ГЕНЕРАТОР ТЕСТОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК H03K3/64 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики.

Известен трехфазовый генератор импульсов (Справочник по микроэлектронной импульсной технике. /Под редакцией В.Н.Яковлева. К. Техника, 1983, с.146, рис. 6.12).

Однако в таком генераторе импульсом последующих фаз совпадают по времени с импульсами предшествующих фаз, что не позволяет использовать такие генераторы для управления процессами, совпадение во времени которых недопустимо или невозможно.

Известен также генератор тестовых последовательностей, состоящий из последовательно соединенных одновибраторов [1]
Однако при числе одновибраторов более пяти такой генератор становится громоздким (содержит значительное число элементов), трудоемким в изготовлении и потребляет значительный ток от источника питания.

Наиболее близким к предлагаемому решению является широтно-импульсный модулятор [2] далее генератор тестовых последовательностей, состоящий из задающего генератора, счетчика, коммутатора и выходного формирователя с коммутируемыми коммутатором, хронирующими резисторами, причем входы коммутатора подключены к выходам счетчика, а выход задающего генератора (далее генератора импульсов) подключен к входу счетчика непосредственно и через первый логический элемент к входу выходного формирователя. Далее по тексту счетчик и коммутатор будут именоваться распределителем импульсов, т.к. выполняют в прототипе и в заявленном решении аналогичную функцию: подключение хронирующих резисторов к хронирующему конденсатору.

К недостатком известного решения можно отнести повышенную сложность, обусловленную наличием генератора импульсов и выходного формирователя (одновибратора).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в генератор тестовых последовательностей, содержащий первый и второй логические элементы, генератор импульсов, распределитель импульсов с подключенными к его выходам, кроме нулевого 1.N, хронирующими резисторами, управляющий вход которого подключен к общей шине, дополнительно введены N диодов, подключенных катодами к интегрирующему входу генератора импульсов, а анодами к вторым выводам 1.N хронирующих резисторов соответственно, N МДП транзисторов с индуцированным n-каналом, подключенных выводами затворов соответственно к 1.N выходам распределителя импульсов, выводами истоков к общей шине, а выводами стоков соответственно к выходам 1. N устройства, бездребезговая кнопка, выход которой подключен к входу установки нуля распределителя импульсов и к первому входу первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к входу синхронизации распределителя импульсов, а второй вход к выходу генератора импульсов и к входам второго логического элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход которого является N+1 выходом устройства; кроме того, введенный переключатель подключен входами к выходам 0.N распределителя импульсов, а выходом к аноду введенного N+1 диода, катод которого через введенный N+1 резистор подключен к управляющему входу генератора импульсов.

Кроме того, генератор импульсов содержит БИСПИН-прибор, первый МДП-транзистор с индуцированным р-каналом, второй n-p-n-транзистор, диод, хронирующий конденсатор, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем БИСПИН-прибор подключен выводом запирающего контакта к общей шине, выводом омического контакта к затвору первого транзистора непосредственно и через первый и второй резисторы соответственно к шине питания и к общей шине, а выводом подложки к катоду диода, анод которого подключен к интегрирующему входу генератора импульсов и к коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а база через третий и четвертый резисторы соответственно к общей шине и к выводу стока первого транзистора, исток которого подключен к шине питания, причем хронирующий конденсатор подключен между анодом диода и общей шиной, а вывод стока первого транзистора и вывод базы второго транзистора являются соответственно выходом и управляющим входом генератора импульсов.

Заявленное решение отличается от известных введением БИСПИН-прибора, разделительных диодов, МДП-транзисторов, узла пуска устройства и новых взаимосвязей. Эти отличия являются новыми, т.к. они отсутствуют в прототипе.

Заявленное решение имеет общие признаки с широтно-импульсным модулятором БИСПИН-прибор, диод и хронирующий конденсатор и n-p-n-транзистор. Однако введение новой схемы включения БИСПИН-прибора (с подключенным к общей шине запирающим контактом), новых элементов генератора импульсов: первого и второго резисторов и МДП-транзистора, а также новых взаимосвязей генератора импульсов позволило значительно снизить минимальную величину тока включения БИСПИН-прибора и получить значительное увеличение максимальной длительности импульсов генератора и тем самым расширить область применения заявленного устройства. Введение распределителя импульсов, первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, узла пуска устройства, разделительных диодов позволило преобразовать широтно-импульсный модулятор в генератор тестовых последовательностей, т.е. придать ему новые свойства, отсутствующие у аналога. Так как заявленное решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена схема генератора тестовых последовательностей для случая, когда распределитель импульсов, входящий в состав устройства, имеет 8 выходов.

Устройство содержит первый 1 седьмой 7 хронирующие резисторы, первый 8 седьмой 14 разделительный диоды, первый 15 седьмой 21 МДП-транзисторы с индуцированным n-каналом, стоки которых подключены соответственно к 1 выходу 22-7 выходу 28 устройства, первый логический элемент 2ИЛИ-НЕ 29, второй логический элемент 2ИЛИ-НЕ 30, генератор 31 импульсов, хронирующие резисторы 1-7 которого для упрощения описания вынесены за пределы генератора 31, бездребезговую кнопку 32 и распределитель 33 импульсов. Генератор 31 содержит БИСПИН-прибор 34, первый МДП-транзистор 35 с индуцированным р-каналом, второй n-p-n-транзистор 36, диод 37, хронирующий конденсатор 38, восьмой 39 одиннадцатый 42 резисторы. Бездребезговая кнопка 32 содержит третий 43 и четвертый 44 логические элементы 2ИЛИ-НЕ, соединенные по схеме RS-триггера, причем его вход S подключен к первому выводу двенадцатого резистора 45 и нормально разомкнутому контакту кнопки 46, вход R подключен к первому выводу тринадцатого резистора 47 и к нормально замкнутому контакту кнопки 46, средний контакт которой подключен к шине 48 питания (генератору уровня лог. 1). Вторые выводы резисторов 45 и 47 подключены к общей шине 49, а выход RS-триггера является выходом бездребезговой кнопки 32 и подключен к входу установки нуля распределителя 33 и к первому входу первого логического элемента 29, выход которого подключен к входу синхронизации распределителя 33. БИСПИН-прибор 34 подключен выводом запирающего контакта к общей шине 49, выводом омического контакта к затвору транзистора 35 непосредственно и через резисторы 39 и 40 соответственно к шине 48 питания и к общей шине 49, а выводом подложки к катоду диода 37, анод которого подключен к интегрирующему входу генератора 31 и к коллектору транзистора 36, эмиттер которого подключен к общей шине 49, а база через резисторы 41 и 42 соответственно к общей шине 49 и к стоку транзистора 35, исток которого подключен к шине 48 питания. Хронирующий конденсатор 38 генератора 31 подключен между анодом диода 37 и общей шиной 49, а сток транзистора 35, являющийся выходом генератора 31, подключен к второму входу элемента 29 и к входам элемента 30, выход которого является восьмым выходом 50 устройства. Транзисторы 15-21 подключены выводами истоков к общей шине 49, а выводами затворов соответственно к выходам 1-7 распределителя 33.

Переключатель 51 своими N+1 входами подключен к N+1 выходам распределителя 33. Выход переключателя 51 подключен через диод 52 и резистор 53 к управляющему входу генератора 31.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения питания (положительным потенциалом на шину 48) распределитель 33 устанавливается в произвольное состояние и, если это не нулевое состояние, инициирует генерацию последовательности из N-(К-1) импульсов, где N 7, а К произвольное состояние распределителя, причем К> 0. Если такое начало работы устройства недопустимо, то включение напряжения питания устройства необходимо производить после нажатия кнопки 46, удерживая последнюю в таком состоянии в течение переходного процесса включения источника питания. В этом случае распределитель 33 устанавливается в нулевое состояние воздействующим на его вход R единичным уровнем выходного сигнала кнопки 32. Т.к. на выходах 1-7 распределителя 33 выделяются уровни логического нуля, то конденсатор 38 генератора 31 не может зарядиться. В результате этого БИСПИН-прибор 34 остается в непроводящем (закрытом) состоянии. Транзистор 35 закрыт, т. к. выходное напряжение делителя, образованного резисторами 39 и 40, ниже порога открывания транзистора 35. Поэтому с выхода генератора 31 на вход элемента 29 поступает уровень логического нуля, а на его выходе и входе синхронизации распределителя 33 выделяется уровень логического нуля, определяемый воздействием на вход элемента 29 выходного сигнала кнопки 32. После отпускания кнопки 46 с входа R распределителя 33 снимается сигнал установки в нулевое состояние, а на вход синхронизации распределителя 33 поступает положительный перепад (фронт) сигнала, задержанный относительно среза импульса кнопки 32, и вызывает выделение сигнала логической единицы на выходе 1 распределителя 33. С этого момента начинается заряд хронирующего конденсатора 38 через резистор 1 и диод 8. БИСПИН-прибор 34 остается в непроводящем (выключенном) состоянии до тех пор, пока не произойдет смещение в прямом направлении диода 37 и p-n-перехода подложка омический контакт БИСПИН-прибора 34 в результате возрастания напряжения на конденсаторе 38. Включение БИСПИН-прибора 34 вызывает включение транзисторов 35 и 36 и разряд коллекторным током последнего конденсатора 38. На выходе БИСПИН-прибора 34 и генератора 31 выделяются соответственно короткий импульс отрицательной и положительной полярности, причем импульс генератора 31 проходит через элемент 29, инвертируясь, на вход синхронизации распределителя 33 и вызывает возбуждение выхода 2 последнего (появление на выходе 2 сигнала логической единицы). Далее начинается заряд конденсатора 38 через резистор 2 и диод 9 и процессы повторяются, сформированный на выходе генератора 31 после заряда его конденсатора 38 через резистор 7 и диод 14, переводит распределитель 33 в нулевое состояние и прекращает (заканчивает) формирование тестовой последовательности импульсов. Инициация начала следующей тестовой последовательности импульсов производится нажатием кнопки 46.

Транзисторы 15-21 являются ключами, предназначенными для коммутации внешних исполнительных элементов, подключаемых к выходам 22-28 устройства, на которых в этих случаях выделяются сигналы, инверсные по отношению к соответствующим сигналам распределителя 33. На выходе 50 устройства выделяются сигналы в стандартных уровнях КМДП-логики, инверсные по отношению к выходным сигналам генератора 31.

Элементы 51-53 совместно с транзистором 36 определяют количество импульсов в генерируемой тестовой последовательности, а также исключают возможность заряда конденсатора 38 токами утечки, что обеспечивает получение расчетной длительности первого импульса генерируемой последовательности при длительных паузах между тестовыми последовательностями.

В приведенных на схеме положении переключателя 51 устройство генерирует последовательность из семи импульсов, причем при обнуленном распределителе 33 высокий уровень сигнала на выходе 0 распределителя 33 вызывает включение транзистора 36, шунтирование последним конденсатора 38 и исключение возможности заряда последнего токами утечки. В процессе генерации импульсов элементы 51-53 не оказывают влияния на работу устройства.

При необходимости получить в генерируемой последовательности, например, только первые пять импульсов переключатель 51 устанавливается в положение 6. В этом случае после окончания генерации пятого импульса тестовой последовательности высокий уровень сигнала на выходе 6 распределителя 33 вызывает включение транзистора 36, шунтирование насыщенным транзистором 36 конденсатора 38 и прекращение генерации импульсов. Устройство сохраняет такое состояние до инициации следующей последовательности импульсов нажатием кнопки 46.

Продолжительность возбужденного (активного) состояния выходов 1-7 распределителя 33 равна суммарной продолжительности интервала времени заряда конденсатора 38 через резисторы 1-7 соответственно и длительности импульса БИСПИН-прибора 34 и определяется в основном величиной сопротивления резисторов 1-7, т.к. длительность импульса БИСПИН-прибора 34 не превышает десятков микросекунд. Регулировкой величины сопротивления резисторов 1-7 можно изменять соотношение длительностей импульсов в тестовой последовательности.

Применение в устройстве диоды должны иметь минимальную величину обратного тока, а транзистор 36 минимальную величину тока утечки. Для увеличения эффективности использования хронирующих элементов (резисторов 1-7 и конденсатора 38) выходное напряжение делителя, образованного резисторами 39 и 40, должно быть максимально приближенным к напряжению питания и в то же время обеспечивать возможность протекания включающего тока БИСПИН-прибора 34 через диод 37 и p-n-переход подложка омический контакт БИСПИН-прибора 34.

С целью проверки работоспособности устройства был собран макет, в котором распределитель 33 был реализован интегральной схемой (ИС) 564ИЕ9, логические элементы 29, 30, 43, 44 реализованы ИС 564 ЛЕ5, а также применены транзистор 35 типа КП301В, транзистор 36 типа КТ3102БМ и диоды 8-14, 37 типа КД102А. При напряжении питания, равном 9В, емкости конденсатора 38 0,01 мкФ и сопротивлениях резистора 39-33 кОм, резистора 40-66 кОм и резисторов 1-7 1 мОм длительность импульсов на выходах 1-7 распределителя 33 составляла не менее 6 мс. Устройство сохраняло работоспособность при увеличении сопротивления резистора 1 до 20 мОм.

Диод 37 исключает заряд конденсатора 38 током утечки БИСПИН-прибора 34 через его выводы омического контакта и подложки и выключение БИСПИН-прибора 34 в момент включения транзистора 36, однако работоспособность устройства сохраняется и при закороченном диоде 37.

Коллекторный ток транзистора 36 должен обеспечивать полный разряд конденсатора 38 в течение длительности импульса БИСПИН-прибора 34.

Применение заявленного решения позволит получить следующие преимущества по сравнению с прототипом: расширить функциональные возможности устройства за счет создания дополнительных выходов, которые могут быть использованы для управления процессами (устройствами); упростить устройство, исключив из его состава один функциональный узел одновибратор.

Т.к. в прототипе период следования импульсов задающего генератора должен превышать максимальную длительность импульса в генерируемой последовательности, то длительность пауз между импульсами будет избыточной во всех случаях, когда длительность пауз является величиной произвольной, а длительность одного из импульсов в генерируемой последовательности значительно меньше (или больше) длительности остальных импульсов, что снижает общее быстродействие устройства.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики. Генератор содержит хромирующие резисторы 1 - 7, разделительные диоды 8 - 14, первый 15, седьмой 2 МДП-транзисторы с индуцированным n-каналом, стоки которых подключены соответственно к первому выходу 22, седьмому выходу 28 генератора, первый логический элемент 2 ИЛИ - НЕ 29, второй логический элемент 2 ИЛИ - НЕ 30, генератор 31 импульсов, бездребезговую кнопку 32, распределитель 33 импульсов, а генератор импульсов 31 содержит БИСПИН-прибор 34, первый МДП-транзистор 35 с индуцированным n-каналом, второй n-p-n-транзистор 36, диод 37, хромирующий конденсатор 38, восьмой 39 - одиннадцатый 42 резисторы. Бездребезговая кнопка 32 содержит третий 43 и четвертый 44 логические элементы 2 ИЛИ - НЕ, соединенные по схеме RS-триггера, двенадцатый 45 и тринадцатый 47 резисторы, шину питания 48, общую шину 49. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ГЕНЕРАТОР ТЕСТОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, содержащий распределитель импульсов, выходы которого соединены с первыми выводами соответствующих хронирующих резисторов, а управляющий вход с общей шиной, инвертор, формирователь длительности импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и упрощения, в него введены генератор одиночного импульса на RS-триггере, группа МДП-транзисторов с индуцированным n-каналом и группа диодов по числу хромирующих резисторов, элемент ИЛИ НЕ, коммутатор, диод и резистор, выход генератора одиночного импульса на RS-триггере соединен с установочным входом распределителя импульсов и первым входом элемента ИЛИ НЕ, второй вход которого соединен с входом инвертора и выходом формирователя длительности импульсов, хронирующий вход которого соединен с катодами группы диодов, аноды которых соединены с вторыми выводами соответствующих хронирующих резисторов, выход элемента ИЛИ НЕ соединен с входом синхронизации распределителя импульсов, выходы которого соединены с затворами соответствующих МДП-транзисторов с индуцированным n-каналом, истоки которых соединены с общей шиной, стоки с клеммами группы выходных клемм генератора тестовых последовательностей, выход инвертора соединен с выходной клеммой генератора тестовых последовательностей, установочный выход и выходы распределителя импульсов с соответствующими входами коммутатора, выход которого через последовательно соединенные диод и резистор соединен с входом сброса формирователя длительности импульсов. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что формирователь длительности импульсов содержит БИСПИН-прибор, запирающий контакт которого соединен с общей шиной, вывод подложки с катодом диода, омический контакт затвором МДП-транзистора с индуцированным p-каналом и через первый и второй резисторы соответственно с шиной питания и общей шиной, исток МДП-транзистора с идуцированным p-каналом соединен с шиной питания, сток через третий резистор с базой n p n-транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, коллектор с анодом диода и через конденсатор с общей шиной, база через четвертый резистор соединена с общей шиной, анод диода, база n p - n-транзистора и сток МДП-транзистора с индуцированным p-каналом соединены соответственно с хронирующим входом, входом сброса и выходом формирователя длительности импульсов.