An analog delay line is a network of electrical components connected in cascade[dubious ], where each individual element creates a time difference between its input and output. It operates on analog signals whose amplitude varies continuously. In the case of a periodic signal, the time difference can be described in terms of a change in the phase of the signal. One example of an analog delay line is a bucket-brigade device.[1]
Other types of delay line include acoustic (usually ultrasonic), magnetostrictive, and surface acoustic wave devices. A series of resistor–capacitor circuits (RC circuits) can be cascaded to form a delay. A long transmission line can also provide a delay element. The delay time of an analog delay line may be only a few nanoseconds or several milliseconds, limited by the practical size of the physical medium used to delay the signal and the propagation speed of impulses in the medium.
Analog delay lines are applied in many types of signal processing circuits; for example the PAL television standard uses an analog delay line to store an entire video scanline. Acoustic and electromechanical delay lines are used to provide a "reverberation" effect in musical instrument amplifiers, or to simulate an echo. High-speed oscilloscopes used an analog delay line to allow observation of waveforms just before some triggering event.
With the growing use of digital signal processing techniques, digital forms of delay are practical and eliminate some of the problems with dissipation and noise in analog systems.
Las redes de escalera de inductores y condensadores se utilizaban como líneas de retardo analógicas en la década de 1920. Por ejemplo, la patente del radiogoniómetro de sonar de Francis Hubbard presentada en 1921. [2] Hubbard se refirió a esto como una línea de transmisión artificial . En 1941, Gerald Tawney de Sperry Gyroscope Company solicitó una patente sobre un paquete compacto de una red de escalera de inductor-condensador a la que se refirió explícitamente como línea de retardo de tiempo . [3]
En 1924, Robert Mathes de Bell Telephone Laboratories presentó una patente amplia que cubría esencialmente todas las líneas de retardo electromecánicas, pero centrándose en las líneas de retardo acústicas en las que una columna de aire confinada a una tubería servía como medio mecánico, y un receptor de teléfono en un extremo y un teléfono. El transmisor en el otro extremo sirvió como transductores electromecánicos. [4] Mathes estaba motivado por el problema de la supresión de eco en líneas telefónicas de larga distancia, y su patente explicaba claramente la relación fundamental entre las redes de escalera de inductor-condensador y las líneas de retardo elásticas mecánicas, como su línea acústica.
En 1938, William Spencer Percival de Electrical & Musical Industries (más tarde EMI ) solicitó una patente para una línea de retardo acústico que utiliza transductores piezoeléctricos y un medio líquido. Usó agua o queroseno , con una frecuencia portadora de 10 MHz, con múltiples deflectores y reflectores en el tanque de retardo para crear un largo camino acústico en un tanque relativamente pequeño. [5]
En 1939, Laurens Hammond aplicó líneas de retardo electromecánicas al problema de crear reverberación artificial para su órgano Hammond . [6] Hammond utilizó resortes helicoidales para transmitir ondas mecánicas entre transductores de bobina móvil .
El problema de suprimir la interferencia multitrayecto en la recepción de televisión motivó a Clarence Hansell de RCA a utilizar líneas de retardo en su solicitud de patente de 1939. Para ello utilizó "cables de retardo", trozos relativamente cortos de cable coaxial utilizados como líneas de retardo, pero reconoció la posibilidad de utilizar líneas de retardo magnetoestrictivas o piezoeléctricas . [7]
En 1943, se idearon líneas de retardo compactas con capacitancia e inductancia distribuidas. Los primeros diseños típicos implicaban enrollar un cable aislado con esmalte sobre un núcleo aislante y luego rodearlo con una cubierta conductora conectada a tierra. Richard Nelson de General Electric presentó una patente para dicha línea ese año. [8] Otros empleados de GE, John Rubel y Roy Troell, concluyeron que el cable aislado podría enrollarse alrededor de un núcleo conductor para lograr el mismo efecto. [9] Gran parte del desarrollo de líneas de retardo durante la Segunda Guerra Mundial fue motivado por los problemas encontrados en los sistemas de radar .
En 1944, Madison G. Nicholson solicitó una patente general sobre líneas de retardo magnetoestrictivas . Recomendó su uso para aplicaciones que requieren retrasos o medición de intervalos en el rango de tiempo de 10 a 1000 microsegundos. [10]
En 1945, Gordon D. Forbes y Herbert Shapiro presentaron una patente para la línea de retardo de mercurio con transductores piezoeléctricos . [11] Esta tecnología de línea de retardo jugaría un papel importante, sirviendo como base de la memoria de línea de retardo utilizada en varias computadoras de primera generación .
En 1946, David Arenberg presentó patentes que cubrían el uso de transductores piezoeléctricos conectados a líneas de retardo sólidas de cristal único. Intentó utilizar cuarzo como medio retardador e informó que la anisotropía en los cristales de cuarzo causaba problemas. Informó de éxitos con monocristales de bromuro de litio , cloruro de sodio y aluminio . [12] [13] Arlenberg desarrolló la idea de un complejo plegado bidimensional y tridimensional de la trayectoria acústica en el medio sólido para empaquetar retrasos largos en un cristal compacto. [14] Las líneas de retardo utilizadas para decodificar señales de televisión PAL siguen el esquema de esta patente, utilizando vidrio de cuarzo como medio en lugar de un solo cristal.