсов и Пуассоновское распределение числа появлений импульсов - отношение математического ожидания к среднеквадратическому отклонению, равное 1,01.Thus, the proposed Poisson pulse flow generator allows the generation of pulses adequate to the signals from the ionization chamber in a wide range with a given average frequency, the formation of overlays of a given k number of pulses and the Poisson distribution of the number of pulse occurrences — the ratio of the mathematical expectation to standard deviation equal to 1.01 .

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство SU №1195432, Н 03 К 3/84, 1984.1. Copyright certificate SU No. 1195432, N 03 K 3/84, 1984.

2. Авторское свидетельство SU №1274129, Н 03 К 3/84, 1986 (прототип).2. Copyright certificate SU No. 1274129, N 03 K 3/84, 1986 (prototype).

Claims

A Poisson pulse generator comprising a clock, a first and second memory, a comparison unit, a digital-to-analog converter, a register and a counter, the output of the clock being connected to a counter, and the output of the second memory being connected to a register input, characterized in that it additionally introduced a control circuit, a selector, k formers of bell-shaped pulses, k-1 digital-to-analog converters, k-1 additional storage devices, sums torr and inverter voltage - current, the input of the control circuit is connected to a computer ISA backbone; the first k outputs of the control circuitry are connected to the first input of the first storage device and the first inputs of k-1 additional storage devices, and the last output of the control circuitry is connected to the first input of the second storage device; the register output is connected to the first input of the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the counter; the output of the comparison unit is connected to the second input of the counter, the second input of the second storage device and to the input of the selector; the selector outputs are connected to the second input of the first storage device and the second inputs of k-1 additional storage devices; the outputs of the first and each of k-1 additional storage devices are connected to the inputs of its digital-to-analog converter, the output of each digital-to-analog converter is connected to the input of its bell-shaped pulse shaper, the output of each bell-shaped pulse shaper is connected to the corresponding adder input, the output of which is connected to the voltage-current converter input ; the converter output is the output of a Poisson pulse flow generator.