Dispositivo ausiliario per il controllo dei correlatori digitali - generatore dei segnali X(t) -

I segnali di rumore $X1(t)\ e\ X2(t)$ necessari per le fasi di controllo preliminare dei correlatori devono essere generati mediante due dispositivi distinti che producono tensioni ad ampiezza costante e polarità variabile casualmente.

Il circuito in grado di generare la tensione di rumore indicata con $X(t)$ si basa su di una struttura digitale concettualmente molto complessa ma di semplice realizzazione ; detto circuito va sotto il nome di generatore di rumore pseudocaotico.

Generatori di questo tipo, necessari per i controlli preliminari dei correlatori, devono essere costruiti come prima attività da chi si appresta allo studio e alla sperimentazione dei sistemi di correlazione.

Il generatore di rumore pseudocaotico sviluppa delle sequenze di segnali, comprese tra livello 0 e livello 1, con tempi di durata dei singoli eventi, nell'ambito della sequenza, che sono distribuiti in modo non casuale; essi si ripetono ad ogni sequenza.

Le caratteristiche di questi circuiti perciò consentono di realizzare sequenze che si ripetono ad intervalli di tempo molto grandi per cui è possibile utilizzarli con profitto come se fossero dei generatori di rumore casuale a due stati.

Se la durata delle sequenze è opportunamente dimensionata il correlatore in prova elabora questi segnali pseudocaotici come se fossero veri segnali di rumore a due stati.

Naturalmente per avere completa scorrelazione tra i due generatori pseudocaotici questi devono essere realizzati in due unita completamente separate ciascuna con il proprio contenitore metallico e la propria batteria di alimentazione.

Descrizione del circuito a blocchi del generatore pseudocaotico

Il circuito a blocchi che consente di realizzare questo particolare generatore di rumore è riportato in figura 1

figura 1

Il Generatore di Rumore Pseudocaotico (GRP) di figura 1 si può realizzare con SHIFT REGISTER in numero variabile da 3 a 25 secondo lo schema indicato; tutti gli SHIFT REGISTER sono comandati simultaneamente da un generatore di CLOCK alla frequenza FcK.

Il sommatore modulo 2, realizzato in questo schema con logica sparsa, pilota sempre il 1° SR, mentre i due ingressi I1 e I2 devono essere collegati, uno sempre all'uscita dell'ultimo stadio, l'altro ad un punto intermedio della catena degli SR secondo la seguente tabella

(n)   (m)
 3 	1
 4 	1
 5 	2
 6 	1
 7 	1; 3
 9 	4
 10 	3
 11 	2
 15 	1; 4; 7 
 18 	7
 20 	3
 21 	2
 22 	1
 23 	5; 9
 25 	3; 7

dove (n) è il numero totale degli SR ed (m) indica su quale uscita di SR della catena deve essere collegata la presa I2.

I criteri per lo sviluppo del generatore pseudocaotico

Illustriamo ora i criteri di sviluppo che consentono la pratica realizzazione del generatore:

• Affinché le sequenze ripetitive del GRP siano adatte al controllo dei dispositivi di correlazione è necessario che il numero degli SR sia sensibilmente superiore a $10.$

• Se la condizione sopra indicata è verificata la banda di frequenza del segnale d'uscita si estende da poche decine di Hertz fino alla massima frequenza data dalla formula:

$Fmax=0.6\cdot FcK\ \ \ \ \$ 1)

• Il numero degli stati logici $N,$ nell'ambito della sequenza è dato da:

$N=2^{n}{-}1\ \ \ \ \$ 2)

• La durata di una sequenza e data da:

$T=N/FcK\ \ \ \ \$ 3)

Realizzazione di un GRP

La realizzazione pratica di un GRP è molto semplice dato che sono disponibili circuiti integrati digitali che contengono 8 o più SR in un unico chip; l'esempio seguente mostra un GRP realizzato con questi dispositivi, vedi figura 2:

figura 2

Il circuito impiega 25 SR di cui 8 sono contenuti nell'integrato CD 4015 e 17 nell'integrato -CD 4006; la frequenza del clock e applicata direttamente al CD 4015 e dopo inversione al CD 4006 che richiede per il trasferimento dei dati un impulso di segno opposto rispetto allo SR precedente.

Il CD 4030 — COME EXCLUSIVE — OR esegue la somma logica modulo 2.

Dal circuito di figura 2 con $(n)=25$ ed $(m)=3$ si ottengono le seguenti prestazioni:

- Essendo $(n)>>10$

con $FcK=25000\ Hz$ il limite superiore della banda generata è:

$Fmax=0.6\cdot 25000\ Hz=15000\ Hz$

- Il numero delle combinazioni all'interno della sequenza è: $N=2^{25}{-}1=33554431$

- La durata della sequenza è :

$T=33554431/25000=1342\ s$

Un circuito di questo tipo può generare rumore pseudocaotico in bande di frequenza molto ampie; la limitazione in questo senso e determinata soltanto dalla velocità massima di commutazione che i circuiti integrati impiegati possono consentire.

Vista su oscilloscopio della tensione generata dal GRP

In figura 3 l'esame oscilloscopico della tensione di rumore generata dal circuito di figura 2:

figura 3

Bibliografia

• Cesare Del Turco, La correlazione , Collana scientifica ed. Moderna La Spezia,1993