Línea de retardo analógica

Una línea de retardo analógica es una red de componentes eléctricos conectados en cascada , donde cada elemento individual crea una diferencia de tiempo entre su entrada y su salida. Funciona con señales analógicas cuya amplitud varía continuamente. En el caso de una señal periódica, la diferencia de tiempo se puede describir en términos de un cambio en la fase de la señal. Un ejemplo de línea de retardo analógica es un dispositivo de cadena de cubos . ^{[ 1 ]}

Otros tipos de líneas de retardo incluyen dispositivos acústicos (generalmente ultrasónicos ), magnetostrictivos y de ondas acústicas superficiales . Una serie de circuitos de resistencia-condensador ( circuitos RC ) se pueden conectar en cascada para formar un retardo. Una línea de transmisión larga también puede proporcionar un elemento de retardo. El tiempo de retardo de una línea de retardo analógica puede ser de tan solo unos nanosegundos o varios milisegundos, limitado por el tamaño práctico del medio físico utilizado para retardar la señal y la velocidad de propagación de los impulsos en dicho medio.

Las líneas de retardo analógicas se utilizan en muchos tipos de circuitos de procesamiento de señales; por ejemplo, el estándar de televisión PAL utiliza una línea de retardo analógica para almacenar una línea de exploración de vídeo completa . Las líneas de retardo acústicas y electromecánicas se utilizan para proporcionar un efecto de reverberación en amplificadores de instrumentos musicales o para simular un eco. Los osciloscopios de alta velocidad utilizaban una línea de retardo analógica para permitir la observación de formas de onda justo antes de un evento desencadenante. Los sistemas de radar utilizaban líneas de retardo líquidas para comparar un pulso de radio con otro, y después de la Segunda Guerra Mundial se utilizaron como sistemas de memoria de ordenador .

Con el creciente uso de técnicas de procesamiento de señales digitales, las formas digitales de retardo resultan prácticas y eliminan algunos de los problemas de disipación y ruido presentes en los sistemas analógicos.

Las redes de inductores y condensadores en escalera se utilizaron como líneas de retardo analógicas en la década de 1920. Por ejemplo, la patente del buscador de dirección de sonar de Francis Hubbard, presentada en 1921. ^{[ 2 ]} Hubbard se refería a esto como una línea de transmisión artificial . En 1941, Gerald Tawney, de Sperry Gyroscope Company, solicitó una patente para un encapsulado compacto de una red de inductores y condensadores en escalera a la que se refería explícitamente como una línea de retardo de tiempo . ^{[ 3 ]}

En 1924, Robert Mathes, de Bell Telephone Laboratories, presentó una patente amplia que abarcaba prácticamente todas las líneas de retardo electromecánicas, pero centrándose en las líneas de retardo acústicas, donde una columna de aire confinada en un tubo servía como medio mecánico, y un receptor telefónico en un extremo y un transmisor telefónico en el otro servían como transductores electromecánicos. ^{[ 4 ]} Mathes estaba motivado por el problema de la supresión del eco en las líneas telefónicas de larga distancia, y su patente explicaba claramente la relación fundamental entre las redes en escalera de inductores y condensadores 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 utilizaba transductores piezoeléctricos y un medio líquido. Empleó agua o queroseno , con una frecuencia portadora de 10  MHz, y múltiples deflectores y reflectores en el tanque de retardo para crear una trayectoria acústica larga 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 por trayectos múltiples 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, empleó "cables de retardo", trozos relativamente cortos de cable coaxial utilizados como líneas de retardo, pero reconoció la posibilidad de utilizar líneas de retardo magnetostrictivas o piezoeléctricas . ^{[ 7 ]}

Para 1943, se idearon líneas de retardo compactas con capacitancia e inductancia distribuidas. Los primeros diseños típicos consistían en enrollar un alambre aislado con esmalte sobre un núcleo aislante y luego rodearlo con una cubierta conductora conectada a tierra. Richard Nelson de General Electric solicitó una patente para una línea de este tipo ese año. ^{[ 8 ]} Otros empleados de GE, John Rubel y Roy Troell, concluyeron que el alambre aislado podía enrollarse alrededor de un núcleo conductor para lograr el mismo efecto. ^{[ 9 ]} Gran parte del desarrollo de las líneas de retardo durante la Segunda Guerra Mundial estuvo motivado por los problemas encontrados en los sistemas de radar .

En 1944, Madison G. Nicholson solicitó una patente general para líneas de retardo magnetostrictivas . Recomendó su uso para aplicaciones que requirieran retardos o la 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 desempeñaría un papel importante, sirviendo como base de la memoria de línea de retardo utilizada en varias computadoras de primera generación .

En 1946, David Arlenberg presentó patentes que cubrían el uso de transductores piezoeléctricos conectados a líneas de retardo sólidas de monocristal. Intentó usar cuarzo como medio de retardo e informó que la anisotropía en los cristales de cuarzo causaba problemas. Informó éxito con monocristales de bromuro de litio , cloruro de sodio y aluminio . ^{[ 12 ] [ 13 ]} Arlenberg desarrolló la idea del plegado complejo bidimensional y tridimensional de la trayectoria acústica en el medio sólido para empaquetar retardos 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 monocristal.

• Línea de retardo digital
• Memoria de línea de retardo
• Retraso de propagación
• Dispositivo de carga acoplada