Линия задержки

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

Классификация

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

Телевизионная ЛЗ производства США.

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.

Ячейки LC контуров - ЛЗ (суммарно на 0,5мкс) из советского осциллографа С1-19

Искусственные ЛЗ, выполненные из компонентов со сосредоточенными параметрами

ЛЗТ-1,0-600 - модуль линии задержки с сосредоточенными параметрами с 10 LC-звеньями на волновое сопротивление 600 Ом и временем задержки сигнала 1,0 мкс.

Измеритель интервалов времени И2-22, осуществляющий искусственную задержку сигналов.

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 имеют недостаток — узкий рабочий диапазон, поэтому постепенно вытесняются цифровыми ЛЗ в импульсной технике и акустическими в СВЧ-технике.

ПРИМЕР: ЛЗТ-4,0-1200.

Ультразвуковые ЛЗ

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 в виде упругих волн через звукопроводящую среду, далее выходя 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.

Микросхема 593БР1 активная линия задержки, Квазар 1986

Ультразвуковые ЛЗ имеют задержку от долей миллисекунды до десятков миллисекунд и используются в декодерах сигнала цветности телевизионных приёмников, 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

Основная статья: Цифровая линия задержки

Цифровая линия задержки представляет собой цифровое устройство, предназначенное для задержки цифровых сигналов во времени на заданное число тактов и по сути представляют собой регистры сдвига. Время задержки в таких устройствах либо фиксированное, либо может настраиваться программным способом извне. Один и тот же регистр 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

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 ЛЗ^[1], состоящей из множества последовательных «микрокольцевых резонаторов», то есть, своего рода, искусственную оптическую линию.

Основные нормируемые характеристики

• 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

См. также

• Фазовращатель
• Коаксиальный кабель
• Полосковая линия
• Микрополосковая линия
• Волновод
• Ультразвук
• Память на линиях задержки
• Пьезоэлектрический эффект
• Оптоволокно
• Ревербератор