Линия задержки

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Ли́ния заде́ржки — устройство, предназначенное для задержки электрических и электромагнитных сигналов на заданный промежуток времени (фиксированный, переключаемый или с плавной регулировкой). Линии задержки (ЛЗ) широко применяются в радиоэлектронике — в радиолокации и радионавигации, измерительной технике, вычислительной технике и автоматике, электроакустике (ревербераторы), технике связи, в научных исследованиях.

Классификация[править | править вики-текст]

Существуют ЛЗ для задержки электрических сигналов (НЧ, ВЧ, СВЧ) и для задержки оптических (световых сигналов).

  • ЛЗ для задержки электрических сигналов.
    • Аналоговые ЛЗ.
      • ЛЗ на линиях с распределёнными параметрами (кабельные, волноводные).
      • Искусственные ЛЗ (цепи с сосредоточенными параметрами).
      • ЛЗ с преобразованием электрических сигналов в сигналы другой физической природы (ультразвуковое, оптическое излучение) и обратно.
    • Цифровые ЛЗ.
      • Аппаратно реализованные цифровые ЛЗ.
      • Программно реализованные ЛЗ.
    • Акустооптические ЛЗ.
      • Акустооптические ЛЗ с прямым детектированием.
      • Акустооптические ЛЗ гетеродинного типа.

ЛЗ подразделяются также на широкополосные (как правило, с нижней частотой 0 Гц) и узкополосные (для задержки сверхвысокочастотного или оптического сигнала). СВЧ и оптические линии бывают дисперсионными (групповая скорость зависит от частоты) и бездисперсионными.

ЛЗ с распределёнными параметрами[править | править вики-текст]

Телевизионная ЛЗ.

Наиболее простой способ реализации задержки электрического сигнала — использование в качестве задерживающей среды длинных линий передачи, так как скорость распространения сигнала в таких линиях конечна и относительно стабильна, сигнал при прохождении через линию задерживается на время пропорциональное её длине.

В качестве линии могут использоваться радиочастотные кабели, полосковые линии и микрополосковые линии, а также волноводы, длинная электрическая линия обязательно должна иметь согласованную нагрузку на выходе, равную её волновому сопротивлению для предотвращения отражений сигнала от её конца и возникающего при этом искажения сигнала. Исторически наибольшее распространение приобрели кабельные ЛЗ — на коаксиальных кабелях (используются, в основном, в качестве калибраторов задержки) и спиральных кабелях (используются в осциллографах для задержки сигнала относительно начала развёртки и в других целях). Кабельные ЛЗ просты в устройстве, надёжны, имеют малую дисперсию, широкополосны (от нуля до сотен мегагерц), недостатком их является малая задержка (доли микросекунды, реже единицы микросекунд и большие размеры).

Конструктивная реализация:

  • Встраиваемые бескорпусные ЛЗ в виде бухты кабеля с выводами под распайку или с коаксиальнными разъёмами;
  • Встраиваемые ЛЗ на полосковых или ферритовых волноводах в виде микромодуля или микросхемы;
  • ЛЗ как самостоятельные устройства (калибраторы), имеют корпус с разъемами, могут содержать одну, две или несколько ЛЗ, а также, дополнительные элементы — аттенюатор, ферритовый вентиль, элементы коммутации коаксиальных трактов.

Искусственные ЛЗ выполненные из компонентов со сосредоточенными параметрами[править | править вики-текст]

Искусственная ЛЗ представляет собой последовательность звеньев, имитирующих реальную линию. В качестве звеньев могут быть использованы LC-цепочки из конденсаторов, индуктивных элементов или, в некоторых случаях (в СВЧ-технике), резонаторы с распределёнными параметрами. Искусственные ЛЗ применяются для временно́й расстановки импульсов в устройствах радиолокации, радионавигации, для задержки радиочастотных и СВЧ сигналов и в других целях. Такие линии выполнены чаще всего в виде законченных модулей с множеством отводов, переключение выхода на разные отводы позволяет получить разные значения задержки, существуют также ЛЗ с плавно регулируемой задержкой. Искусственные ЛЗ обеспечивают бо́льшие значения задержки чем естественные линии на кабелях и волноводах при тех же размерах, однако недостаток их — имеют узкий рабочий диапазон, поэтому постепенно вытесняются цифровыми ЛЗ — в импульсной технике и акустическими — в СВЧ-технике.

ПРИМЕР: ЛЗТ-4,0-1200.

Ультразвуковые ЛЗ[править | править вики-текст]

Ультразвуковая ЛЗ на плате телевизора. Осуществляет задержку сигнала цветности на длительность одной строки строчной развёртки изображения (в европейских стандартах телевидения — 64 мкс).

Принцип работы ультразвуковых ЛЗ состоит в том, что электри­ческий сигнал с помощью электромеханического преобразователя преобразуется в акустические колебания, которые затем распро­страняются и виде упругих волн через звукопроводящую среду и далее выходе из неё посредством другого электромеханического преобразователя снова преобразуются в электрический сигнал.

Время задержки выходного сигнала относительно входного определяется скоростью звука в материале звукопровода, его размерами и конфигурацией и типом волн. Акустические волны, используемые в ЛЗ могут быть разных видов и типов — поверхностные и объёмные, объёмные волны могут быть поперечными (волны сдвига), и продольными (волны сжатия), Частный вид поперечных волн — крутильные колебания, распространяющиеся в виде волн в стержнях и упругих проволоках. По типу используемого звукопровода ЛЗ подразделяются на волноводные (ленточные и проволочные) и, более простые в изготовлении, ЛЗ с многократными отражениями от граней звуковода, выполненного в виде призмы (с прямым ходом луча, свёрнутые, многоугольные, клиновидные).

В качестве электромеханических преобразователей применяются, обычно, пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи. Для задержки СВЧ сигналов возникает необходимость транспортировать спектр входного сигнала в более низкочастотную область, для нормальной работы акустической части, так как не существует материалов акустически прозрачных для СВЧ-колебаний, а затем восстановить сигнал, в этом случае на входе и на выходе устанавливаются преобразователи частоты, так как оба преобразователя работают с одним высокостабильным гетеродином, на практике можно считать, что спектр выходного сигнала идентичен спектру входного.

Ультразвуковые ЛЗ имеют задержку от долей миллисекунды до десятков миллисекунд и используются для задержки сигнала цветности в телевизионных приёмниках, в качестве мер временного интервала в измерительной технике, в качестве калибраторов расстояния (высоты) для радиолокационных и радионавигационных устройств, в качестве запоминающих устройств в вычислительной и радиолокационной технике, в других целях.

ПРИМЕРЫ: ЛЗА-511-10, УЛ3-64-5, DL872

Цифровые линии задержки[править | править вики-текст]

Цифровая линия задержки представляет собой цифровое устройство, предназначенное для задержки цифровых сигналов во времени на заданное число тактов и по сути представляют из себя регистры сдвига. Время задержки в таких устройствах либо фиксированное, либо может настраиваться программным способом извне. Один и тот же регитср сдвига обычно имеет несколько «отводов», что позволяет получить несколько сигналов с разными длительностями задержки — своим временным смещением относительно входного сигнала на заданное число тактов синхронизации.

Оптические ЛЗ[править | править вики-текст]

В оптических ЛЗ сигнал в виде оптического излучения задерживается при прохождении через оптическую среду с низкой скоростью распространения сигнала относительно скорости света в вакууме, то есть в среде с высоким показателем преломления. Наиболее распространёнными являются волоконно-оптические ЛЗ (аналогично кабельным и волноводным — для радиодиапазона), существуют также ЛЗ в виде набора плоскопараллельных пластин из кварцевого стекла (эшелоны Майкельсона), на базе дифракционных решеток и призм, а также призменно-линзовые. Для получения возможности использования оптической задержки в интегральных микросхемах специалисты IBM разработали модель принципиально новой ЛЗ[1], состоящей из множества последовательных «микрокольцевых резонаторов», то есть, своего рода, искусственную оптическую линию.

Основные нормируемые характеристики[править | править вики-текст]

  • Номинальное значение задержки сигнала или диапазон устанавливаемых значений
  • Допустимое отклонение фактического значения задержки от номинального или установленного
  • Рабочий диапазон частот (диапазон длин волн для оптических ЛЗ)
  • Допустимое ослабление сигнала
  • Параметры, определяющие допустимое искажение формы или спектра сигнала в рабочем диапазоне частот

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Физическая акустика под ред. У. Мэзона. Том 1. Методы и приборы ультразвуковых исследований — М.: Мир, 1966
  • Справочник по радиоэлектронным устройствам: В 2-х т.; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
  • Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 7./А. В. Нефедов — М.: ИП РадиоСофт, 1998
  • Меерович Л. А., Зеличенко Л. Г. Импульсная техника / — М.: Сов. радио, 1954
  • Литвиненко О. Н., Сошников В. И. Расчет формирующих линий — Киев: Гостехиздат УССР, 1962
  • Яковлев В. Н. Справочник по импульсной технике. Издание 3 — 1972
  • Ицхоки Я. С., Овчинников Н. И. Импульсные и цифровые устройства — М.: Советское радио, 1972

Ссылки[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]