Аналоговая линия задержки представляет собой сеть электрических компонентов, соединенных каскадом [ сомнительно – обсудить ] , где каждый отдельный элемент создает разницу во времени между своим входом и выходом. Она работает на аналоговых сигналах , амплитуда которых непрерывно меняется. В случае периодического сигнала разницу во времени можно описать в терминах изменения фазы сигнала . Одним из примеров аналоговой линии задержки является устройство ковшовой бригады . [1]
Другие типы линий задержки включают акустические (обычно ультразвуковые ), магнитострикционные и устройства на поверхностных акустических волнах . Ряд цепей резистор-конденсатор ( RC-цепи ) могут быть каскадированы для формирования задержки. Длинная линия передачи также может обеспечить элемент задержки. Время задержки аналоговой линии задержки может составлять всего несколько наносекунд или несколько миллисекунд, ограниченное практическим размером физической среды, используемой для задержки сигнала, и скоростью распространения импульсов в среде.
Аналоговые линии задержки применяются во многих типах схем обработки сигналов; например, телевизионный стандарт PAL использует аналоговую линию задержки для хранения целой видеостроки . Акустические и электромеханические линии задержки используются для обеспечения эффекта « реверберации » в усилителях музыкальных инструментов или для имитации эха. Высокоскоростные осциллографы использовали аналоговую линию задержки, чтобы наблюдать формы волн непосредственно перед некоторым событием запуска. Радиолокационные системы использовали жидкостные линии задержки для сравнения одного импульса радиосигнала с другим, а после Второй мировой войны они использовались в качестве систем компьютерной памяти .
С ростом использования методов цифровой обработки сигналов цифровые формы задержки становятся практичными и устраняют некоторые проблемы с рассеиванием мощности и шумом в аналоговых системах.
Лестничные сети индуктор – конденсатор использовались в качестве аналоговых линий задержки в 1920-х годах. Например, патент Фрэнсиса Хаббарда на гидролокатор, поданный в 1921 году. [2] Хаббард называл это искусственной линией передачи . В 1941 году Джеральд Тоуни из Sperry Gyroscope Company подал заявку на патент на компактную упаковку лестничной сети индуктор – конденсатор, которую он явно назвал линией задержки времени . [3]
В 1924 году Роберт Матес из Bell Telephone Laboratories подал широкий патент, охватывающий по существу все электромеханические линии задержки, но сосредоточившись на акустических линиях задержки, где воздушный столб, заключенный в трубу, служил механической средой, а телефонная трубка на одном конце и телефонный передатчик на другом конце служили электромеханическими преобразователями. [4] Матес был мотивирован проблемой подавления эха на междугородных телефонных линиях, и его патент четко объяснял фундаментальную связь между лестничными сетями индуктивно-емкостных схем и механическими эластичными линиями задержки, такими как его акустическая линия.
В 1938 году Уильям Спенсер Персиваль из Electrical & Musical Industries (позже EMI ) подал заявку на патент на акустическую линию задержки с использованием пьезоэлектрических преобразователей и жидкой среды. Он использовал воду или керосин с несущей частотой 10 МГц, с несколькими перегородками и отражателями в резервуаре задержки, чтобы создать длинный акустический путь в относительно небольшом резервуаре. [5]
В 1939 году Лоренс Хаммонд применил электромеханические линии задержки для решения проблемы создания искусственной реверберации для своего органа Хаммонда . [6] Хаммонд использовал спиральные пружины для передачи механических волн между звуковыми катушечными преобразователями.
Проблема подавления многолучевых помех при телевизионном приеме побудила Кларенса Ханселла из RCA использовать линии задержки в его патентной заявке 1939 года. Для этого он использовал «кабели задержки», относительно короткие куски коаксиального кабеля, используемые в качестве линий задержки, но он осознал возможность использования магнитострикционных или пьезоэлектрических линий задержки. [7]
К 1943 году были разработаны компактные линии задержки с распределенной емкостью и индуктивностью. Типичные ранние конструкции включали намотку эмалированного изолированного провода на изолирующий сердечник, а затем окружение его заземленной проводящей оболочкой. Ричард Нельсон из General Electric подал патент на такую линию в том же году. [8] Другие сотрудники GE, Джон Рубель и Рой Троэлл, пришли к выводу, что изолированный провод можно намотать вокруг проводящего сердечника, чтобы достичь того же эффекта. [9] Большая часть разработки линий задержки во время Второй мировой войны была мотивирована проблемами, возникшими в радиолокационных системах.
В 1944 году Мэдисон Г. Николсон подал заявку на общий патент на магнитострикционные линии задержки. Он рекомендовал их использование для приложений, требующих задержек или измерения интервалов в диапазоне времени от 10 до 1000 микросекунд. [10]
В 1945 году Гордон Д. Форбс и Герберт Шапиро подали патент на ртутную линию задержки с пьезоэлектрическими преобразователями . [11] Эта технология линии задержки сыграла важную роль, послужив основой памяти с линией задержки, используемой в нескольких компьютерах первого поколения .
В 1946 году Дэвид Аренберг подал патенты, охватывающие использование пьезоэлектрических преобразователей, прикрепленных к монокристаллическим твердым линиям задержки. Он попытался использовать кварц в качестве среды задержки и сообщил, что анизотропия в кварцевых кристаллах вызвала проблемы. Он сообщил об успехе с монокристаллами бромида лития , хлорида натрия и алюминия . [12] [13] Арленберг разработал идею сложного 2- и 3-мерного складывания акустического пути в твердой среде для того, чтобы упаковать длинные задержки в компактный кристалл. [14] Линии задержки, используемые для декодирования телевизионных сигналов PAL , следуют схеме этого патента, используя кварцевое стекло в качестве среды вместо монокристалла.