Генератор импульсов Советский патент 1993 года по МПК H03K3/84 H03K3/86 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к управляемым цифровым методам мультивибраторам, и может быть использовано для проверки электронных блоков и интегральных схем.

Цель изобретения - расширение диапазона генерируемых частот в сторону высоких частот.

Управление режимами записи исходного состояния и счета у разных интегральных СЧ осуществляется по-разному. Вот почему схемы устройств, построенных на основе разных интегральных СЧ, могут существенно отличаться друг от друга.

Необходимо отметить, что для высокочастотных устройств имеют, значения и собственные задержки элементов схемы, которые ограничивают частоту генерируемых импульсов. Вот почему для увеличения частоты необходимо бывает применять самые быстродействующие элементы, среди которых наиболее популярными являются серии интегральных схем, выполненные по ЭСЛ-технологии. Предлагаемое устройство реализуется на основе СЧ ЭСЛ-серии (микросхемы К500 ИЕ136, К500ИЕ137 или их аналоги).

Предлагаемый генератор может быть использован в измерительном и испытательном оборудовании по проверке электронных блоков и интегральных схем различного назначения, в прецизионных устройствах, предназначенных для проведения ядерных и других точных экспериментов, где необходимо применение прецизионных, высокочастотных импульсных генераторов.

На фиг,1 представлена электрическая функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы.

Согласно фиг.1 генератор импульсов включает в себя счетчик ,1 импульсов, элемент ИЛИ 2, регулируемую линию 3 задержку, генератор 4 опорной частоты, RS-триггер 5, первый и второй формирователи 6 и 7 коротких импульсов из перепада напряжения соответственно и шину 8 управления кодом. При этом S-вход триггера 5 соединен с выходом регулируемой линии 3 задержки, его R-вход соединен с вторым входом генератора 4 опорной частоты и выходом второго формирователя 7 импульсов из перепада напряжения, инверсный выход соединен с первым входом генератора 4 опорной частоты, а прямой выход-с входом первого формирователя 6 импульсов из перепада напряжения и с входом управления режимом работы счетчика 1, все Q-выходы которого, соединенные друге другом по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ, соединенные с входом второго формирователя 7 импульса из перепада напряжения. Установочные входы счетчика 1 подключены к шине 8 управления

кодом, его счетный вход подключен к выходу элемента ИЛИ 2, первый вход которого подключен к выходу генератора 4 опорной частоты, а второй вход - к точке соединения выхода первого формирователя б импульсов из перепада напряжения и входа регулируемой линии 3 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Так же, как и в устройстве-прототипе, в

этом случае у триггера 5 есть две петли задержанной обратной связи. Первая петля, состоящая из последовательно соединенных первого формирователя 6 импульсов из перепада напряжения и регулируемой линии 3 задержки, включена между прямым выходом триггера 5, который является выходом генератора, и его S-входом. Задержка сигнала в этой петле и определяет величины паузы (тп) генерируемых импульсов, что наглядно иллюстрируют фиг.1 и 2.

tn tfl3 btfl3 t t3

(фп1) +t3(s) , (9)

гдег лз - постоянная составляющая задержки регулируемой линии 3 задержки, величина которой определяется собственными задержками элементов схемы (при дискретном управлении - это элементы коммутации, а при аналоговом - компаратор и следующие за ним элементы);

t-лз - регулируемая часть задержки регулируемой линии 3 задержки;

t3() задержка появления выходного

сигнала первого формирователя б импульсов из перепада напряжения по отношению к перепаду напряжения на его входе из состояния 1 в состояние

т.з(з) - задержка переключения триггера

5 из состояния О в состояние 1 по входу S.

Вторая петля обратной связи, включенная между инверсным выходом триггера 5 и его R-входом, состоит из последовательно

соединенных генератора 4 опорной частоты, элемента ИЛИ 2, счетчика 1 и второго формирователя 7 импульса из перепада напряжения. Задержка сигнала в этой цепи, кратная периоду импульсов генератора 4

опорной частоты (То), определяет величину длительности (ш) генерируемых импульсов:

(|-оч) + з(или) +гз(си) +

+ (N-l) To+t з(фп2) + t3(R). (Ю)

где t3(ro4) - задержка начала формирования генератором опорной частоты первого импульса относительно управляющего сигнала на его входе;

13(или) - задержка сигнала генератора 4 опорной частоты схемой ИЛИ 2;

т,з(сч)-задержка переключения счетчика 1 в нулевое состояние по отношению к перепаду напряжения из состояния О в состояние 1 N-го импульса на его счетном входе;

t3(()- задержка появления выходного сигнала у второго формирователя 7 импульсов по отношению к перепаду из состояния 1 в состояние О на его входе;

ta(R) - задержка переключения триггера 5 из состояния 1 в состояние О по входу R;

(N-1) - количество периодов Т0 генератора 4 опорной частоты формирующих ги. Их на единицу меньше записанного в счетчик 1 кода, так как уже в самом начале первого периода счетчик 1 уже изменяет свое состояние, а в конце первого периода (в момент появления второго импульса) счетчик 1 еще раз изменяет свое состояние.

Все составляющие tn и tn, отмеченные на фиг.2, в точности соответствует выражениям (9) и (10).

Последовательность формирования сигналов элементами схемы следующая. Когда записан код в счетчик 1, на его объединенных Q-выходах присутствует 1. В момент появления 1 на прямом выходе триггера 5 счетчик 1 переводится в режим обратного счета. При этом его состояние уменьшается на единицу с приходом импульса генератора 4 опорной частоты до момента начала N-го периода, когда на выходах счетчика 1 появляется О.

Выходы ЭСЛ интегральных счетчиков можно объединять по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ, что позволяет сэкономить один логический элемент ИЛИ и уменьшить задержку второй петли обратной связи, В прототипе, который построен на ТТЛ интегральном счетчике, объединение Q-выходов счетчика возможно только с помощью специального логического элемента ИЛИ, В момент обнуления Q-выходов счетчика 1 срабатывает второй формирователь 7 импульса из перепада напряжения, выключая генератор 4 опорной частоты по его второму входу. Через t3(R) по R-входу переключается триггер 5 в состояние О, переводя счетчик 1 в режим записи кода N, присутствующего на шине 8 управления кодом. В этот момент заканчивается формирование ги и начинает формироваться tn с помощью первой петли обратной связи.

Во время формирования tn импульс

формирователя 6 импульсов из перепада напряжения через элемент ИЛИ 2 достигает счетного входа счетчика 1 импульсов, перепадом из О в 1 осуществляя запись кода. В момент начала tn срабаты вает формирователь 6 импульсов из перепада напряжения, сигнал которого задерживается регулируемой линией 3 задержки и достигает S-входа триггера 5. При этом триггер 5 переключается в состояние 1, заканчивая формирование tn и начиная формирование tn.

При этом сигналом с прямого выхода триггера 5 счетчик 1 переводится в режим обратного счета, а сигналом с инверсного выхода триггера 5 включается генератора 4

опорной частоты, импульсы которого через элемент ИЛИ 2 начинают поступать на счетный вход счетчика 1.

Необходимо отметить особую роль обоих формирователей импульсов из перепада

напряжения. Первый формирователь 6 формирует короткий импульс, длительность которого легко сделать меньше tn даже при , что равносильно для схемы-прототипа, когда количество периодов генератора 4 опорной частоты, принимающих участие в формировании tn, равно нулю, следовательно, условие (4), существенное для прототипа, для предлагаемого устройства не имеет значения. Это позволяет уменьшить минимальную величину ш, т.е. повысить частоту генерируемых импульсов. Кроме того, импульсом первого формирователя 6 через элемент ИЛИ 2 осуществляется запись кода в счетчик 1.

Роль второго формирователя 7 импульса из перепада напряжения заключается в том, что он выключает генератор 4 опорной частоты на величину t3(R) раньше, чем он мог бы выключится сигналом с инверсного выхода триггера 5. Это существенно для такого соотношения То и величины ги, определяемой выражением (10), при котором в момент появления 1 на инверсном выходе триггера 5 выход генератора 4 опорной частоты

тоже находится в состоянии 1. Именно этот случай и показан на фиг.2. Если исключит из схемы второй формирователь 7, то в этом случае сигнал генератора 4 опорной частоты и сигнал первого формирователя

6 импульса из перепада напряжения совпадают. При этом на выходе элемент ИЛИ 2 перепад из О в 1,создаваемый первым формирователем 6, не появляется и запись кода в счетчик 1 не осуществляется.

Второй формирователь 7 импульса из перепада напряжения успевает перевести выход генератора 4 опорной частоты в состояние О, что позволяет перепаду из О в 1 первого формирователя 6 импульса из перепада напряжения через элемент ИЛИ 2 поступить на счетный вход счетчика 1, осуществляя запись кода N в него.

Таким обраом, процесс формирования tn, протекающий совместно с процессом записи кода N в счетчик 1, и процесс формирования tn чередуются.

Как было сказано выше, на фиг.2 показан случай прерывания работы генератора 4 опорной частоты в тот момент, когда его импульс, переключивший Q-выходы счетчика 1 в состояние О, еще не закончился.

При несколько меньшем значении Т0, чем показано на фиг.2, прерывание работы генератора 4 опорной частоты будет в момент, когда на его выходе уже формируется пауза, следующая за импульсом, переключившим Q-выходы счетчика 1 в состояние О, которая и сохранится во время действия импульсов на обоих входах генератора 4 опорной частоты.

При еще меньшем значении Т0 прерывание работы генератора 4 опорной частоты будет в момент, когда на его выходе снова формируется импульс (снова появляется 1), следующий за импульсов, переключившим Q-выходы счетчика 1 в состояние О, т.е. Q-выходы счетчика 1, переключенные в состояние через Т0 снова переключаются, но уже в состояние 1, так как это соответствует его максимально-возможному коду. В момент появления импульса формирователя 6 на выходе элемента ИЛИ 2 осуществлена запись кода N в счетчик 1, в результате чего на его Q-выходах сохраняется Г.

Рассматриваемый генератор импульсов позволяет получить непрерывную шкалу из0

менения регулируемой части периода от нуля до ее максимального значения при любом количестве периодов импульсов генератора 4 опорной частоты, начиная от нуля, что неприемлемо для прототипа.

Если рассматриваемый генератор и прототип реализовать на одной элементной базе, а именно на ЭСЛ интегральных схемах, то максимальная частота генерируемых импульсов в предлагаемом генератора больше на 20-30%.

Формула изобретения

Генератор импульсов, содержащий счетчик импульсов, элемент ИЛИ, регулируемую линию задержки, генератор опорной частоты и триггер, вход установки которого соединен с выходом регулируемой линии

задержки, а выход - с первым входом генератора опорной частоты, информацинные входы счетчика импульсов подключены к шине управления кодом, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона

генерируемых частот в сторону высоких частот, в него введены первый и второй формирователи коротких импульсов, при этом прямой выход триггера соединен с входом управления режимом работы счетчика импульсов, информационные выходы которого, соединенные друг с другом по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ, соединены с входом второго формирователя коротких импульсов, выход которого соединен с входом

сброса триггера и вторым входом генератора опорной частоты, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, а второй вход - с входом

регулируемой линии задержки и выходом первого формирователя коротких импульсов, вход которого подключен к прямому выходу триггера и выходной шине.

s, ч,

LJ

VI Si SJ

L

Устройство относится к импульсной технике, в частности к управляемым цифровым методом мультивибраторам. Сущность изобретения: устройство содержит счетчик 1 импульсов, элемент ИЛИ 2, регулируемую линию 3 задержки, генератор 4 опорной частоты, RS-триггер 5, первый и второй формирователи 6 и 7 коротких импульсов, шину 8 управления кодом, выходную шину 9 с соответствующими связями. 3 ил.

l

1

N с

$

%j

-U

U

rr

С S

B