Теорія аналізу та синтезу число-імпульсних функціональних перетворювачів

Размещено на http://www.allbest.ru

Національний університет “Львівська політехніка”

Максимович Володимир Миколайович

УДК 621.317:681:325

ТЕОРІЯ АНАЛІЗУ ТА СИНТЕЗУ ЧИСЛО-ІМПУЛЬСНИХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки

та систем керування

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Львів-2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант - доктор технічних наук, професор, заслужений винахідник України Дудикевич Валерій Богданович, завідувач кафедри “Захист інформації” Національного університету “Львівська політехніка”

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, професор Азаров Олексій Дмитрович, директор інституту інформаційних технологій та комп'ютерної інженерії, завідувач кафедри “Обчислювальна техніка” Вінницького національного технічного університету, м. Вінниця

доктор технічних наук, професор Сопрунюк Петро Маркіянович, завідувач відділу електричних вимірювань фізичних величин Фізико-механічного інституту НАН України, м. Львів

доктор технічних наук, професор Мичуда Зиновій Романович, професор кафедри “Комп'ютеризовані системи автоматики” Національного університету “Львівська політехніка”, м. Львів

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" (79013, Львів, вул.Професорська,1)

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н., професор Луцик Я.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одна з істотних тенденцій розвитку обчислювальних засобів, вимірювальної техніки, а також техніки формування імпульсних послідовностей і кодових сигналів, полягає в тому, що опрацювання інформації виконується в реальному масштабі часу. При цьому окремо можна виділити ті засоби, в яких використовується число-імпульсний код (ЧІК) - число-імпульсні функціональні перетворювачі (ЧІФП). До таких засобів, зокрема, відносяться перетворювачі часового інтервалу, частоти і фази в код, перетворювачі напруги і струму в код з проміжним перетворенням неперервної величини в послідовність імпульсів, деякі перетворювачі лінійних і кутових переміщень, пристрої для обробки вихідних сигналів дозиметричних детекторів, синтезатори частоти, пристрої формування сигналів заданої форми, генератори псевдовипадкових імпульсних послідовностей. Таким чином, стосовно свого призначення, ЧІФП можна поділити на дві групи: перетворювачі, що вбудовані у вимірювальний тракт і здійснюють опрацювання інформації в процесі її надходження; перетворювачі, що виконують функції формування імпульсних і кодових послідовностей. метрологічний перетворювач числовий імпульсний

Перетворення ЧІК може здійснюватись різними засобами, основними з яких є: табличні і таблично-алгоритмічні; на основі цифрових інтеграторів (ЦІ) та інших апаратних засобів опрацювання імпульсних послідовностей; програмні з використанням мікропроцесорів і мікроконтролерів. До ЧІФП, як правило, відносять другу з вищеперелічених груп.

Конкурентна спроможність ЧІФП, порівняно з табличними і таблично-алгоритмічними пристроями, полягає у тому, що їх структури простіші з точки зору кількості елементарних логічних комірок (вентилів), що використовуються, для широкого діапазону значень ЧІК.

Основною перевагою ЧІФП порівняно з програмними засобами, як і будь-яких апаратних засобів над програмними, є вища швидкодія. Окрім того, ЧІФП мають певні переваги при роботі з даними, що надходять з багатьох каналів.

Що стосується технологічного забезпечення ЧІФП, їх конкурентна спроможність спричинена можливістю реалізації їх структур на програмованих логічних інтегральних схемах (ПЛІС).

Розвиток ЧІФП, стосовно покращення їх характеристик, відбувається в напрямках: розширення їх функціональних можливостей, підвищення точності і швидкодії, розширення динамічного діапазону ЧІК. Розвиток ЧІФП, стосовно методів і засобів їх реалізації, забезпечується: пошуком нових алгоритмів, що лежать в основі їх функціонування; створенням нових базових структурних елементів; поєднанням структур ЧІФП із структурами запам'ятовуючих пристроїв; розробленням конвеєрних і реверсивних структур.

Характеристики ЧІФП на основі ЦІ можуть бути істотно покращені за рахунок введення в їх структури імпульсних зворотних зв'язків. Однак, при цьому виникають проблеми, пов'язані із звуженням динамічного діапазону по вхідному ЧІК, що спричиняє необхідність пошуку нових принципів організації їх структур і розроблення комплексних критеріїв оцінки їх ефективності.

Перед розробниками ЧІФП, як і інших складових вимірювальних чи іншого призначення пристроїв, постає задача створення перетворювачів, характеристики яких дозволили б отримати пристрій із наперед заданими параметрами. У зв'язку з цим, ЧІФП не можна розглядати окремо від технічного середовища (наприклад, вимірювального каналу), в якому він знаходиться.

Функціональне перетворення ЧІК може здійснюватись різними засобами із залученням різних технологій їх реалізації. З огляду на це необхідно оцінювати не тільки їх метрологічні характеристики, але й складність побудови (технологічну доцільність), яка так само визначає конкурентну спроможність того чи іншого типу ЧІФП.

Дослідження похибок перетворення ЧІФП може здійснюватись двома методами: аналітичним та за допомогою імітаційного моделювання. Останній ефективно використовується для динамічних режимів роботи пристроїв, при яких в процесі перетворення відбувається зміна керуючих кодів інтеграторів. Однак, для статичних режимів роботи, цей метод прийнятний тільки для відносно невеликої кількості розрядів. У зв'язку з цим були розроблені аналітичні методи знаходження поточних і екстремальних похибок перетворення, які, проте, не є універсальними, оскільки не вирішують усього різноманіття існуючих задач.

Окремою проблемою побудови ЧІФП є створення універсальних перетворювачів, які б могли працювати в різних системах числення, перш за все у двійковій і двійково-десятковій, і оперативно переключатись із реалізації однієї функції на іншу. В напрямку створення таких пристроїв, які можна віднести до число-імпульсних процесорів, зроблено лише перші кроки.

До ЧІФП, що виконують функцію формування імпульсних послідовностей, можна також віднести генератори пуассонівських імпульсних послідовностей (ГПІП). При проектуванні ГПІП існує низка невирішених задач, що пов'язані з оптимізацією їх структури для забезпечення заданих статичних і статистичних характеристик. З цією метою необхідно також вирішити задачі, пов'язані з оцінкою якості ГПІП.

На даний час основними недоліками ЧІФП, теорії їх синтезу і аналізу є: відсутність теорії комплексної оцінки метрологічних і технологічних параметрів ЧІФП; недосконалість теорії синтезу ЧІФП з урахуванням нових методів і засобів їх реалізації, зокрема, з урахуванням структур ЧІФП із змінною розрядністю; обмежені можливості аналітичних методів оцінки похибок перетворення ЧІФП для статичних режимів роботи; відсутність, для багатьох функціональних залежностей, широкодіапазонних ЧІФП, в яких швидкодія і точність відповідають комплексним показникам якості, зокрема, логарифмічних перетворювачів із заданою основою логарифма, обернено пропорційних перетворювачів і ін.; відсутність універсальних багатофункціональних ЧІФП; недосконалість методів оцінки якості ГПІП, призначених для оптимізації їх структур з метою забезпечення заданих статичних і статистичних характеристик.

У зв'язку із вищенаведеним, розроблення нових принципів, методів і засобів число-імпульсного функціонального перетворення з комплексним покращенням технічних характеристик перетворювачів і з розвитком відповідної теорії аналізу і синтезу, яким присвячена дана дисертаційна робота, є актуальною проблемою, розв'язання якої має важливе значення як для науки, так і для виробництва, оскільки сприяє вдосконаленню відомих і появі нових високоефективних засобів, систем і технологій автоматизації, вимірювань, збору і обробки інформації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках держбюджетних науково-дослідних робіт за планом Міністерства освіти і науки України: “Швидкодіючі перетворювачі інформації для вимірювальних приладів і систем” (1996-1997 р. № держ. реєстр. 0196U000181); “Високоточні перетворювачі інформації для вимірювальних приладів і систем” (1998-1999 р. № держ. реєстр. 0198U002350); “Методи аналізу, синтезу, математичного та фізичного моделювання перетворювачів інформації для вимірювальних приладів і систем” (2000-2001 р. № держ. реєстр. 0100U000482); “Проблемно-орієнтовані перетворювачі інформації” (2002-2003 р. № держ. реєстр. 0102U001206); “Теоретичні засади створення швидкодіючих проблемно-орієнтованих перетворювачів інформації” (2004-2005 р. № держ. реєстр. 0104U002296); “Розвиток теорії аналізу і синтезу проблемно-орієнтованих перетворювачів інформації” (2006 р. № держ. реєстр. 0106U001343).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розроблення теорії аналізу і синтезу число-імпульсних функціональних перетворювачів з покращеними характеристиками.

У відповідності до поставленої мети завданнями дослідження були:

· Аналіз принципів побудови існуючих ЧІФП, дослідження методів аналізу їх характеристик і синтезу їх структур.

· Удосконалення критеріїв комплексної оцінки метрологічних характеристик ЧІФП.

· Створення критеріїв оцінки технологічної доцільності реалізації ЧІФП.

· Створення теорії синтезу структур перетворювачів із змінною розрядністю, як таких, що забезпечують найефективніше розширення динамічного діапазону за вхідним ЧІК, а також пристроїв із змінною розрядністю, що працюють і формують результат у двійково-десятковому коді.

· Розроблення, на основі нових принципів організації структур ЧІФП, перетворювачів з покращеними метрологічними характеристиками, зокрема, логарифмічних перетворювачів із заданою основою логарифму.

· Подальший розвиток методів аналітичного дослідження точності ЧІФП в статичному режимі їх роботи.

· Удосконалення методів дослідження швидкодії ЧІФП.

· Удосконалення критеріїв оцінки якості ГПІП і розроблення структур, що відповідають цим критеріям.

· Розроблення, на основі нових принципів побудови структур ЧІФП, універсального число-імпульсного процесора.

· Розроблення нових високоефективних апаратних засобів для побудови пристроїв вимірювання частотно-часових параметрів сигналів і пристроїв для опрацювання вихідних імпульсних потоків дозиметричних детекторів.

· Створення нових швидкодіючих структур дворівневих синтезаторів частоти з розширеними функціональними можливостями.

Об'єкт дослідження - процес функціонального перетворення інформації, що має форму число-імпульсного коду.

Предмет дослідження - принципи, методи та засоби число-імпульсного функціонального перетворення з покращеними метрологічними характеристиками.

Методи досліджень. З метою удосконалення комплексних критеріїв метрологічної доцільності використання ЧІФП, в роботі використані теоретичні основи інформаційно-вимірювальної техніки. Для розвитку теорії синтезу ЧІФП використані методи розв'язування систем диференціальних рівнянь. В розділі, що стосується створення нових структур ЧІФП із змінною розрядністю, використані методики синтезу цифрових автоматів. При аналізі похибок перетворювачів в статичних режимах їх роботи були застосовані основи математичної теорії множин, а при створенні критеріїв оцінки якості ГПІП - методи теорії математичної статистики.

Результати теоретичних досліджень перевірялись за допомогою імітаційного моделювання, за допомогою системи автоматизованого проектування ПЛІС, а також при реалізації конкретних пристроїв.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Вперше створено теорію синтезу ЧІФП із змінною розрядністю, що можуть працювати в двох системах числення, як таких, що забезпечують найефективніше розширення динамічного діапазону по вхідному ЧІК.

2. Отримали подальший розвиток методи комплексної оцінки метрологічної і технологічної доцільності використання ЧІФП: в складі вимірювального каналу; при порівнянні різних типів ЧІФП; при кількісній оцінці метрологічних втрат, що виникають при застосуванні певного типу ЧІФП порівняно з найбільш ефективними, стосовно швидкодії і точності, засобами перетворення.

3. На основі запропонованих нових принципів побудови структур ЧІФП вперше реалізовані: логарифмічні перетворювачі із змінною розрядністю і змінною основою логарифма, що можуть працювати як у двійковій, так і у двійково-десятковій системах числення і відрізняються від відомих покращеними метрологічними характеристиками.

4. Удосконалено методи аналізу похибок перетворення цифрових інтеграторів з послідовним переносом і з імпульсними зворотними зв'язками (ІЗЗ), в результаті чого отримано вирази для екстремальних значень похибок при будь-якій скінченній кількості їх двійкових розрядів.

5. Дістали подальший розвиток методи аналізу поточних та екстремальних похибок цифрових інтеграторів з паралельним переносом і з ІЗЗ, що ґрунтуються на розбитті множини значень вхідного і проміжних ЧІК на певні підмножини, і отримано відповідні аналітичні залежності.

6. Запропоновано методику оцінки якості ГПІП, що ґрунтується на відборі і групуванні перевірочних тестів і дозволяє визначати статичні і статистичні характеристики генераторів.

7. Удосконалено методику проектування ГПІП, на основі генераторів М-послідовностей і лінійних конгруентних генераторів, з метою оптимізації їх структур на відповідність заданим критеріям якості.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

– нові підходи до синтезу структур ЧІФП дозволили розробити універсальний число-імпульсний процесор, в якому переналагодження з однієї функції на іншу відбувається за допомогою програмування внутрішніх зв'язків;

– на основі запропонованих методів синтезовано ЧІФП з покращеними характеристиками, що можуть ефективно використовуватись в обчислювальних засобах, вимірювальній техніці та техніці формування імпульсних послідовностей;

– на основі ЧІФП для реалізації обернено-пропорційного перетворювача створено і досліджено структуру низькочастотного частотоміра з розширеним діапазоном;

– на основі нових ЧІФП створено апаратні засоби для компенсації мертвого часу дозиметричних детекторів, лінеаризації їх енергетичної характеристики, автоматичного вибору часу вимірювання потужності експозиційної дози і масштабування вимірюваної величини;

– розроблені ГПІП дозволили створити моделі дозиметричних детекторів з мертвим часом непродовжуючого типу, що можуть бути використані в процесах налагодження і перевірки дозиметрів, які, таким чином, можуть проводитись без джерел іонізаційного випромінювання;

– віртуальні моделі ГПІП дозволяють ефективно досліджувати статистичні характеристики дозиметрів різних типів;

– на основі нових базових елементів ЧІФП створено швидкодіючий конвеєрний дворівневий синтезатор частоти з розширеними функціональними можливостями.

За участю автора (відповідальний виконавець) виконані та впроваджені НДР:

№ 6514, ВО “Оріон”, Тернопіль, “Розробка науково методичних та технічних пропозицій для реалізації радіологічних вимірювань” (№ держ. реєстр. 0198U002332);

№ 6081, НДІ мікроприладів, Київ, “Проектування та логічне моделювання функціональних базових елементів та ВІС число-імпульсного функціонального процесора (ЧІФП) на основі БМК ХМЗ” (№ держ. реєстр. 0195U014393).

Під керівництвом і за участю автора розроблені та впроваджені:

імпульсний функціональний процесор, розробку якого здійснено в межах ДКР “Реконверсія-2” у Львівському НДРТІ;

цифрові блоки радіометра-дозиметра гамма-бета випромінювань РКС-01 “СТОРА”, дозиметра-радіометра гамма-бета випромінювань ДКС-01М “СЕЛВІС”, дозиметра-радіометра гамма-бета випромінювань пошукового МКС-07 “ПОШУК”, дозиметра-радіометра універсального “МКС-У”, що випускаються на ПП “НВПП “Спаринг-Віст Центр” (м. Львів);

програмні і апаратні засоби імітації вихідних сигналів дозиметричних детекторів (ПП “НВПП “Спаринг-Віст Центр”).

Матеріали дисертації використовувались в навчальному процесі кафедр “Автоматика та телемеханіка” і “Захист інформації” Національного університету “Львівська політехніка” в курсах “Обчислювальна техніка” та “Захист інформації від несанкціонованого доступу в АСОД”, дипломному проектуванні, магістерських роботах та дослідженнях аспірантів.

Особистий внесок здобувача. Усі основні наукові результати отримано автором самостійно. У роботах, що опубліковані у співавторстві, дисертанту належать постановка задач, концепції та принципи побудови, основні математичні викладки, розробка математичних моделей і аналіз результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати виконаних у дисертації досліджень доповідались і обговорювались на 17 міжнародних і республіканських науково-технічних конференціях, симпозіумах і семінарах.

Публікації результатів досліджень. За темою дисертації опубліковано понад 50 наукових праць, у тому числі 32 статті у фахових виданнях (з них 4 одноосібних), 4 патенти України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел з 257 найменувань і додатків, викладена на 342 сторінках друкованого тексту, містить 289 сторінок основного тексту, 139 рисунків, 19 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі відображено актуальність проблеми, обґрунтовано мету та основні задачі дослідження. Показано зв'язок роботи із науковими програмами, планами, темами. Сформульовано наукову новизну отриманих результатів та їх практичне значення. Наводяться дані про особистий внесок здобувача, апробацію роботи та публікації.

В першому розділі подано класифікацію ЧІФП ї їх основні характеристики. Показано, що важливим є поділ ЧІФП на вимірювальні і формуючі перетворювачі, оскільки від цього істотно залежить вибір методів їх аналізу і синтезу. Це пояснюється тим, що метрологічні характеристики вимірювальних ЧІФП повинні бути, в-першу чергу, співставленні з характеристиками інших вузлів вимірювального тракту, а характеристики формуючих ЧІФП - з вимогами до параметрів сигналів, генераторами яких вони є за своєю суттю.

Перетворення ЧІК може здійснюватись як апаратними так і програмними засобами (з використанням мікроконтролерів чи мікропроцесорів). Останні складно віднести до ЧІФП, оскільки вони є універсальними обчислювальними засобами, в яких опрацювання вхідних даних, навіть якщо воно здійснюється за алгоритмами, аналогічними до процедур в апаратних засобах, реалізується на основі універсальних структур, що мають значну надлишковість відносно відтворюваної функції. Остання обставина зумовлює також істотну перевагу апаратних засобів опрацювання ЧІК над програмними за швидкодією.

Серед апаратних засобів число-імпульсного перетворення в окрему групу слід виділити табличні і таблично-алгоритмічні. Такі засоби знаходять дедалі ширше застосування завдяки швидкому розвитку технологій, що дозволяють збільшувати кількість запам'ятовуючих елементів в одиниці об'єму кристала. Табличні перетворювачі також не слід відносити безпосередньо до класу ЧІФП, враховуючи той факт, що в них спочатку формується паралельний код адреси, після чого з пам'яті вибираються необхідні дані. Однак, табличні перетворювачі є хорошим аналогом, з яким необхідно проводити комплексне порівняння технічних характеристик ЧІФП, підтверджуючи чи ні, таким чином, конкурентну спроможність останніх.

До ЧІФП безпосередньо відносяться пристрої на основі ЦІ: з паралельним переносом - на базі нагромаджувальних суматорів (НС) і з послідовним переносом - на базі двійкових помножувачів (ДП). В таких пристроях задана функціональна залежність є результатом розв'язку диференціального рівняння чи системи диференціальних рівнянь. До цифрових інтеграторів слід також віднести пристрої на основі НС чи ДП, в яких використовуються елементи пам'яті. Таке поєднання, в багатьох випадках, дозволяє досягати комплексного покращення характеристик пристроїв.

Покращенню характеристик ЧІФП на ЦІ істотно сприяла поява ЧІФП з імпульсними зворотними зв'язками. В основі принципу функціонування ЧІФП з ІЗЗ є модифікована система рівнянь Шеннона.

Порівняно із класичною системою, завдяки введенню операції ділення, можна зменшити кількість породжуючих рівнянь і, таким чином, спростити структури пристроїв і зменшити похибку перетворення за рахунок зменшення кількості вузлів обробки інформації. Однак, реалізація багатьох функціональних залежностей на основі ЧІФП з ІЗЗ супроводжується виникненням низки проблем, пов'язаних, в-першу чергу, із суперечливістю між їх основними характеристиками - спроба покращити одну з них при проектуванні ЧІФП, звичайно, приводить до зміни (часто погіршення) інших. Наприклад, в ЧІФП, в яких використовується додатний імпульсний зворотний зв'язок (ДЗЗ), підвищення точності досягається за рахунок зменшення швидкодії, а введення в ЧІФП від'ємного імпульсного зворотного зв'язку (ВЗЗ) дозволяє досягти вищої швидкодії, порівняно з пристроями із ДЗЗ, при звуженні динамічного діапазону.

Протиріччя такого характеру вирішуються шляхом створення досконаліших структур, зокрема, структур із змінною розрядністю. Останній принцип побудови перетворювачів був використаний тільки для реалізації окремих функцій і, отже, існує необхідність в його удосконаленні, розширенні і узагальненні.

Протиріччя, що існують між основними метрологічними характеристиками ЧІФП, зумовлюють необхідність розроблення комплексних критеріїв оцінки їх ефективності. Враховуючи те, що в більшості вимірювальних перетворювачах джерелом формування ЧІК є пристрій, в якому відбувається квантування певної фізичної величини, в основу створення комплексного критерію метрологічної доцільності може бути покладено зіставлення похибки перетворення ЧІФП з трансформованою похибкою квантування, тобто, представлення загальної абсолютної похибки перетворювача і пристрою для квантування у вигляді суми.

Включення до такого критерію двох інших основних метрологічних характеристик перетворювачів - швидкодії і діапазону перетворень, дозволить істотно його удосконалити і, отже, є на цей час актуальною задачею. З огляду на те, що функціональне перетворення може здійснюватись різними засобами, актуальною є також задача поєднання метрологічних і технологічних критеріїв доцільності використання ЧІФП, останні з яких дозволять визначити конкурентну спроможність структур перетворювачів з точки зору їх реалізації на сучасній технологічній базі.

Введення в практику проектування ЧІФП нових високоефективних принципів організації їх структур, зокрема принципу змінної розрядності, спричиняє необхідність відповідного розвитку теорії їх синтезу. Окрім цього, існує необхідність введення в методику синтезу критеріїв метрологічної і технологічної доцільності використання ЧІФП.

Методи визначення похибок перетворення ЧІФП на базі ЦІ істотно залежать від режиму їх роботи - статичного, при якому керуючі коди ЦІ є незмінними, чи динамічного, при якому ці коди змінюються. При аналізі похибок перетворення пристроїв, що працюють в динамічному режимі, найбільш ефективним є імітаційне моделювання, з допомогою якого можуть бути визначені як поточні так і екстремальні значення похибок в достатньо широкому діапазоні значень вхідного ЧІК. Імітаційне моделювання може бути використано також для аналізу точності перетворювачів, що працюють в статичному режимі, кількість розрядів яких відносно невелика. Це пояснюється тим, що із збільшенням кількості двійкових розрядів ЧІФП на одиницю, машинний час, необхідний для аналізу усіх можливих станів пристрою, збільшується в чотири рази. У зв'язку з цим, розробляються аналітичні методи дослідження і в цьому напрямку були отримані певні результати.

Поточні і екстремальні похибки ДП, працюючих у двійковому коді, були визначені на початку їх використання. Значно пізніше були виведені рівняння для оцінки точності ДП, при їх роботі у двійково-десятковому коді, і ДП з ІЗЗ. Причому для останніх були знайдені вирази, що дозволяють оцінювати їх екстремальні похибки для обмеженої кількості розрядів. Отже, актуальною залишається задача визначення точності ДП з ВЗЗ і ДП з ДЗЗ для довільної, в розумних межах, кількості двійкових розрядів.

На цей час досліджені поточні і екстремальні похибки двійкових НС і екстремальні похибки двійкових НС з ВЗЗ і з ДЗЗ. Однак, актуальною залишається задача визначення поточних похибок НС з ВЗЗ і з ДЗЗ, а також задача визначення екстремальних похибок двійково-десяткового НС без ІЗЗ, з ВЗЗ і з ДЗЗ.

Вибір форми вихідного коду перетворювачів диктується їх призначенням. При цьому в особливу групу можна виділити ЧІФП, що формують псевдовипадкові паралельні коди і псевдовипадкові імпульсні послідовності. Ми пропонуємо віднести такі пристрої до класу ЧІФП з наступних причин. По-перше, їх вхідним сигналом є, як правило, рівномірна імпульсна послідовність, тобто ЧІК і, таким чином, значення їх вихідних сигналів (псевдовипадкових чисел чи кількості вихідних імпульсів за певний проміжок часу) можна розглядати як функцію останнього. По-друге, апаратні засоби реалізації таких перетворювачів, в багатьох випадках, подібні до цифрових аналогів, зокрема, вони можуть бути побудовані на основі ЦІ. До пристроїв формування псевдовипадкових імпульсних послідовностей відносяться ГПІП, що широко використовуються у вимірювальній техніці, зокрема, для імітації вихідних сигналів дозиметричних детекторів. ГПІП, як правило, будуються на основі генераторів псевдовипадкових чисел (ГПЧ). На цей час не існує достатньо чітких рекомендацій щодо вибору оптимальної групи тестів для оцінки якості ГПІП. Залишаються недослідженими також різні варіанти побудови ГПЧ з точки зору забезпечення заданих статичних і статистичних характеристик вихідного імпульсного потоку ГПІП.

У другому розділі розкривається загальна концепція створення критеріїв метрологічної і технологічної доцільності використання ЧІФП в складі вимірювальних і формуючих пристроїв. Показано, що при проектуванні вимірювального пристрою, в склад якого входить ЧІФП, можна виділити два підходи: частота квантування вибирається виходячи з необхідності забезпечення заданої точності вимірювального пристрою без врахування можливостей конкретного ЧІФП, маючи на увазі, що потрібно підібрати (розробити) перетворювач з параметрами, що відповідають поставленій задачі; частота квантування вибирається виходячи з необхідності забезпечення максимально можливої точності вимірювального пристрою відштовхуючись від можливостей ЧІФП.

В першому випадку необхідно спочатку визначити чи задовольняє ЧІФП поставленим вимогам за швидкодією і діапазоном перетворення. Якщо так, тоді порівняти похибку його перетворення з похибкою квантування у всьому діапазоні. Для такого порівняння нами був запропонований аналітичний підхід, що базується на визначені коефіцієнта метрологічної доцільності.

Поряд з похибкою, яка є похибкою самого ЧІФП, будемо розглядати похибки формування аргументів, що зумовлюють трансформовані похибки ЧІФП. Ці похибки можуть бути визначені: окремо для кожного з аргументів (при фіксованих значеннях усіх інших аргументів); комплексно по усіх аргументах чи для їх окремих груп. Більшість ЧІФП функціонують з одним вхідним ЧІК і часто з одним чи кількома паралельними кодами, які, як правило, є результатом квантування певної фізичної величини. В роботі, на прикладі перетворювача з одним вхідним ЧІК і одним вхідним паралельним кодом, що є результатами квантування часових інтервалів, показано, що загальну похибку ЧІФП і пристроїв квантування можна представити у вигляді дискретної багатозначної функції.

У відповідності до запропонованого підходу, як коефіцієнт метрологічної доцільності використання ЧІФП, запропоновано відношення.

Значення , які повинні розглядатись у всьому діапазоні значень n і y, визначають ступінь співмірності похибки перетворення ЧІФП і екстремальних значень трансформованої похибки квантування. Можна вважати, що при значеннях , менших чи близьких до одиниці, перетворювач відповідає критерію метрологічної доцільності використання ЧІФП. Однак, у випадку коли ці значення набагато менші одиниці, ЧІФП має значну надлишковість за точністю, що, як правило, не є доцільним, виходячи з наступних міркувань. По-перше, якщо і , то загальна похибка пристроїв для квантування і ЧІФП, як показує аналіз співвідношень (7), буде в основному визначатись значеннями трансформованої похибки квантування і мало залежатиме від точності перетворювача. По-друге, збільшення точності ЧІФП, як правило, супроводжується його ускладненням, що в даному випадку є не виправданим.

У випадку оцінювання роботи перетворювача тільки за одним ЧІК коефіцієнт метрологічної доцільності визначається одним з виразів.

В роботі розглянуто другий важливий випадок, що виникає при проектуванні вимірювального пристрою, до складу якого входить ЧІФП. При цьому, як було зазначено вище, частота квантування вибирається виходячи з необхідності забезпечення максимально можливої точності пристрою відштовхуючись від можливостей ЧІФП. Це фактично означає, що точність і швидкодія перетворювачів повинні розглядатись комплексно. Показано, що в цьому випадку екстремальні значення загальної похибки можуть бути представлені, як дискретні функції від .

Доведено, що запропонований аналітичний підхід дозволяє: визначати похибки перетворення у вимірювальному каналі, до складу якого входять пристрій для квантування і ЧІФП, при різних частотах квантування; порівнювати різні ЧІФП з комплексним урахуванням їх точності і швидкодії; кількісно оцінювати метрологічні втрати, що виникають при застосуванні певного типу ЧІФП, порівняно з найефективнішими, стосовно швидкодії і точності, засобами перетворення.

Стосовно останнього способу використання запропонованого підходу слід зауважити, що найбільш швидкодіючі і точні перетворювачі, до яких, зокрема, належать табличні перетворювачі, поступаються деяким іншим типам ЧІФП за складністю побудови, якщо опрацювання ЧІК здійснюється в широкому динамічному діапазоні. Отже, існує необхідність поряд з критеріями метрологічної доцільності використання ЧІФП розглядати критерії технологічної доцільності їх реалізації.

Технологічна доцільність реалізації цифрових пристроїв може визначатись показниками, що характеризують кількість елементів різних типів, необхідних для їх побудови, залежно від основних метрологічних характеристик. Найефективнішим засобом реалізації ЧІФП, як і багатьох інших типів цифрових пристроїв, є ПЛІС. В склад ПЛІС входять блоки різного призначення, основними з яких є тригерно-логічні блоки і елементи пам'яті, що дозволяє створювати на їх основі різні цифрові пристрої. Об'єм обладнання перетворювачів ЧІК напряму залежить від їх основних метрологічних характеристик. При розширенні динамічного діапазону, підвищенні точності чи збільшенні швидкодії, складність ЧІФП збільшується. У зв'язку з цим доцільно визначати складність ЧІФП залежно від їх динамічного діапазону при фіксованих (заданих) інших метрологічних характеристиках, комплексний аналіз яких, на відповідність метрологічним критеріям доцільності, наведений вище.

В роботі запропоновано загальний підхід і наведено приклад порівняльного аналізу складності побудови двох типів перетворювачів: на базі НС з ІЗЗ, що працює за принципом змінної розрядності, і перетворювача на базі ПЗП. Обидва пристрої реалізують однакову функцію (обернено пропорційне перетворення) і забезпечують приблизно однакову точність в тих самих діапазонах вхідного ЧІК. Деякі результати такого аналізу зображені на рис. 1, де a1 і a2 - кількість елементів пам'яті і тригерно-логічних блоків пристрою на базі ПЗП, b1 і b2 - відповідні кількості для пристрою на базі НС, що необхідні для забезпечення перетворення в діапазоні 0 - n_max значень вхідного ЧІК. Кількість елементів пам'яті пристрою на базі ПЗП, на відміну від пристрою на базі НС, стрімко зростає із збільшенням діапазону ЧІК, що свідчить про істотні технологічні переваги синтезованих в роботі пристроїв.

Третій розділ присвячено розвитку теорії синтезу ЧІФП. В ньому розроблено теорію синтезу ЧІФП із змінною розрядністю, що можуть працювати в двох системах числення - двійковій і двійково-десятковій, як таких, що забезпечують найефективніше розширення динамічного діапазону за вхідним ЧІК.

В результаті виконаних досліджень була запропонована наступна послідовність синтезу перетворювачів, що працюють у двійковому коді: синтез ЧІФП із фіксованою розрядністю; визначення піддіапазонів ЧІК, що відповідають фіксованим значенням кількості розрядів ЧІФП; визначення для кожного із піддіапазонів ЧІК початкових станів структурних елементів, при яких забезпечується найвища точність перетворення; оцінка ЧІФП на відповідність певним критеріям стосовно зовнішнього технічного середовища, наприклад, на відповідність критеріям метрологічної доцільності використання ЧІФП для вимірювальних перетворювачів; побудова блоку керування розрядністю; визначення і побудова структурних елементів ЧІФП, що мають в процесі роботи змінювати кількість задіяних розрядів; визначення ваг розрядів коду результату і, при необхідності, побудова блоку формування результату; побудова структури ЧІФП в цілому; оцінка швидкодії і технологічної доцільності пристрою. При реалізації запропонованої методики повинна враховуватись багатоваріантність синтезу ЧІФП з фіксованою розрядністю, що зумовлено можливістю розкладу породжуючих рівнянь в систему рівнянь Шеннона чи модифіковану систему рівнянь (1), а також можливістю використання різних базових пристроїв для реалізації ЦІ.

Вибір структури з фіксованою розрядністю, для реалізації наступної процедури синтезу пристрою із змінною розрядністю, повинен ґрунтуватись на забезпеченні кращих метрологічних характеристик, для чого можуть бути використані методи порівняння характеристик різних ЧІФП з комплексним урахуванням їх точності і швидкодії, що наведені у попередньому розділі даної роботи. На цьому етапі, при визначенні швидкодії необхідно враховувати лише структурні особливості введення ІЗЗ, оскільки остаточне визначення швидкодії можливе лише після синтезу окремих вузлів перетворювача із змінною розрядністю і побудови його принципової схеми в цілому. Під структурними особливостями введення ІЗЗ слід, в-першу чергу, розуміти число імпульсів зворотного зв'язку, спричинене одним вхідним імпульсом інтегратора.

При синтезі, структури із змінною розрядністю, на основі структури з фіксованою розрядністю, необхідно створити ЧІФП, який у кожному із піддіапазонів вхідного ЧІК, працює ідентично до структур з фіксованою розрядністю при і тим самим забезпечує реалізацію заданої функції в діапазоні , де m - максимальна кількість розрядів основних структурних елементів пристрою. При цьому перетворення повинно відбуватись без будь-яких втрат точності, при мінімальних втратах швидкодії і складності. Іншими словами, необхідно сумістити в одній структурі із змінною розрядністю m структур з фіксованою розрядністю, побудованих для . Для реалізації такого суміщення необхідно, виходячи з логіки функціонування перетворювача, визначити структурні елементи, що мають змінювати свою розрядність, синтезувати їх схеми і спроектувати відповідний пристрій керування. Останній повинен формувати на своїх виходах сигнали, значення яких залежать від того, в якому із піддіапазонів працює пристрій.

Виконані дослідження показали, що пристрій керування і базові блоки ЦІ - НС і ДП, для більшості ЧІФП із змінною розрядністю, що реалізують різні функціональні залежності, можуть бути універсальними. На рис. 2 подано один із розроблених варіантів НС із змінною розрядністю, до складу якого входять лічильник Лч, комбінаційний суматор КС і регістр Рг. В структурі ефект зміни розрядності досягається за рахунок фіксації в одиничному стані (m-s) старших розрядів Рг - , кількість яких визначається залежно від значення s за допомогою коду D, що надходить на входи установлення тригерів регістра з виходів пристрою керування.

В роботі доведено, що з метою забезпечення оптимальних метрологічних і технологічних характеристик перетворювачів, синтез двійково-десяткових ЧІФП із змінною розрядністю може ґрунтуватись на використанні наступних принципів: основні структурні елементи перетворювачів працюють в двійково-десятковому коді; у кожному із піддіапазонів вхідного ЧІК в роботі перетворювача може бути задіяна певна кількість повних декад і певна кількість розрядів старшої декади основних структурних елементів; результат формується у двійково-десятковому коді за рахунок введення в процес перетворення коректуючих коефіцієнтів. Послідовність кроків синтезу є такою ж, як і для двійкових перетворювачів із змінною розрядністю. Як базові можуть використовуватись ті самі блоки із змінною розрядністю, один з яких поданий на рис. 2.

Принципи, закладені в основу синтезу структур із змінною розрядністю, що працюють у двійково-десятковому коді, дозволяють на цій основі створювати перетворювачі, що можуть функціонувати в двох системах числення - двійковій і двійково-десятковій, переключаючись з одного режиму на інший за допомогою нескладних структурних змін. Це досягається завдяки певній універсальності таких пристроїв, що поєднують в собі переваги ЧІФП на цифрових інтеграторах і перетворювачів на основі запам'ятовуючих елементів. Методика синтезу даних ЧІФП практично повторює методику синтезу двійково-десяткових пристроїв, з урахуванням наступних відмінностей і обставин: основні структурні елементи пристроїв, до яких перш за все відносяться лічильники і комбінаційні суматори, повинні працювати в двох режимах - двійковому і двійково-десятковому; зміна кількості розрядів в обох системах числення відбувається однаково на рівні двійкових розрядів; пристрій керування розрядністю має незмінну структуру для обох систем числення; для кожної із систем числення необхідно формувати свої значення коректуючих кодів.

Для формування коректуючих кодів доцільно використовувати ПЗП невеликого об'єму. Метрологічна і технологічна ефективність такого підходу підтверджується тим, що чисельні ЧІФП, синтезовані за даною методикою, переважають існуючі перетворювачі за своїми характеристиками.

В четвертому розділі подано результати синтезу структур ЧІФП, що ґрунтуються на нових принципах їх побудови: розширенні динамічного діапазону за вхідним ЧІК за рахунок зміни кількості задіяних розрядів; можливості роботи в двох системах числення за рахунок введення коректуючих коефіцієнтів. Розглянуто різні варіанти побудови перетворювачів для реалізації функцій: натурального логарифма, логарифма з довільною заданою основою, обернено пропорційної, кореня квадратного, ділення ЧІК на паралельний код.

З використанням узагальнених критеріїв метрологічної доцільності ЧІФП, вирішено задачі порівняльного аналізу пристроїв, побудованих на базі НС чи ДП, а також пристроїв, в яких використовуються ВЗЗ чи ДЗЗ. Доведено, що пристрої на базі НС істотно переважають пристрої на базі ДП за точністю перетворення, про що свідчать екстремальні (за піддіапазонами роботи пристроїв із змінною розрядністю) значення коефіцієнта метрологічної доцільності використання ЧІФП , як функції від кількості задіяних розрядів s, що наведені на рис. 3 і 4 для логарифмічного перетворювача. Доведено також, що пристрої, в яких використовується ВЗЗ чи ДЗЗ, близькі за цим показником (рис. 3, 4). Ці висновки відносяться практично до усіх арифметичних, елементарних та інших функцій, що можуть бути реалізовані на ЦІ.

Для більшості функцій, розглянутих в даному розділі, синтезовано перетворювачі із змінною розрядністю, що можуть працювати як у двійковій так і у двійково-десятковій системах числення. На рис. 5. наведений типовий приклад такого перетворювача для реалізації функції логарифма із заданою основою.

При роботі у двійковій системі числення лічильник Лч і комбінаційний суматор КС1 - КС3 працюють в двійковому коді. На виході схеми віднімання СВ, формуються імпульси, кількість яких в діапазоні визначається рівнянням

ЧІП функціонує як НС з ДЗЗ. Кількість імпульсів на його виході дорівнює

де і - кількість двійкових розрядів і керуючий код ЧІП. На виходах ПК2 і ПЗП в двійковому коді формуються числа:

КС2 і Рг2 складають НС. На виходах Рг2, якщо вважати, що вага його молодшого розряду дорівнює , формується добуток:

На основі рівнянь (15) - (19) можна зробити висновок, що пристрій реалізує функцію в діапазоні .

При роботі у двійковій системі числення і реалізації функції десяткового логарифму ЧІП функціонує як НС з імпульсним виходом, кількість імпульсів на виході якого визначається виразом:

На виходах ПК2 і ПЗП формуються двійкові коди відповідно до рівняння (17) і рівняння:

На виході Рг2 фіксується число:

Отже, як випливає з (15), (17), (20) - (22), пристрій реалізує функцію в діапазоні .

При роботі у двійково-десятковій системі числення лічильник Лч і комбінаційний суматор КС1 працюють у відповідному коді. Фіксація кількості розрядів КС1, задіяних в роботі перетворювача, відбувається за допомогою вихідного коду перетворювача ПК1 в наступних піддіапазонах вхідного ЧІК n:

Доведено, що такий принцип вибору піддіапазонів забезпечує найменші похибки перетворення.

У кожному із піддіапазонів (23) КС1 і Рг1 функціонують як НС, ємність якого становить . На виході СВ формуються імпульси, кількість яких у кожному із піддіапазонів (23) становить

де - значення n, що відповідають початку цих піддіапазонів. При реалізації функції двійкового логарифма перетворювач ЧІП функціонує як НС з ДЗЗ. Отже, при відповідному виборі значення керуючого коду, кількість імпульсів на його виході буде визначатись рівнянням:

Комбінаційні суматори КС2 і КС3, в даному випадку, працюють у двійково-десятковому коді. Так само у двійково-десятовому коді на виходах перетворювача ПК2 і ПЗП, формуються числа:

де r - кількість декад Лч, КС1 і Рг1.

На виходах Рг2, якщо вважати, що вага молодшої декади дорівнює , формується добуток:

Враховуючи, що результат перетворення формується на виході КС3 як сума чисел і , з урахуванням виразів (24)-(28), отримаємо.

При роботі у двійково-десятковій системі числення і реалізації функції десяткового логарифма ЧІП функціонує як НС з імпульсним виходом. Кількість імпульсів на його виході, при відповідному підборі значення керуючого коду, визначається виразом:

На виходах ПК2 і ПЗП, фіксуються числа згідно рівняння (26) і рівняння:

На виходах Рг2 формується добуток:

Отже, на основі виразів (24), (26), (29)-(31), отримаємо.

В роботі доведено, що представлений на рис. 5 ЧІФП, як і інші перетворювачі, розглянуті в даному розділі, мають високі метрологічні характеристики, про що, зокрема, свідчать значення коефіцієнта метрологічної доцільності їх використання, які є близькими до одиниці в широкому діапазоні значень ЧІК.

Найбільш універсальними можна вважати ЧІФП, динамічний діапазон яких визначається тільки кількістю розрядів їх структурних елементів і може мати будь-яке задане скінченне значення. Такі пристрої, із задовільною швидкодією, можуть бути реалізовані кількома способами, основними з яких є: використання принципу змінної розрядності; використання двійкових дільників (ДД) для переключення піддіапазонів. В роботі виконаний порівняльний аналіз цих способів. На рис.6 наведені екстремальні значення коефіцієнта метрологічної доцільності використання ЧІФП для двох пристроїв на базі НС з ДЗЗ, що призначені для реалізації функції квадратного кореня. В першому з них для розширення динамічного діапазону використаний ДД, в другому - принцип змінної розрядності. Перший пристрій досліджувався при різній кількості розрядів НС - m, від якої, при фіксованому діапазоні значень ЧІК, істотно залежить швидкодія пристрою - чим менше m, тим більша швидкодія. Виконані дослідження показали, що пристрої, в яких використовується ДД, можуть забезпечувати точність на рівні пристроїв із змінною розрядністю тільки при значних втратах швидкодії.

В п'ятому розділі виконано аналіз характеристик базових елементів ЧІФП в статичному режимі їх роботи. Аналіз похибок ЧІФП здійснено, в основному, без застосування методів імітаційного моделювання, оскільки використання останніх практично неможливе для перетворювачів з достатньо великою кількістю розрядів. Це пояснюється стрімким збільшенням машинного часу, необхідного для дослідження похибок з урахуванням усіх можливих станів структурних елементів, при збільшенні кількості розрядів ЧІФП.

Доведено, що, для будь-якої кількості розрядів ДП з ВЗЗ, абсолютна похибка перетворення, що визначається виразом , досягає екстремальних значень за умови, що числа в керуючому регістрі мають вигляд:

де m - кількість двійкових розрядів, n і x - кількості вхідних і вихідних імпульсів; y - керуючий код, s - кількість нулів в старших розрядах керуючого коду. Екстремальні значення поточної похибки , що відповідають керуючим кодам (32) і (33), визначаються рівнянням:

Після порівняння значень для різних s були знайдені екстремальні значення абсолютної похибки ДП з ВЗЗ, що наведені на рис. 7.

Доведено, що для будь-якої кількості розрядів ДП з ДЗЗ і за умови, що , абсолютна похибка перетворення, що визначається виразом , досягає екстремальних значень при таких числах в керуючому регістрі:

Відповідні екстремальні значення дорівнюють:

Екстремальні значення абсолютної похибки ДП з ВЗЗ, наведено на рис. 7.

В роботі, на основі запропонованого підходу, що ґрунтується на розбитті множин значень вхідного і вихідного ЧІК на певні підмножини, здійснений аналіз поточних похибок перетворення НС з ВЗЗ і НС з ДЗЗ в статичному режимі їх роботи. Доведено, що абсолютна похибка НС з ДЗЗ визначається рівнянням:

де R - початковий стан регістра НС.

Абсолютна похибка НС з ВЗЗ дорівнює:

З використанням виразів (38) і (39) підтверджено, що при роботі у двійковому коді абсолютні похибки НС з ВЗЗ і НС з ДЗЗ, при певних значеннях R, менші одиниці.

Показано, що при оптимальному виборі R значення похибок (40) - (42) менші одиниці.

В розділі наведена також методика аналізу швидкодії базових елементів і ЧІФП на їх основі.

В шостому розділі запропоновано удосконалену методику проектування ГПІП на основі генераторів М-послідовностей і лінійних конгруентних генераторів. Розглянуто методику оцінки якості ГПІП, що ґрунтується на групі статистичних тестів.

Запропоновано структурну схему ГПІП, до складу якої входять генератор псевдовипадкових чисел ГПЧ і схема порівняння СП (рис. 8). Середня частота вихідних імпульсів генератора визначається рівнянням , де - частота вхідних тактових імпульсів; - максимальне значення чисел на виході ГПЧ. При проектуванні ГПІП необхідно розглянути різні варіанти побудови ГПЧ і вибрати з них ті, що забезпечують кращі статичні і статистичні характеристики пуассонівського імпульсного потоку. Основною метою створення ГПІП, що розглядаються в даній роботі, є імітація вихідних імпульсних сигналів дозиметричних детекторів при проектуванні і налагоджені дозиметричних пристроїв. Виходячи з цього можна сформулювати наступні вимоги до їх характеристик і принципів побудови, які, з урахуванням певних особливостей, можуть бути розповсюджені і на інші сфери використання генераторів: статистичні характеристики вихідних сигналів ГПІП повинні забезпечувати можливість перевірки метрологічних характеристик дозиметрів з урахуванням установлених вимог до останніх; період повторення псевдовипадкової імпульсної послідовності повинен перевершувати час вимірювання характеристик іонізаційного випромінювання; швидкодія ГПІП повинна забезпечувати формування вихідних імпульсів в заданому частотному діапазоні; ГПІП повинні забезпечувати можливість оперативної зміни середньої частоти вихідних імпульсів, що дозволяє, зокрема, досліджувати динамічні властивості вимірювальних пристроїв.

При побудові ГПЧ на основі генераторів М-послідовностей, необхідно враховувати той факт, що вони різняться: степенем і видом твірного поліному, які задають кількість розрядів регістра зсуву і впливають на форму зворотних зв'язків; формою ( чи ) і степенем r матричного рівняння , що задають спосіб формування зворотних зв'язків і формують їх остаточну конфігурацію, де і - стани регістра ГПЧ, і - квадратні матриці порядку N.

В процесі проектування ГПІП необхідно вибрати оптимальний варіант ГПЧ з точки зору забезпечення статистичних характеристик генератора на відповідність пуассонівському закону розподілу в усьому діапазоні середніх значень його вихідних частот. Проведені дослідження показали, що з цією метою доцільно: провести аналіз якості ГПЧ за допомогою графічних і оціночних тестів (тесту розподілу на площині; перевірки перестановок; тесту дірок; перевірки незчіплених серій; частотно монобітного тесту і деяких інших); провести аналіз вихідного імпульсного потоку ГПІП з допомогою: тесту на відповідність статистичного розподілу теоретичним значенням згідно рівняння , де - ймовірність появи k імпульсів за час t; тесту на основі статистичного критерію якості ; тесту, що дозволяє оцінити статистичні характеристики імпульсного потоку відносно певних ймовірнісних меж.

Тести, що пропонуються, є взаємодоповнюючими і у своїй сукупності дозволяють повніше оцінити якість ГПІП. Так, наприклад, при проведенні аналізу статистичних характеристик вихідного імпульсного потоку можна було б обмежитись їх порівнянням з теоретичними значеннями відповідно до рівняння . Однак, для великих значень аргументів цього рівняння, процедура значно ускладнюється. Натомість запропоновані тести дозволяють проводити такий аналіз без істотних ускладнень.

Вибір структури ГПІП потрібно починати з вибору твірного поліному ГПЧ, оскільки від його степеня залежить період повторення псевдовипадкової послідовності, одного з основних параметрів генератора. Два інші важливі параметри генератора - швидкодія і можливість оперативної зміни середньої частоти вихідних імпульсів, зумовлені загальною організацією структури (рис. 8) і, на відміну від його статистичних характеристик, практично не залежать від способу організації ГПЧ.

В процесі роботи знайдено параметри генераторів М-послідовностей, при яких статистичні характеристики вихідного імпульсного потоку ГПІП є задовільними. Окремі схеми таких запропонованих генераторів наведені на рис. 9 і 10.

ГПЧ, що є основою ГПІП, може бути створений на основі лінійного конгруентного генератора. В цьому випадку необхідно, насамперед, визначити параметри конгруентного рівняння , при яких статистичні характеристики ГПІП є задовільними. Виходячи з потреби забезпечення заданого періоду повторення псевдовипадкової послідовності, необхідно спочатку вибрати значення c, а потім - значення a і b. Така задача, як правило, не має єдиного розв'язку і тому для кожної чергової комбінації значень a, b і c потрібно проводити оцінку якості ГПЧ і оцінку якості вихідної імпульсної послідовності ГПІП. В процесі досліджень висока якість ГПЧ і ГПІП були отримані, зокрема, для наступних значень коефіцієнтів конгруентного рівняння: , , ; , , . Для реалізації ГПІП на основі лінійного конгруентного методу запропонована структурна схема, наведена на рис. 11.