Генератор импульсов

 

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, элемента задержки 6 и элемента ИЛИ 7 обеспечивается расширение диапазона генерируемых импульсов (в сторону высоких частот). 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 К 3/03, 3/86

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4954013/21 (22) 28.06.91 (46) 23.08.93. 5юл. М 31 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт ".Электронстандарт" (72) Т.Н.Дроздова и М.С,Козлов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1283951, кл. Н 03 К 3/86, 1988, Авторское свидетельство СССР

N. 1550602, кл. Н 03 К 3/86, 1990.

„,, Я „„1835596 А1 (54} ГЕ Н Е РАТОР И М ПУЛ Ь С0 В (57) 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, элемента задержки 6 и элемента

ИЛИ 7 обеспечивается расширение диапазона генерируемых импульсов (a сторону высоких частот). 3 ил.

1835596 личиной периода (Т). Строго говоря, управлять можно только частью периода (ЛТ), так как собственные задержки элементов схемы создают постоянную составляющую периода (Тпост).

Т=Тпост+ A Т (2) (3) 1

15 твах=

Тпост (4) ти>ь

1р=Ксч To q (1) где т ээ — постоянная составляющая задер0 жки ЭРЗ, от которой никак не избавится, так где То — период следования импульсов 45 как она зависит от собственных задержек

ГОЧ, ГОЧ и СЧ позволяют получать как фик- коммутационных и др. элементов ЭРЗ, сированную, так и регулируемую задержку. «@ — изменяемая часть задержки ЭРЗ, когда схема СЧ легко позволяет изменять 3(s) — задержка переключения триггеК„под. действием управляющих сигналов. ра из состояния "0" в состояние "1" сигнаОчень удобны для быстрого изменения 50 лом по S-входу, которая имеет постоянную Ксч безо всякой коммутации элементов величину(влияние величины питающего наинтегральные счетчики с установочными пря>кения и температуры не учитываем). входами. При их работе в составе мульти- В зависимости от схемотехнического вибратора в каждый период генерируемых решения ГОЧ, он может с приходом управляимпульсов необходимо устанавливать СЧ в 55 ющего напряжения формировать импульсы, состояние, соответствующее нужному коли- начиная либо с паузы, либо с длительности. честву подсчитываемых импульсов, то есть В первом случае, который иллюстрирует нужному Ксч. фиг. 1, при любом записанном в СЧ коде N

8 таких генераторах управление часто- получаем той f осуществляется путем управления веИзобретение 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 1 м кабеля составляет всего 5 нс, Этот недостаток удается устранить путем применения вместо особенно громоздких элементов больших задержек последовательно соединенных генератора опорной частоты (ГОЧ) и счетчика (СЧ) с регулируемым коэффициентом счета Ксч, которые формируют задержку ta, равную

Величина ЛТ изменяется от 0 до ее мак10 симального значения, Следовательно при

Ь Т=О получаем максимальную частоту (max) Наиболее близким устройством к заявляемому является генератор импульсов, который взят s качестве прототипа. Этот

20 генератор содер>кит ГОЧ, СЧ, работающий в режиме вычитания, схему ИЛИ, 0-триггер и элемент регулируемой задержки (ЭРЗ).

Генератор представляет собой 0-триггер с двумя цепями задержанной обратной связи: первая цепь между Q-выходом и Sвходом, а вторая — между Q-выходом, являющимся выходам генератора и его Р-входом, Первая цепь формирует паузу (to), а вторая — длительность (т.) выходного сигнала.

Для нормальной работы генератора необходимо выполнять условие: чтобы исключить одновременное воздействие сигналов по обоим управляющим входам триггера. Учитывая влияние собственных задержек схемы, получим

Zn=t 93+тзз+1 3(SI, о от (5) 1835596 ти=То 4+тп(ГОЧ)+тз(ГОч)+1 з(с)

10 (6), где To — период импульсов ГОЧ. тл(гоч) — пауза импульсов ГОЧ, тз(гоч) — задержка появления импульса 5 на выходе ГОЧ по отношению к сигналу управления на его входе, s(c) — задержка переключения тригге1о ра из состояния "1" в состояние "0" сигналом по С-входу. 10

Только первое слагаемое (То N) в выражении (6) является изменяемой (регулируемой) частью М Сумма же всех остальных слагаемых является постоянной составляющей ти Учитывая комментарии к выражени- 15 ям (2), (5) и (6), можно выразить изменяемую часть периода как

ЛТ.=. .таз+То N (7) 20

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

При использовании ЭСЛ интегральных схем при N=O условие (4) для всех значений 25

t 3 не выполняется, и поэтому величину изменения тл, а следовательно и Т, за счет тзз в пределах (Π— То) получить не удается. А вот при N 1 условие (4) выполняется и приращение тл регулируется в пределах (Π— То). 30

Следовательно, при переходе от N--0 к И=1 наблюдается "разрыв" шкалы ЛТ; и поэтому для обеспечения непрерывного регулирования Л Т от 0 до его максимального значения необходимо брать N > 1. 35

Если же ГОЧ начинает формировать сигналы с длительности, то ти=Тî N+t3(co !)+t з(с) о (8) 40

В этом случае для N=0, то есть, когда СЧ постоянно находится в "обнуленном" состоянии, условие (4) не выполняется.

Очень часто в прецизионных устройствах применяются управляемые дискретные. 45

ЭРЗ, что приводит к невыполнениюусловия (4) и при N=1, так как t зз у этого ЭРЗ замето но больше, чем у управляемого аналогового

ЭРЗ. Следовательно, непрерывное регулирование Ь Т при использовании такового

ГОЧ может быть получено при К» 2, Таким образом, прототип даже в самом благоприятном случае, когда его ГОЧ начинает формировать сигналы с паузы, имеет довольно большую постоянную составляю- 55 щую периода (Тп,с,), 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, Вот почему схемы устройств, построенных на основе разных интегральных СЧ, могут существенно отличаться друг от друга.

Необходимо отметить, что для высокочастотных устройств имеют значение и собственные задержки элементов схемы, которые ограничивают частоту генерируемых импульсов. Вот почему для увеличения частоты необходимо бывает применять самые быстродействующие элементы, среди которых наиболее популярны серии интегральных схем, выполненные по

ЭСЛ технологии. Предлагаемое устройство реализуется на основе СЧ ЭСЛ серии (микросхемы К500ИЕ136, К500ИЕ137или их аналоги).

Поставленная цель достигается тем, что в генератор импульсов, содержащий схему

ИЛИ, генератор опорной частоты, элемент регулируемой задержки и счетчик, установочные входы которого подключены к шине управления кодом, а все его С-выходы. соединенные друг с другом по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ, соединены с его же входом управления режимом работы, введены формирователь импульса по перепаду напряжения, элемент задержки и вторая схема ИЛИ, при этом Q-выходы счетчика соединяются со входом элемента регулируемой задержки, выход которой соединен со входом формирователя импульса по перепаду напряжения, подключенного своим выхо дом ко входу элемента задержки и к первому входу второй схемы ИЛИ, второй вход которой соединяется с выходом элемента задержки и первым входом первой схемы

ИЛИ, а выход — co входом генератора опорной частоты, выход которого соединяется со вторым входом первой схемы ИЛИ, выход которой подключен к счетному входу счетчика, Благодаря введенным в схему генератора импульсов формирователю импульса по перепаду напряжения, элементу задержки и второй схеме ИЛИ удается расширить диапазон генерируемых частот (в сторону высоких частот).

От отечественного генератора импульсов 13СИ108-002 предлагаемое устройства отличается возможностью автоматического управления генерируемой частотой импульсов, более высокой точностью задания этой частоты и ее более высокой стабильностью.

1835596

10

55

На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, а на фиг, 3 — его временные диаграммы, Генератор импульсов включает в себя счетчик 1, элемент регулируемой задержки

2, генератор опорной частоты 3, первую и вторую схемы ИЛИ 4 и 7 соответственно. формирователь импульса по перепаду напряжения 5, элемент задержки б и шину управления кодом 8, При этом у счетчика 1 установочные входы подключены к шине управления .кодом

8, счетный вход — к выходу первой схемы

ИЛИ 4, а вход управления режимом работы — к его Q-выходам, которые соединены между собой по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ, и ко входу элемента регулируемой задержки 2, выход которого подключен к входу формирователя импульса по перепаду напряжения 5, подключенного своим выходом ко входу элемента задержки 6 и к первому входу второй схемы ИЛИ 7. Второй вход второй схемы ИЛИ 7 соединен с выходом элемента задержки 6 и с первым входом первой схемы ИЛИ 4, а выход — со входом генератора опорной частоты 3, выход которого соединен со вторым входом первой схемы . ИЛИ 4.

Устройство работает следующим образом, Когда состояние счетчика 1 выражается кодом, не равным нулю, на его обьединенных Q-выходах и на входе управлением режимом работы присутствует "1", Это означает, что счетчик 1 находится в режиме обратного света (вычитания), и на его счетный вход через первую схему ИЛИ 4 поступают импульсы генератора опорной частоты 3. При этом его предварительно записанный код 1 последовательно уменьшается на единицу до тех пор, пока на счетный вход счетчика t не поступит N-ный импульс, и на его обьединенных Q-выходах не появится

"0", переводящий счетчик 1 в режим записи кода, Именно с этого момента и начинаются диаграммы (См. фиг. 3).

Этот уровень "0" задерживается элементом регулируемой задержки 2 и поступает на вход формирователя импульса по перепаду напряжения 5, на выходе которого появится короткий импульс. Этот импульс, проходя через вторую схему ИЛИ 7, прерывает работу генератора опорной частоты 3, на выходе которого устанавливается "0" независимо от его предшествующего состояния (на фиг. 3 предшествующее состояние этого выхода "1"), Так как импульс формирователя импульса по перепаду напряжения 5 г1оступает на первый вход второй схемы

ИЛИ 7 непосредственно, а на второй ее вход — через элемент задержки 6 с некоторым запаздыванием, то выходной сигнал второй схемы ИЛИ 7 будет шире каждого из его входных импульсов. Он начнется в момент начала импульса на первом входе второй схемы ИЛИ 7 и закончится в момент окончания импульса на его втором входе, Импульс с выхода элемента задержки 6 поступает на.первый вход первой схемы

ИЛИ 4, когда на выходе генератора опорной частоты 3 уже установлен "0", что позволяет ему беспрепятственно появиться на счетном входе счетчика 1, осуществляя в него запись кода N, установленного на шине управления кодом 8. При этом счетчик 1 переводится в режим обратного счета, так как на

его объединенных Q-выходах появится "1".

И после этого, как только закончится импульс на входе генератора опорной частоты

3, с его выходе генерируемые импульсы через первую схему ИЛИ 4 будут поступать на счетный вход. счетчика 1, последовательно уменьшая его код с N до нуля. Препятствий со стороны элемента задержки 6 для прохождения импульса генератора опорной частоты 3 через первую схему ИЛИ 4 не будет, так как его импульс заканчивается раньше импульса на входе генератора опорной частоты 3, Как было сказано выше, на фиг. 3 показан случай прерывания работы генератора опорной частоты 3 в тот момент, когда его импульс, переключивший Q-выходы счетчика 1 в состояние "0", еще не закончился.

При несколько меньшей величине То, чем показано на фиг, 3, прерывание работы генератора опорной частоты 3 будет происходить в момент, когда на его выходе уже формируется пауза, следующая за импульсом, переключившим Q-выходы счетчика 1 в состояние "0", которая и сохранится во время действия импульса второй схемы ИЛИ 7 на его входе, А при еще меньшей величине Тр прерывание работы генератора опорной частоты 3 наступит в момент, когда на его выходе снова будет формироваться импульс (снова появится "1"). следующий за импульсом, переключившим Q-выходы счетчика 1 в состояние "0". То есть, Q-выходы счетчика 1, переключенные в состояние "0", через То снова переключатся, но уже в состояние "1, так как в счетчике 1 при этом устанавливается максимально-возможный код.

В момент же появления импульса элемента задержки 6 на выходе первой схемы

ИЛИ 4 будет осуществлена запись кода N в счетчик 1, в результате чего на его 0-выходах сохранится "1", Необходимо отметить, что счетчик 1 уже в момент появления переднего фронта пер1835596

10 вого импульса генератора опорной частоты

3 уменьшит свое состояние на единицу, В момент же окончания первого периода импульса этого генератора 3 (момеит появления второго импульса) счетчик 1 еще раз уменьшит свое состояние на единицу, Следовательно, при записанном в счетчике 1 коде И на его Q-выходах появится "0" через (N-1) период импульсов генератора опорной частоты 3.

Если считать выходом генератора объединенные Q-выходы счетчика 1, то с учетом собственных задержек элементов схемы период Т можно выразить так:

T=t эРЗ+13РЭ+тз(Фп)+ эз+тфп+тз(или2)+ о

+1з(гоч)+ э(или 1)+(И-") То+та(сч), (9) где То — период импульсов генератора опорной частоты 3, N — код, записываемый в счетчик 1, (N 1)Т вЂ” длительность. соответствующая запрограммированному количеству периодов импульсов генератора опорной частоты 3, t3p3 — постоянная составляющая задержки элемента регулируемой задержки

2, величина которой определяется собственными задержками элементов схемы (при дискретном управлении — это элементы коммутации, а при аналоговом-компаратар и следующие за иим элементы), t3p3 — изменяемая часть задержки элемента регулируемой задержки 2, которая изменяется в пределах (о — Т ), t (en) — задержка формирования сигнала формирователем импульса по перепаду напрях<еиия 5 по отношению к его входному перепаду, Ьз — задержка элемента задержки 6.

ten — длительность импульса формирователя импульса по перепаду напряжения 5, 1з(или ) — задерн<ка сигналов первой схемой ИЛИ 4, тз(или2) — задержка сигналов второй схемой ИЛИ 7, 20

30 сравнению со схемой прототипом, построенной на той же элементной базе, позволяет повысить максимальную частоту генерируемых импульсов на 20 — 30 .

Формула изобретения

Генератор импульсов. содержащий первый элемент ИЛИ, генератор опорной частоты, элемент регулируемой задержки и счетчик, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона генерируемых частот. в него введены формирователь импульсов, элемент задержки и второй элемент ИЛИ. выходы счетчика соединены друг с другом по схеме МОНТАЖНОЕ ИЛИ и подключены к входу управления режимом работы счетчика и к входу элемента регулируемой задержки, выход которого через формирователь импульсов соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ и через элемент задержки — с выходом формирователя импульсов, выход второго элемента ИЛИ через генератор опорной частоты соединен с другим входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом счетчика, установочные входы которого соединены с шиной управления кодом, тз(гоч) — задержка формирования первого импульса генератора опорной частоты 3 по отношению к управляющему сигналу на его входе, t3(cB) — задержка переключения объединенных Q-выходов счетчика 1 из состояния

"1" в состояние "0" по отношению к переключающему перепаду импульса иа его счетном входе.

10 Из всех составляющих Т в соответствии с выражением (9) только t3p3 и (N 1) То являются регулируемыми. Остальные же составляющие являются постоянными, и их сумма определяет минимально возможную величину периода, которая соответствует максимальной частоте генерируемых импульсов.

Предлагаемый генератор импульсов реализуется иа ЭСЛ интегральных схемах и по

1835596

5 вп> к ьпМ

ЮР ОР ГО

Фиг. g

Редактор

Заказ 2985 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101

0- Юлмг ригира

Rbixod сiепы /fill

Составитель Т. Дроздова

Техред M.Mîðråíòàë Корректор М. Андрушенко