Генератор импульсов Советский патент 1993 года по МПК H03K3/03 H03K3/86 

8

ъс

ь

и

4ZHZh

Фиг.1

00

со

(Л

ел ю

XI

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

Широко известны мультивибраторы, построенные на основе триггера с цепями обратной связи в виде элементов задержки между его прямым и инверсным выходами и соответствующими входами,

В таких схемах длительность и пауза генерируемых импульсов определяются элементами задержки, (Для упрощения анализа собственными задержками триггеров и логических элементов в первом приближении можно пренебречь). Вот почему довольно простыми являются устройства, рассчитанные на генерацию одной частоты следования импульсов, в которых используются элементы задержки с одной фиксированной величиной задержки,

Эти устройства значительно усложняются и становятся более громоздкими, когда необходимо обеспечить широкий диапазон регулирования частоты, так как для этого требуется большое количество коммутируемых элементов задержки. Это особенно существенно для прецизионных устройств, в которых элементы задержки выполняются на откалиброванных отрезках коаксиального кабеля, длина которых может быть довольно большой, так как задержка t м кабеля составляет всего 5 не.

Этот недостаток удается устранить путем применения вместо особенно громоздких элементов больших задержек последовательно соединенных генераторов опорной частоты (ГОЧ) и счетчика (СМ) с регулируемым коэффициентом счета Кеч, которые формирую задержку t3, равную

равлять можно только частью периода (А Т), так как собственные задержки элементов схемы создают постоянную составляющую периода (Тпост).

Т ТПост+ AT

(2)

Величина AT изменяется от 0 до ее максимального значения. Следовательно при Ю получаем максимальную частоту (fmax).

.fmax-

1

О)

Наиболее близким устройством к заявляемому является генератор импульсов. Этот генератор содержит ГОЧ, СЧ, работающий в режиме вычитания, схему ИЛИ, D- триггер и элемент регулируемой задержки

(ЭРЗ).

Генератор представляет собой D-трип- rep с двумя цепями задержанной обратной связи: первая цепь между Q-выходом и S- входом, а вторая - между Q-выходом, являющимся выходом генератора и его D-BXO- дом.

Первая цепь формирует паузу (tn), а вторая - длительность (tM) выходного сигнала. Для нормальной работы генератора необходимо выполнять условие:

,

(4).

чтобы исключить одновременное воз- 35 действие сигналов по обоим управляющим входам триггера. Учитывая влияние собственных задержек схемы, получим

4Q

tn t°33+t33+t013(S) ,

(5),

Использование: в области импульсной техники для проверки электронных блоков и интегральных схем. Сущность изобретения: в генераторе импульсов, содержащем счетчик 1, элемент регулируемой задержки 2, генератор опорной частоты 3, элемент ИЛИ 4, за счет введения формирователя импульсов 5 и инвертора 6 обеспечивается расширение диапазона генерируемых импульсов в сторону высоких частот. 3 ил.

ta-Ксч То,

(1)

где То - период следования импульсов ГОЧ, ГОЧ и СЧ позволяют получать как фиксированную, так и регулируемую задержку, когда схема СЧ легко позволяет изменять Кеч под действием управляющих сигналов. Очень удобны для быстрого изменения Кеч без всякой коммутации элементов интегральные счетчики с установочными входами. При их работе в составе мультивибратора в каждый период генерируемых импульсов необходимо устанавливать СЧ в состояние, соответствующее нужному количеству подсчитываемых импульсов, то есть нужному Кеч.

В таких генераторах управление частотой (f) осуществляется путем управления величиной периода (Т). Строго говоря, упгде t эз - постоянная составляющая задержки ЭРЗ, от которой никак не избавится, так как она зависит от собственных задержек коммутационных и др. элементов ЭРЗ,

Газ - изменяемая часть задержки ЭРЗ,

t 3(5} - задержка переключения триггера из состояния О в состояние 1 сигналом по S-входу, которая имеет постоянную величину (влияние величины питающего напряжения и температуры не учитываем).

В зависимости от схемотехнического решения ГОЧ, он может с приходом управляющего напряжения формировать импульсы, начиная либо с паузы, либо с длительности.

В первом случае, который иллюстрирует фиг, 1, при любом записанном в СЧ коде N получаем

N+tn{r04}-H3(r04)+tt03(C),(6),

где То - период импульсов ГОЧ, tn(ro4) - пауза импульсов ГОЧ: ta(ro4) - задержка появления импульса на выходе ГОЧ по отношению к сигналу управления на его выходе;

t103(c) - задержка переключения триггера из состояния 1 в состояние О сигналом по С - входу,

Только первое слагаемое (То N) в выражении (6) является изменяемой (регулируемой) частью tn. Сумма же всех остальных слагаемых является постоянной составляющей т.н. Учитывая комментарии к выражениям (2), (5) и (6), можно выразить изменяемую часть периода как

AT t33+T0N

При этом А Т изменяется от 0 до ее максимального значения, определяемого разрядностью СЧ.

При использовании ЭСЛ интегральных схем при условие (4) для всех значений t33 не выполняется, и поэтому величину изменения tn. а следовательно и Т, за счет 1Эа в пределах (0-Т0) получить не удается. А вот при N 1 условие (4) выполняется и приращение tn регулируется в пределах (0-Т0). Следовательно, при переходе от к наблюдается разрыв шкалы ДТ, и поэтому для обеспечения непрерывного регулирования А Т от 0 до его максимального значения необходимо брать N 1,

Если же ГОЧ начинает формировать сигналы с длительности, то

N+t3(r04)+t103(C)(8)

В этом случае для , т.е. когда СЧ постоянно находится в обнуленном состоянии, условие (4) не выполняется.

Очень часто в прецизионных устройствах применяются управляемые дискретные ЭРЗ, что приводит к невыполнению условия (4) и при , так как toss у этого ЭРЗ заметно больше, чем у управляемого аналогового ЭРЗ. Следовательно, непрерывное регулирование Т при использовании такового ГОЧ может быть получено при N 2.

Таким образом, прототип даже в самом благоприятном случае, когда его ГОЧ начинает формировать сигналы с паузы, имеет довольно большую постоянную составляющую периода (Тпост), что заметно уменьшает частоту генерируемых импульсов. И это все является существенным недостатком схемы-прототипа.

Целью изобретения является расширение диапазона генерируемых частот (в сторону высоких частот).

Управление режимами записи исходного состояния и счета у разных интегральных СЧ осуществляется по-разному. Во почему схемы устройств, построенных на основе 5 разных интегральных СЧ. могут существенно отличаться друг от друга.

Необходимо отметить, что для высокочастотных устройств имеют значение и собственные задержки элементов схемы,

10 которые ограничивают частоту генерируемых импульсов. Вот почему для увеличения частоты необходимо бывает применять самые быстродействующие элементы, среди которых наиболее популярны серии

15 интегральных схем, выполненные по ЭСЛ технологии. Предлагаемое устройство реализуется на основе СЧ ЭСЛ серии (микросхемы К500ИЕ136, К500ИЕ137 или их аналоги).

20 Цель достигается тем, что в генератор импульсов, содержащий схему ИЛИ, генератор опорной частоты, элемент регулируемой задержки и счетчик, установочные входы которого подключены к шине управ25 ления кодом, а все его Q-выходы, соединенные друг с другом по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ, соединены с его же входом управления режимом работы, введены формирователь импульса по перепаду напряжения и

30 инвертор, при этом Q-выходы счетчика соединяются со входом элемента регулируемой задержки и входом инвертора, выход которого соединен со входом генератора опорной частоты, подключенного своим выходом

35 к первому входу схемы ИЛИ, выход которой соединен со счетным входом счетчика, а его второй вход - с выходом формирователя импульса по перепаду напряжения, вход которого подключен к выходу элемента регу40 лируемой задержки.

Благодаря введенным в схему генератора импульсов формирователю импульса по перепаду напряжения и инвертору удается расширить диапазон генерируемых частот

45 (в сторону высоких частот).

От отечественного генератора импульсов 13 СИ 108 - 002 предлагаемое устройство отличается возможностью автоматического управления генерируемой частотой

50 импульсов, более высокой точностью задания этой частоты и ее более высокой стабильностью.

На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, а на

55 фиг, 3 - его временные диаграммы.

Генератор импульсов включает в себя счетчик Т, элемент регулируемой задержки 2, генератор опорной частоты 3, схему ИЛИ 4, формирователь и лпульса по перепаду напряжения 5, инвертор 6 и шину управления кодом 7.

При этом у счетчика 1 установочные входы подключены к шине управления кодом 7, счетный вход - к выходу схемы ИЛИ 4, а вход управления режимом работы - к его Q-выхо- дам, которые соединены между собой по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ, ко входу элемента регулируемой задержки 2 и ко входу инвертора б, выход которого подключен ко входу генератора опорной частоты 3. Выход схемы ИЛИ 4 подключен к счетному входу счетчика 1, ее первый вход подключен к выходу генератора опорной частоты 3, а второй вход - к выходу формирователя импуль- са по перепаду напряжения 5, вход которого соединен с выходом элемента регулируемой задержки 2.

Генератор работает следующим образом,

Когда состояние счетчика 1 выражается кодом не равным нулю, на его объединенных Q-выходах и на входе управления режимом работы присутствует 1. Это означает, что счетчик 1 находится в режиме обратного счета (вычитания), и на его счетный вход через схему ИЛИ 4 поступают импульсы генератора опорной частоты 3. При этом его предварительно записанный код N последовательно уменьшается на единицу до тех пор, пока на счетный вход счетчика 1 не поступит импульс, и на его объединенных Q-выходах не появится О, переводящий счетчик 1 в режим записи кода. Именно с этого момента и начинаются диаграммы (См. фиг. 3).

При этом уровень 1 с выхода инвертора 6 поступает на вход генератора опорной частоты 3, прерывая его работу, устанавливая при этом нз его выходе О независимо от его предшествующего состояния.

На фиг. 3 предшествующее состояние этого выхода . Это состояние зависит от соотношения величины периода импульсов генератора опорной частоты 3 и величи- ны суммы собственных задержек элементов схемы и задержки элемента регулируемой задержки 2, что хорошо иллюстрирует фиг. 3. То есть, на фиг. 3 показан случай прерывания работы генератора опорной частоты 3 в тот момент, когда его импульс, переключающий Q-выходы счетчика 1 в состояние О, еще не закончился,

При несколько меньшем значении Т0, чем показано на фиг. 3, прерывание работы генератора опорной частоты 3 возможно в момент, когда на его выходе уже формируется пауза, следующая за импульсом переключившим Q-выходы счетчика 1 в

состояние О, которое и сохранится во время действия импульса инвертора 6.

А при еще меньшем значении Т0 возможен случай прерывания работы генератора опорной частоты 3 в момент, когда на его выходе снова будет формироваться импульс (снова появится 1), следующий за импульсом, переключившим Q-выходы счетчика в состояние О. То есть, Q-выходы счетчика 1, переключенные в состояние О, через Т0 снова переключатся, но уже в состояние 1й, так как это будет соответствовать его максимально-возможному коду. В момент же появления импульсов формирователя 5 на выходе схемы ИЛИ 4 будет осуществлена запись кода N в счетчик 1, в результате чего на его Q-выходах сохранится 1.

Спустя некоторое время с момента обнуления выхода генератора опорной частоты 3 на втором входе схемы ИЛИ 4 появится импульс формирователя 5, местоположение которого на диаграмме определяет элемент регулируемой задержки 2, который задерживает прохождение перепада из состояния 1 в состояние О с Q-выходов счетчика 1 на вход формирователя 5, При этом импульс формирователя 5 беспрепятственно через схему ИЛИ 4 проникает на счетный вход счетчика 1, осуществляя по своему переднему фронту запись кода Ы, установленного на шине управления кодом 7, в счетчик 1, при этом счетчик 1 переводится в режим обратного счета, так как на его Q-выходах, а следовательно и входе управления режимом работы, появится 1. Далее эта 1 поступает на инвертор 6, на выходе которого формируется О, обеспечивающий включение генератора опорной частоты 3. Импульсы этого генератора беспрепятственно начинают через схему ИЛИ 4 проходить на счетный вход счетчика 1, так как импульс формирователя 5 не может помешать этому потому, что он к этому моменту уже закончился. Следовательно, при этом счетчик 1 ведет обратный счет (вычитание) импульсов.

На фиг, 3 хорошо видно, что соответствует генерации одного полного периода импульсов генератора опорной частоты 3. Дело в том, что генератор опорной частоты 3 в момент включения сразу же начинает формировать импульс, «оторый своим передним фронтом в самом начале периода уменьшит состояние счетчика 1 на единицу. А по окончании первого периода в момент появления второго импульса счетчик 1 уменьшит свое состояние еще на одну единицу. То есть, всегда при записанном в счетчик коде N количество периодов импульсов генератора опорной частоты 3, которое необходимо для обнуления Q-выходов счетчика 1, будет равно (N-1).

Учитывая это, в соответствии с фиг. 3 можно вывести обобщенное выражение для периода генерируемых импульсов Т:

T t03p3+t3p3+t3(a n}+2t3{i/mi/i)+2t3(c4)+

+ t3(HE)+t3(r04)+(N-1) To(9),

где То-период импульсов генератора опор- ной частоты 3;

N - код, записываемый в счетчик 1;

(N-1) Т0 - длительность, соответствующая запрограммированному количеству периодов импульсов генератора опорной частоты 3;

1°эрз - постоянная составляющая задержки элемента регулируемой задержки 2, величина которой определяется собственными задержками элементов его схемы (при дискретном управлении - это элементы коммутации, а при аналоговом.- компаратор и следующие за ним элементы);

taps - регулируемая часть задержки элемента регулируемой задержки 2, которая изменяется в пределах (0-Т0);

13(ФП) - задержка формирования сигнала формирователем 5 по отношению к его входному перепаду;

Цили)-- задержка импульсов формиро- вателя 5 и генератора опорной частоты 3 схемой ИЛИ 4;

Хз(сч) задержка переключения объединенных Q-выходов счетчика 1 из одного состояния в другое по отношению к пере- ключзющему перепаду на его счетном входе;

1з{НЕ} - задержка сигналов инвертором 6;

t3(ro4) - задержка формирования перво- го импульса генератора опорной частоты 3 по отношению к управляющему сигналу.

В выражении (9) есть слагаемое 21з(или), так как за период схема ИЛИ 4 сначала задерживает сигнал записи кода, поступающего с формирователя 5, а потом - серию импульсов генератора опорной частоты 3 в режиме обратного счета.

Аналогично можно сказать про слагаемое 2г3(сч), так как за период Q-выходы счетчика 1 переключается дважды с задержкой t3(C4).

Из всех составляющих периода Т в соответствии с выражением (9) только 1зрз и (N-1) Т0 являются регулируемыми. Остальные же составляющие являются постоянными, и их сумма определяет минимально возможную величину периода, которая соответствует максимальной частоте генерируемых импульсов. Управление частотой осуществляется в этом генераторе путем изменения величины t3P3 и (N-1) Т0.

Предлагаемый генератор импульсов позволяет получить непрерывную шкалу изменения регулируемой части периода от нуля до ее максимального значения при любом количестве периодов импульсов генератора опорной частоты 3, начиная от нуля, что неприемлемо для прототипа.

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

Формула изобретения Генератор импульсов, содержащий элемент ИЛИ, генератор опорной частоты, элемент регулируемой задержки и счетчик, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона генерируемых частот, в него введены формирователь импульсов и инвертор, выходы счетчика соединены друг с другом по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ и подключены к входу управления режимом работы счетчика, к входу элемента регулируемой задержки и к входу инвертора, выход которого через генератор опорной частоты соединен с одним из входов элемента ИЛИ, другой вход которого через формирователь импульсов соединен с выходом элемента регулируемой задержки, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика. . установочные входы которого соединены с шиной управления кодом.

&

-i

С :s

е