Способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска



H03K3/00 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2785070:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в прецизионных генераторах импульсов. Технический результат - уменьшение аппаратных затрат, а также повышение точности фазовой привязки тактовых импульсов опорного генератора к импульсу внешнего запуска, что позволяет с высокой точностью формировать из них задержки любой длительности, отсчитываемые от внешнего импульса запуска. Для этого способ состоит в запоминании текущего положения фронта тактового импульса, распространяющегося в многоотводной линии задержки в триггерах в момент прихода импульса внешнего запуска. При этом активный триггер (сохранивший положение фронта тактового импульса) коммутирует тактовый импульс с одного из выводов многоотводной линии задержки на вход элемента логического суммирования, на выходе которого и присутствуют привязанные по фазе к импульсу внешнего запуска тактовые импульсы. 2 ил.

 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в прецизионных генераторах импульсов.

В прецизионных генераторах импульсов, предназначенных для генерирования последовательностей импульсов с задаваемыми временными параметрами: длительностью, временной задержкой и периодом повторения, возникает проблема фазовой привязки, генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. Это означает, что отсчёт любых временных параметров генерируемой последовательности импульсов осуществляется относительно импульса внешнего запуска.

Обычно генераторы импульсов строятся как цифровые устройства, и имеют свой точный тактовый генератор. Если в качестве источника сигнала синхронизации выбирается встроенный источник тактовых импульсов, то временные параметры генерируемых импульсов кратны периоду тактовых импульсов, а погрешность их установки определяется в основном погрешностью периода тактовых импульсов. Однако при синхронизации от внешнего импульса запуска, который никак не привязан к тактовым импульсам самого генератора, погрешность привязки к импульсу внешнего запуска может варьироваться в пределах одного периода тактовых импульсов. Для исключения этой вариативности положение тактового импульса относительно импульса внешнего запуска должно быть одним и тем же, то есть задержка фронта тактового импульса должна быть постоянной относительно фронта импульса внешнего запуска.

Известно устройство [Патент RU №2256290 МПКH03L3/00. Устройство фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. 05.05.2003г.], в котором реализуется способ фазовой привязки, сущность которого состоит в преобразовании задержки между импульсом внешнего запуска и предшествующим ему тактовым импульсом в пропорциональное напряжение и, далее, с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровой код, сохранении его в виде цифрового кода и последующем обратном преобразовании сохранённого цифрового кода в уровень напряжения с помощью цифро-аналогового преобразователя и, далее, преобразовании напряжения в задержку всех последующих тактовых импульсов. Из задержанных тактовых импульсов формируются последовательности выходных импульсов прецизионного генератора с заданными временными параметрами – задержкой от начала периода, задержкой между парными импульсами, длительностью импульсов, периодом повторения.

Формирование временных параметров (временных интервалов) осуществляется классическими методами с использованием счётчиков тактовых импульсов, регистров, содержащих коды временных параметров, и схем совпадения. Выходные сигналы схем совпадения синхронизируются задержанными тактовыми импульсами. Поэтому медленные изменения их положения относительно импульса внешнего запуска под воздействием дестабилизирующих факторов и дрожание фронтов (джиттер – быстрое изменение положения) приводят к погрешности формирования последовательности импульсов.

Преобразование задержки тактовых импульсов относительно импульса внешнего запуска в напряжение, далее в цифровой код, затем снова в напряжение и, наконец, опять в задержку приводит к накоплению ошибок в длинной цепи преобразований. Кроме того, преобразование временного интервала в напряжение и обратное преобразование осуществляется аналоговыми устройствами на фоне импульсных помех, порождаемых работой цифровых устройств генератора, что также увеличивает погрешность фазовой привязки.

Известен также способ преодоления указанных недостатков [Патент RU № 2447576 МПК H03L7/00. Способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. 29.06.2010 г.], состоящий в прямом преобразовании задержки в цифровой код, сохранении этого кода и последующем преобразовании кода в задержку тактовых импульсов. Преобразование задержки в цифровой код осуществляется сохранением в запоминающем регистре, в момент появления импульса внешнего запуска, выходных сигналов многоотводной линии задержки, по которой распространяется электромагнитная волна тактового импульса. Полученный цифровой код преобразуется дешифратором в сигналы управления мультиплексором, выделяющим лишь один из выходных сигналов многоотводной линии задержки, представляющий собой задержанные тактовые импульсы, привязанные к импульсу внешнего запуска.

Этот способ обеспечивает полный отказ от аналоговых узлов при запоминании и воспроизведении задержки.

Недостатком его является необходимость точного согласования длительности задержки и периода следования тактовых импульсов. Кроме того, тактовые импульсы должны иметь фиксированную скважность, например, равную 2. Поскольку в процессе эксплуатации величина задержки изменяется при воздействии температуры и в результате деградации, а суммарная задержка может быть как меньше, так и больше периода следования тактовых импульсов, то при использовании преобразователя кодов спроектированного под указанные выше условия его работоспособность нарушается, так как во входной последовательности кодов появляются непредусмотренные коды (например, при уменьшении величины задержки количество единиц в коде не равно количеству нулей, а при номинальной величине задержки это равенство соблюдается всегда). Это приводит к неработоспособности устройства при абсолютных изменениях задержки приближающихся, или превышающих задержку одного элемента. Преобразователь кодов возможно спроектировать для работы в заранее заданном диапазоне изменений величины задержки, при этом, при величине задержки менее периода, погрешность синхронизации возрастает на величину равную разности периода тактовых импульсов и длительности задержки. Помимо этого, объём оборудования преобразователя кодов резко увеличивается, а масштабируемость решения, т.е. отсутствие необходимости в перепроектировании устройства при изменении количества отводов многоотводной линии задержки с целью повышения точности синхронизации, отсутствует.

Уменьшение погрешности формирования временных интервалов при изменении длительности суммарной задержки многоотводной линии задержки вследствие влияния технологических факторов и условий эксплуатации, а также исключение сбоев достигается способом, принимаемым в качестве прототипа [Патент RU №2693595 МПК H03L7/00 Способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. 15.03.2018 г.], состоящим в выделении тактового импульса на выводе многоотводной линии задержки, на котором распространяющийся вдоль многоотводной линии задержки тактовый импульс задерживается на минимальный интервал времени по отношению к импульсу внешнего запуска, при этом тактовые импульсы с каждого вывода многоотводной линии задержки делятся однотипными синхронными делителями частоты, запуск которых разрешается по импульсу внешнего запуска, а на входе схемы логического сложения выходных сигналов синхронных делителей частоты тактовые импульсы формируются тем синхронным делителем частоты, на входе тактирования которого появляется фронт импульса с минимальной задержкой относительно импульса внешнего запуска, причем выходной сигнал упомянутого синхронного делителя частоты своим высоким уровнем блокирует фронты выходных сигналов остальных синхронных делителей частоты, при этом блокировка фронтов выходных сигналов остальных синхронных делителей частоты должна продолжаться в течение периода следования импульсов на каждом из выходов многоотводной линии задержки.

Недостаток данного способа состоит в том, для получения синхронизированных тактовых импульсов с частотой равной частоте входных тактовых импульсов необходимо применять умножитель частоты с коэффициентом деления равным коэффициенту деления синхронных делителей частоты. Помимо этого, велик объём оборудования, обусловленный применением умножителя и синхронных делителей частоты. Умножение частоты также увеличивает фазовые шумы на 6 дБ при каждом удвоении частоты. При этом увеличивается джиттер тактовых импульсов.

Технической задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является уменьшение объёма оборудования и повышение точности привязки тактовых импульсов к импульсу внешнего запуска.

Решение задачи обеспечивается запоминанием текущего положения фронта тактового импульса, распространяющегося в многоотводной линии задержки в триггерах в момент прихода импульса внешнего запуска. При этом активный триггер (сохранивший положение фронта тактового импульса) коммутирует тактовый импульс с одного из последующих выводов многоотводной линии задержки на вход элемента логического суммирования, на выходе которого и формируются тактовые импульсы, привязанные по фазе к импульсу внешнего запуска.

Из импульса внешнего запуска формируются два коротких импульса - импульс сброса триггеров и задержанный импульс внешнего запуска. При этом длительность задержанного импульса внешнего запуска выбирается так, чтобы гарантированно сработал хотя бы один триггер.

Импульс сброса переводит триггеры в начальное состояние, блокируя прохождение тактовых импульсов с выходов многоотводной линии на вход элемента логического суммирования.

Задержанный импульс внешнего запуска поступает на информационные входы триггеров, на входы синхронизации которых подаются сигналы с соответствующих выводов многоотводной линии задержки. Поскольку на входы синхронизации триггеров сигналы с выводов многоотводной линии задержки поступают в течение каждого периода тактовых импульсов, то последующее изменение их состояния блокируется до прихода следующего импульса внешнего запуска, из которого формируется сигнал сброса, переводящий триггеры в начальное состояние и подготавливающий их к очередной записи текущего положения фронта тактового импульса.

Длительность задержанного импульса внешнего запуска tЗ, поступающего на информационные входы триггеров, должна превышать сумму задержки одного элемента многоотводной линии задержки ti, времени предустановки данных относительно фронта синхроимпульса tП, и времени удержания данных относительно синхроимпульса tу, т.е.:

t З>ti+tП+tУ.

В зависимости от соотношения задержки одного элемента многоотводной линии задержки и параметров триггера в активное состояние может перейти более чем один триггер, что не нарушит корректного функционирования устройства, поскольку поступающий первым на элемент логического суммирования тактовый импульс блокирует фронты последующих импульсов. Такая ситуация может лишь изменить длительность паузы тактовых импульсов на выходе элемента логического суммирования.

Активные триггеры пропускают на вход элемента логического суммирования тактовые импульсы с вывода многоотводной линии задержки на котором фронт тактового сигнала задержан относительно вывода, подключенного к входу синхронизации активного триггера на интервал, превышающей время установления сигнала на выходе триггера, т.е.

k×ti>tSO,

где k - количество элементов задержки между выводом многоотводной линии задержки, подключенным к активному триггеру, и коммутируемым выводом, ti - задержка одного элемента, tSO - время распространения сигнала от входа синхронизации до выхода триггера.

Такое решение исключает искажение положения фронта первого синхронизированного тактового импульса на выходе элемента логического суммирования.

Это явление имело бы место при коммутировании того же тактового импульса с вывода многоотводной линии задержки, который поступает на вход синхронизации активного триггера, поскольку его фронт оказался бы дополнительно задержанным на время срабатывания триггера в текущем периоде следования тактовых импульсов, а в последующих периодах этого бы не наблюдалось.

Блокировка триггеров от последующих изменений состояния достигается различным способом в зависимости от типа используемого синхронизируемого фронтом/спадом триггера. Например, для JK-триггеров это достигается подачей логического нуля на вход K триггера, а задержанного импульса внешнего запуска на вход J. При этом при высоком уровне задержанного импульса внешнего запуска фронт тактового импульса на входе синхронизации запишет в этот триггер единицу, а последующие фронты тактовых импульсов будут только подтверждать состояние триггера так, как на входах J и K будут присутствовать логические нули, что соответствует режиму хранения. Триггеры, синхронизируемые с других выводов многоотводной линии задержки, будут подтверждать низкий уровень на выходе, поскольку в момент записи на их информационных входах (здесь J) присутствует низкий уровень сигнала (короткий задержанный импульс внешнего запуска ещё отсутствует или уже завершён).

При поступлении нового внешнего импульса запуска все триггеры устанавливаются начальное состояние.

Способ не предъявляет жёстких требований к быстродействию элементной базы, к стабильности длительности задержанного импульса внешнего запуска и требует меньших аппаратных затрат по сравнению с прототипом.

Предлагаемое решение поясняется: фиг. 1 – структурная схема устройства, реализующего способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска; фиг. 2 – временная диаграмма.

Способ реализуется устройством, приведенным на фигуре 1 и состоящим из: многоотводной линии задержки 1; синхронизируемых фронтом D-триггеров 2; логических элементов «ИЛИ» 3; логических элементов «И» 4; элемента логического суммирования 5 («ИЛИ»); одновибраторов 6 и 7 (здесь представлен вариант устройства реализованного на синхронизируемых фронтом D-триггерах).

Тактовые импульсы (CLK) поступают на вход многоотводной линии задержки 1. Выводы многоотводной линии задержки 1 соединены с входами синхронизации C соответствующих триггеров 2, на информационные входы D которых подаётся сигнал с выхода логических элементов «ИЛИ» 3. При этом первые входы логических элементов «ИЛИ» 3 соединены с выходами соответствующих триггеров, а вторые входы объединены вместе и подключены к выходу одновибратора 7. Вход одновибратора 7 соединён со выходом одновибратора 6 и входами начальной установки R триггеров 2, а на вход одновибратора 6 подаётся импульс внешнего запуска «SYNC». Выходы триггеров 2 подключены к первым входам соответствующих логических элементов «И» (они выступают в роли ключей, коммутирующих тактовые импульсы на входы элемента логического суммирования), вторые входы которых подключены к выводам многоотводной линии задержки 1, на которых фронт тактового импульса отстаёт от фронта тактового импульса на входе синхронизации триггера на заданный интервал (на фиг. 1 и фиг. 2 этот интервал равен 2×ti). Выходы логических элементов «И» подключены к входам элемента логического суммирования 5, выход которого является выходом синхронизированных тактовых импульсов «SCLK» .

Устройство работает следующим образом. На вход многоотводной линии задержки 1 поступают тактовые импульсы CLK. Фронт очередного импульса появляется поочерёдно на первом выводе многоотводной линии задержки С1, затем на втором – С2 и т.д. С приходом импульса внешнего запуска «SYNC» одновибратор 6 формирует отрицательный импульс фиксированной длительности, достаточной для сброса триггеров 2 по инверсному входу R (начальное состояние). При этом низкий уровень с выходов триггеров 2 поступает на первый вход логических элементов «ИЛИ» 3, а на объединённых вместе вторых входах логических элементов «И», присоединённых к выходу одновибратора 7, присутствует также уровень логического нуля. Поэтому на выходах триггеров 2 остаётся уровень логического нуля.

По заднему фронту выходного сигнала одновибратора 6 запускается одновибратор 7 и формирует положительный задержанный импульс внешнего запуска длительностью tЗ. При этом на вторых входах и выходах логических элементов «ИЛИ» 3 и, следовательно, входах триггеров (D) устанавливается логическая единица.

Триггер 2, на вход синхронизации (С) которого вовремя интервала tЗ поступает фронт тактового импульса с выхода многоотводной линии задержки, устанавливается в состояние логической единицы (таких триггеров будет 1 или 2). При этом высокий уровень с его выхода поступает на первый вход соответствующего логического элемента «И», что приводит к его блокировке в этом состоянии (фронт очередного тактового импульса подтверждает состояние триггера).

Высокий уровень с выхода этих триггеров поступает на первые входы соответствующих логических элементов «И» 4, а их выходной сигнал будет определяться сигналом на втором входе. В момент появления тактового импульса на этом входе (на фиг. 2 спустя два интервала задержки элемента многоотводной линии задержки) на выходе логического элемента «И» 4 появится тактовый импульс и поступит на вход элемента логического суммирования 5. При этом на его выходе появится привязанный к импульсу внешнего запуска и сдвинутый относительно него на некоторый интервал выходной сигнал «SCLK».

Если окажутся активными два триггера, то второй триггер установится через один интервал задержки элемента многоотводной линии задержки после первого триггера, а на входах элемента логического суммирования будут присутствовать два тактовых импульса сдвинутых относительно друг друга. В момент завершения тактового импульса, управляемого первым из активных триггеров, второй тактовый импульс будет продолжаться в течении одного интервала задержки, что сократит паузу между тактовыми импульсами, но период их останется неизменным. Поскольку активные триггеры заблокированы в состоянии логической единицы до прихода следующего импульса внешнего запуска, то тактовые импульсы будут непрерывно приходить на выход с выбранного отвода многоотводной линии задержки.

Многоотводная линия задержки может быть построена на любой элементной базе. Величина задержки многоотводной линии задержки должна быть равна периоду тактовых импульсов. При этом тактовые импульсы на выходе последнего элемента многоотводной линии задержки (C6) примерно совпадают по фазе с входным сигналом «CLK», а на первом выводе (С1) отстают от него на ti. Поэтому триггер, синхронизируемый с вывода многоотводной линии задержки С5, коммутирует тактовые импульсы с вывода С1, а триггер, синхронизируемый с С6, коммутирует тактовые импульсы с вывода С2. Альтернативный подход потребовал бы введения двух дополнительных выводов линии задержки с выходами С7 и С8, заменяющими тактовые импульсы с выводов С1 и С2, соответственно.

Временная диаграмма устройства (фиг. 2) получена в результате симуляции устройства и иллюстрирует способ фазовой привязки. На диаграмме: С1 … С6 – выходные сигналы многоотводной линии задержки; Q1 …Q6 – выходные сигналы триггеров; CLR – короткий импульс сброса, сформированный из импульса внешнего запуска; SYNC – сформированный из импульса внешнего запуска короткий задержанный импульс, CLK – входные тактовые импульсы (опорный генератор тактовых импульсов является внешним устройством), SCLK – импульсы тактового генератора, привязанные по фазе к импульсу внешнего запуска.

В момент прихода импульса внешнего запуска сформированный из него короткий импульс CLR(выделен окружностью на фиг. 2) сбрасывает все триггеры (на фиг. 2 Q6 и Q1 устанавливаются в нуль, а остальные выходы триггеров и ранее были в состоянии логического нуля).

Левый курсор на диаграмме выделяет фронт тактового импульса С5, синхронизирующего триггер. Поскольку на вход D триггера через логический элемент «ИЛИ» в это время приходит высокий уровень импульса SYNC, то на выходе триггера Q5 устанавливается высокий уровень (через интервал задержки триггера). При этом высокий уровень сигнала Q5 на входе логического элемента «И» разрешает проходить тактовым импульсам с выхода С1 на вход элемента логического суммирования 5 (фиг. 1, фиг. 2).

Правый курсор отмечает фронт тактового импульса С4 на 4-ом выводе многоотводной линии задержки, который синхронизирует триггер во время следующего импульса SYNC. Выходной сигнал Q4 триггера разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода С6 многоотводной линии задержки на вход элемента логического суммирования.

Таким образом, данный способ требует только одного триггера на один вывод многоотводной линии задержки. При использовании универсального JK-триггера отпадает необходимость в логических элементах «ИЛИ», обеспечивающих блокировку D-триггеров. Нет необходимости в использовании умножителя частоты, который вносит дополнительную нестабильность в положение фронтов тактовых импульсов. Если суммарное время задержки многоотводной линии задержки выбрать больше периода тактовых импульсов на величину времени переключения триггера, то его вариации в условиях эксплуатации будут монотонно влиять на величину погрешности привязки тактовых импульсов.

Способ фазовой привязки тактовых импульсов к импульсу внешнего запуска, состоящий в коммутировании тактовых импульсов с одного из выводов многоотводной линии задержки, на котором распространяющийся вдоль неё тактовый импульс задерживается на фиксированный интервал времени по отношению к импульсу внешнего запуска, на соответствующий вход элемента логического суммирования, с выхода которого и снимаются привязанные по фазе тактовые импульсы, отличающийся тем, что положение фронта тактового импульса относительно импульса внешнего запуска сохраняется по этому фронту в триггерах в течение короткого интервала времени, определяемого длительностью сформированного импульса из импульса внешнего запуска, а изменивший своё состояние триггер коммутирует вывод многоотводной линии задержки, на котором фронт тактового импульса отстаёт на превышающий время переключения триггера интервал, при этом возможность изменения состояния триггеров блокируется до следующего импульса внешнего запуска, сформированный из которого импульс сброса устанавливает триггеры в начальное состояние.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам фазовой автоподстройки частоты генераторов. Технический результат – повышение надежности и точности формирования выходного сигнала в условиях возникновения частотных флуктуаций различного рода.

Изобретения относятся к средствам создания электрического гармонического сигнала с заданной высокостабильной частотой. Технический результат - уменьшение габаритов устройства и его энергопотребления.

Изобретение относится к области информационных технологий, в частности, к системе тактовой сетевой синхронизации. Техническим результатом является уменьшение значения максимальной ошибки временного интервала (МОВИ) сигнала синхронизации, поступающего на вход вторично задающего генератора (ВЗГ) за счет вычисления модифицированной максимальной ошибки временного интервала и введения коэффициента памяти модифицированной максимальной ошибки временного интервала сигнала синхронизации.

Изобретение относится к электроэнергетике. Техническим результатом является поддержание заданного среднего значения температуры одного из нагревателей электрической печи сопротивления и средней мощности печи при наименьшем значении мощности, потребляемой из сети, и наибольшем значении коэффициента мощности при автоматическом регулировании спектра частот и амплитуды тока.

Изобретение относится к области информационных технологий, в частности к системе тактовой сетевой синхронизации. Техническим результатом является уменьшение фазовой ошибки сигнала синхронизации.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к компьютерным архитектурам и силовой электронике. Технический результат заключатся в возможности определять оптимальные параметры для достижения синхронного режима в пределах узкого диапазона разности фаз и стабильной работы систем ФАП, повышение помехоустойчивости и улучшение фильтрующих свойств системы.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для получения изменяющейся по произвольному закону частоты выходного сигнала, в том числе и по псевдослучайному. Технический результат - обеспечение возможности синтеза сигнала с устанавливаемыми длительностью, диапазоном, начальной (центральной) частотой, произвольным законом частотной модуляции, в том числе и псевдослучайным и произвольным законом амплитудной модуляции выходного сигнала в пределах выбранной полосы частот.

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к СВЧ-генераторам на транзисторах. Технический результат - усовершенствование малошумящих СВЧ-генераторов.

Данное изобретение относится к квантовым стандартам частоты. Технический результат -повышение надежности работы устройства и обеспечение работы квантового стандарта частоты с меньшей величиной девиации частоты и увеличением отношения сигнал/шум в точке удержания КПН-резонанса.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат - повышение точности оценки фаз многочастотных периодических сигналов в условиях наличия помех.

Изобретение относится к области электронной импульсной и цифровой техники и предназначено для многоканального генерирования двухполярных и/или однополярных импульсов с высокими значениями токов. Технический результат заключается в повышении надежности и расширении функциональных возможностей.
Наверх