ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ Российский патент 1995 года по МПК H03H7/30 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для задержки импульсных сигналов в вычислительной технике. Особо эффективно предлагаемая линия задержки может использоваться при величинах задержки шага линии, соизмеримых с минимальными собственными задержками элементов базиса, например, для ТТЛШ при величине шага порядка единиц наносекунд.

Известна линия задержки (ЛЗ), включающая ряд последовательно соединенных ячеек. Каждая ячейка имеет индивидуальный выход к внешней нагрузке [1]
Такая схема позволяет построить ЛЗ с постоянным шагом. Под шагом задержки подразумевается величина задержки сигнала на участках линии: между входом линии и первым выходом, первым и вторым выходами, вторым и третьим выходами и т.д.

Причем величина задержки каждого выхода относительно входа в известной линии кратна величине шага и для N-го выхода составляет T_за=n˙τ, где n количество ячеек до N-го выхода;
τ шаг.

Величина задержки каждой ячейки равна шагу. Это обеспечивает точность ЛЗ, необходимую, в частности, для применения в целях синхронизации ЭВМ, устройств ЧПУ, электронных АТС и других устройств вычислительной техники, где необходимо поддержание как абсолютного временного интервала между потоками информации и синхросигналами, так и разделения их по времени с постоянным шагом.

Однако при изготовлении таких ЛЗ для времен задержки, соизмеримых с собственными задержками элементов базиса ячеек (например, задержек вентилей ТТЛШ единиц наносекунд), обеспечить необходимую точность N-го выхода ЛЗ сложно из-за низкой стабильности, определяемой как сумма стабильностей всех n ячеек между входом и N-м выходом, а также низкой точности каждой ячейки, так как собственные задержки элементов базиса уже дают задержку, необходимую по величине (или даже больше необходимой) без регулировочных элементов RC.

Таким образом, известная схема, обладая высокой точностью задержки и шага задержки для времен задержки, намного больших собственных задержек элементов базиса, в то же время имеет недостаточную стабильность, а при шаге задержки, соизмеримом с собственными задержками элементов базиса, и недостаточную точность при ее изготовлении.

Известна также линии задержки, включающая две объединенные по входу ячейки, к каждой из которых подключены по одной последовательно соединенные цепочки ячеек, имеющих индивидуальные выходы к внешней нагрузке, при этом величины задержки ячеек в этих цепочках равны между собой (в конкретном случае 8 нс), а величины задержки объединенных по входу ячеек имеют между собой разницу, равную 4 нс [2]
Такая схема также позволяет построить линию задержки с постоянным шагом, при этом точность шага и стабильность задержки у нее выше, чем у аналога, за счет того, что количество ячеек между входом и N-м выходом в два раза меньше, чем в аналоге. Кроме того, величина задержки во всех ячейках, кроме первых, в два раза больше шага. Это позволяет дополнительно при изготовлении ЛЗ для указанной выше области времен задержки повысить точность таких ячеек.

Однако величина задержки каждого выхода не кратна величине шага ЛЗ и для N-го выхода составляет
t_зпр= К(2 τ )+t₁. где К количество ячеек с задержкой, равной удвоенному шагу ЛЗ между входом и N-м выходом;
t₁ величина задержки первой ячейки (верхней или нижней по схеме прототипа), находящейся для N-го выхода ЛЗ в цепи сигнала.

То есть данная ЛЗ, обладая постоянным и стабильным шагом, имеет, тем не менее, недостаточную точность за счет дополнительной подставки ("мертвой зоной"), здесь понимается разность между фактической задержкой N-го выхода относительно входа и необходимой задержкой этого выхода, кратной шагу ЛЗ.

Таким образом, ни аналог, ни прототип не имеют достаточной точности в области времен задержки шага линии, соизмеримых с собственными задержками элементов базиса ячеек.

Кроме того, обладая в одном случае (аналог) высокой точностью задержки в области больших времен (относительно собственных задержек элементов базиса ячеек), но низкой стабильностью задержки и в другом случае (прототип) низкой точностью для области больших времен, но высокой стабильностью задержки, известные схемы не могут эффективно использоваться в областях, характеризуемых указанными параметрическими ограничениями, т.е. они не обладают достаточной универсальностью.

Целью изобретения является повышение точности и универсальности линии задержки.

Цель достигается путем одновременного исключения подставки ("мертвой зоны") по отношению к прототипу и повышения стабильности за счет уменьшения количества ячеек между входом и необходимым выходом с сохранением заданного шага линии задержки (по отношению к аналогу).

Достижение этих технических результатов обеспечивается тем, что в линии задержки, включающей N ячеек (где N≥2), объеди- ненных по входу, к n из которых (где n≥2) подключены по одной в последовательно соединенные цепочки ячеек, каждая из которых имеет индивидуальный выход к внешней нагрузке, каждая из N объединенных по ходу ячеек имеет индивидуальный выход к внешней нагрузке, величина задержки каждой из N объединенных по входу ячеек в единицах шага линии соответствует натуральному ряду, последовательно соединенные цепочки ячеек подсоединены к объединенным по входу ячейкам, имеющим максимальные величины задержки, а величина задержки каждой ячейки в последовательно соединенных ячейках в тех же единицах равна количеству этих цепочек.

На фиг. 1-4 приведены функциональные блок-схемы предлагаемой линии задержки; на фиг. 5 принципиальная схема ячейки.

Линия задержки по первому варианту (фиг. 1) содержит две объединенные по входу ячейки 1 и 2 (N=2). К каждой из этих ячеек подключены последовательно соединенные цепочки из четырех ячеек, соответственно 3, 5, 7, 9 и 4,6,8,10 (n=2). Каждая из ячеек имеет индивидуальный выход к внешней нагрузке. Каждая ячейка реализована, например, на инверторах ТТЛШ и RC-цепях (фиг. 5).

Шаг линии задержки принят равным 5 нс (1 τ). Для реализации этого шага величина задержки ячейки 1 равна 5 нс (1τ ), величина задержки второй из двух объединенных по входу ячеек 2 равна 10 нс (2 τ). Таким образом, величины задержки обеих объединенных по входу ячеек 1 и 2 в единицах шага линии соответствуют натуральному ряду из двух членов (1τ и 2 τ). Величина задержки каждой из остальных ячеек (3,5,7,9 и 4,6,8,10) в обеих последовательно соединенных цепочках равна 10 нс (2 τ), т.е. эта величина в единицах шага линии ( τ) равна количеству последовательно соединенных цепочек ячеек (n=2).

При равенстве числа объединенных по входу ячеек N числу подсоединяемых к ним цепочек ячеек n последние подсоединены ко всем ячейкам из группы N, имеющим как наименьшие, так и наибольшие величины задержки.

При другом варианте схемы (фиг. 2) линия задержки содержит три объединенных по входу ячейки 1, 2 и 3 (N=3). К двум из этих ячеек подключены цепочки из четырех ячеек, соответственно 4,6,8,10 и 5,7,9,11 (n=2). Каждая из ячеек имеет индивидуальный выход к внешней нагрузке. Шаг линии задержки принят равным 5 нс (1 τ). Величина задержки ячеек 1-3 равны соответственно 5 нс, 10 нс и 15 нс (1τ, 2τ и 3 τ). Величины задержки ячеек 4,6,8,10 и 5,7,9,11 равна 10 нс (2 τ). Обе цепочки последовательно соединенных ячеек 4,6,8,10 и 5,7,9,11 подключены соответственно к ячейкам 2 и 3, имеющим из всех объединенных по входу ячеек 1-3 максимальные величины задержки, соответственно 10 нс (2 τ) и 15 нс (3τ ).

По этому же принципу строятся линии задержки по вариантам, представленным на фиг. 3 и 4. при этом в варианте по фиг. 3 величины задержки ячеек 1-4 равны соответственно 5 нс (1 τ), 10 нс (2 τ), 15 нс (3 τ) и 20 н с (4 τ), а ячеек 5,7,9,11 и 6,8,10,12 10 нс (2 τ). В варианте по фиг. 4 величины задержки ячеек 1-3 равны соответственно 5 нс (1 τ), 10 нс (2τ ) и 15 нс (3τ ), а ячеек 4,7,10,13; 5,8,11,14 и 6,9,12,15 15 нс (3 τ). Каждая ячейка во всех вариантах линии (фиг. 5) состоит из первого инвертора 1, вход которого является входом ячейки, а выход соединен с интегрирующей цепью 2, состоящей из резистора R и конденсатора С, выход которой соединен с входом второго инвертора 3, выход которого в свою очередь является выходом ячейки. Величина задержки ячейки определяется параметрами интегрирующей цепи и собственными задержками инверторов.

Таким образом, линия по первому варианту (фиг. 1) независимо от количества ячеек в каждой из последовательно соединенных цепочек состоит из двух типов ячеек по величине задержки на 1τ и 2τ соответственно, линия по фиг. 2 состоит из трех типов ячеек (на 1τ 2τ и 3 τ), линия по фиг. 3 из 4 типов ячеек (на 1τ 2 τ, 3τ и 4τ ) и линия по фиг. 4 из 3 типов ячеек (на 1τ 2 τ и 3 τ).

Линия задержки по первому варианту (фиг. 1) работает следующим образом.

Входной импульсный сигнал уровней ТТЛШ поступает одновpеменно на входы инверторов 1 ячеек 1 и 2. Выходное напряжение инвертора 1 интегрируется RC-цепью 2. Включение (выключение) инвертора 3 будет происходить в момент достижения на конденсаторе С напряжения, равного уровню включения (выключения) входной цепи этого инвертора. Причем задержка входного сигнала ячейки будет определяться суммой задержки: собственными задержками сигнала инверторами 1 и 3; задержкой, определяемой параметрами интегрирующей цепи 2 и входными и выходными параметрами инверторов 1 и 3. Выходное напряжение инвертора 3 поступает на выход ячейки и вход следующей ячейки или на выход линии.

Работа остальных ячеек происходит аналогично описанному. Подобным же образом работают линии по вариантам фиг. 2-4.

Для получения необходимой величины задержки сигнал снимается с соответствующего выхода. При этом во всех вариантах линии, если необходимая величина задержки в единицах шага линии ( τ) находится в пределах натурального ряда, соответствующего количеству ячеек, объединенных по входу, т.е. N, то сигнал снимается с выхода соответствующей ячейки из группы N. Если же необходимая величина задержки выходит из этого предела, то сигнал снимается с выхода соответствующей ячейки, входящей в состав одной из последовательно соединенных цепочек. Например, при использовании линии по фиг. 3 для получения задержки в 1 τ, 2τ и 3 τ сигнал снимается соответственно с выходов ячеек 1-3. Для получения задержки в 4 τ сигнал снимается с выхода ячейки 4, задержки в 5 τ с выхода ячейки 5 и т.д. Выбор величины задержки в линиях по другим вариантам реализуется на основании этого же принципа.

Применение: импульсная техника, задержка импульсных сигналов в вычислительной технике. Сущность: линия задержки содержит определенное количество соединенных по входу ячеек, ячейки имеют индивидуальный выход к нагрузке и связаны между собой определенным соотношением. 5 ил.

ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, включающая N ячеек (где N ≥ 2), объединенных по входу, к n из которых (где n≥ 2) подключены по одной цепочке из соединенных последовательно ячеек, каждая из которых имеет индивидуальный выход к внешней нагрузке, отличающаяся тем, что каждая из N объединенных по входу ячеек имеет индивидуальный выход к внешней нагрузке, величина задержки каждой из N объединенных по входу ячеек в единицах шага линии соответствует натуральному ряду, а величина задержки каждой ячейки в цепочках в тех же единицах равна количеству этих цепочек.