Генераторы на логических элементах | Основы электроакустики
Электрические процессы, в мультивибраторах на транзисторах, операционных усилителях, логических элементах, аналогичны. Структурно они также строятся по схемам: 2 транзистора по схеме ОЭ или 2ЛЭ с отрицанием типов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, включенных последовательно. Мультивибратор имеет два временно устойчивых состояния: один ЛЭ (микросхема) закрыт, другой – открыт и наоборот. Параметры времязадающих RC-цепей определяют частоту мультивибратора.
Для построения мультивибраторов на потенциальных логических элементах (ПЛЭ) могут использоваться элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Для многовходовых элементов неиспользуемые входы объединяют, однако при этом возрастает входная емкость и уменьшается входное сопротивление, либо подключают их для элемента И-НЕ на +ЕПИТ, для элемента ИЛИ-НЕ на общую шину.
Принципиальная схема мультивибратора на элементах И-НЕ приведена на рис. 16.19. Время формирования импульса и паузы определяется постоянными времени заряда конденсаторов
Рис. 16.19. Принципиальная схема мультивибратора на ПЛЭ «И-НЕ»
С1 заряжается, когда элемент DD2 находится в состоянии логической «1», при этом элемент DD1 – в состоянии логического «0». В момент переключения элемента DD2 в состояние «1», его выходное напряжение UВЫХDD2=3,5В (для серии К155) будет приложено ко входу DD1, т.к. в момент коммутации UC1- = 0, при этом выходное напряжение элемента DD2 UВЫХDD1 падает до 0 В. В мультивибраторе имеет место 1-ое временно устойчивое состояние (DD2в состоянии логической «1», DD1 – в «0»). По мере заряда конденсатора С1 напряжение на входе DD1 уменьшается и в определенный момент времени достигает порогового уровня UПОР (UПОР»1,5В для серии К155), при котором DD1переключается в состояние логической «1», что соответственно переводит элемент DD2 в состояние логического «0».
При этом происходит переход схемы во 2-ое временно устойчивое состояние. В этом состоянии конденсатор С1 разряжается, а конденсатор С2 заряжается.
Рис. 16.20. Осциллограммы работы мультивибратора на ПЛЭ
Разряд конденсатора С1 через открытый диод VD1происходит быстро, поэтому момент следующего переключения определяется достижением
Существует насколько разновидностей генераторов на логических схемах. На рис.16.21 приведены схемы генераторов прямоугольных импульсов с времязадающей RC-цепью (а) и с времязадающим конденсатором (б).
Рис.16.21. Генераторы прямоугольных импульсов на логических элементах
Одновибратор на логических элементах И-НЕ (см. рис. 16.22) можно получить из схемы автоколебательного мультивибратора на тех же элементах (см.
рис. 16.19), исключив из последней одну времязадающую цепочку. Процессы генерирования импульсов в одновибраторе аналогичны процессам в автоколебательном мультивибраторе.
Осциллограммы работы одновибратора приведены на рис. 16.23.
Рис. 16.22. Принципиальная схема одновибратора на ПЛЭ «И-НЕ»
Одновибратор имеет одно устойчивое и одно временно устойчивое состояние. В исходном состоянии устойчивого равновесия (до поступления запускающего импульса) логический элемент DD1 закрыт и UВЫХ1 равно уровню логической «1». Такое состояние элемента DD1 обеспечивается подключением к его входу резистора R1 небольшого сопротивления. Логический элемент DD2 открыт высоким уровнем входного напряжения, поступающего на один из его входов. При этом конденсатор С1 разряжен.
При подаче на вход схемы в момент времени t1 отрицательного импульса запуска элемент DD2 переходит в закрытое состояние и напряжение на его выходе достигает уровня логической «1».
Этот положительный скачок напряжения
Длительность выходного импульса и время нахождения схемы во временно устойчивом состоянии определяется постоянной времени заряда конденсатора RC.
Рис. 16.23. Осциллограммы работы одновибратора на ПЛЭ
Генераторы импульсов на цифровых КМОП микросхемах
Так, товарищи! Заканчиваем банкет, убираем рыбные закуски.
Не забываем, что на сегодняшнем мероприятии, посвящённом Дню пивовара России, мы обсуждаем наболевшее: «Исследование разнообразных схемотехнических построений и характеристик генераторов на ИМС структуры КМОП».
Развиваем сюжетную линию, плавно переходим к генераторам прямоугольных импульсов с несимметричной формой сигнала, а также генераторам с изменяемой скважностью выходных импульсов.
Для начала определимся — для чего, собственно, когда и с чем потреблять само понятие «скважность импульсного сигнала»?
Тут как нельзя всё просто: Скважность = Т/tи, где
Т-полный период колебаний,
tи — длительность импульса,
tп — длительность паузы.
При величине скважности, равной 2, импульсный сигнал имеет симметричную форму (меандр), во всех остальных случаях —
несимметричную (не меандр).
Теперь также плавно, без рывков и резких падений, переходим с схемотехническим изыскам.
Отличие несимметричных генераторов от устройств, описанных на предыдущей странице, как правило, сводится к утяжелению схемы дополнительным резистором и парой диодов для разделения цепей заряда конденсатора разнополярными токами.
|
Рис.2 |
F = 0,77/((R1+R2)×C1)) Схема обладает весомым параметром потребления тока. |
|
Рис.  3
|
F = 0,86/((R1+R2)×C1)) |
|
Рис.4 |
В случае необходимости получить плавную регулировку скважности при неизменной частоте имеет смысл обратить внимание на схему, приведённую
на Рис.4. |
|
Рис.5 |
F = 0,86/((2*R1+R2)×C1)) |
скважность импульсов = 1+R1/(R1+R2)Формулы для расчёта частоты рассматриваемых генераторов соответствуют напряжению питания 5В и температуре окружающей среды 25°С.
Все представленные схемы могут быть реализованы на элементах И—НЕ, ИЛИ—НЕ, триггерах Шмитта, или инверторах.
Идём дальше к таблице для расчёта номиналов элементов генераторов, исходя из заданной частоты генерации и скважности выходных импульсов.
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ БЕЗ ПЛАВНОЙ РЕГУЛИРОВКИ СКВАЖНОСТИ.
Бросив беглый взгляд на Рис.1, легко заметить, что значение скважности импульсов должно быть больше 1.
Теоретически величины сопротивлений резисторов R1 и R2 должны быть не менее 1кОм, однако на практике,
для минимизации влияния выходного сопротивления микросхемы на частоту сигнала, рекомендуется выбирать значения сопротивления
этих резисторов — не менее 10кОм. Поэтому послеживайте за рассчитанным значением R2, если оно не вписывается в нужный диапазон —
повышайте номинал R1.
И под занавес —
ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕНЕРАТОРОВ НА КМОП МИКРОСХЕМАХ C ПЛАВНОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ СКВАЖНОСТИ.
R1 — не менее 1кОм, желательно — не менее 10кОм.
Пределы изменения длительности импульса — больше 1.
Простые генераторы на микросхемах
На одном транзисторе и одном элементе логической микросхемы можно собрать импульсный генератор (Рис.
1).
При включении питания на выходе микросхемы DD1 появляется логическая <1>. Напряжение с выхода микросхемы заряжает один из конденсаторов С1 – С7 ( в зависимости от положения переключателя диапазонов S1 ) по цепи: выход микросхемы ( вывод 3 ), резистор R4, конденсатор, открытый переход транзистора VT1. Постоянная времени заряда С1 – 7 (R4 + Rбэ). По окончании отрицательное напряжение на левой по схеме обкладке конденсатора закрывает транзистор, и конденсатор начинает перезаряжаться, т.к. на выходе микросхемы устанавливается низкий уровень напряжения. Сопротивление закрытого транзистора велико и перезаряд происходит по цепи: левая обкладка конденсатора, резистор R2, резистор R1, источник питания, микросхема DD1.
На выходе микросхемы, на конденсаторе и, следовательно, на базе транзистора напряжение меняется. Как только на базе появится напряжение +0,5 … 0,7 В, транзистор открывается, на входе DD1 появляется низкий потенциал, на выходе – высокий и весь цикл повторяется
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Диапазон генерируемых колебаний, Гц ……… 0,2 … 5х105
Скваженность импульсов ……………………………. 2 … 1000
Стабильность частоты при изменении напряжения питания
на ±5 % не хуже, % …………………………………….. 8 … 10
На Рис.2 показана схема аналогичного генератора, позволяющая получить импульсы высокочастотных колебаний. Генератор ВЧ колебаний ( 18 МГц ) собран на элементах DD1.2 – DD1.
4, его запускают импульсы с частотой 300 Гц, получаемые от генератора, собранного на транзисторе VT1 и элементе D1.1.
При подключении такого генератора к телевизору появляются шесть горизонтальных полос и слышен фон звуковой частоты.
Э. П. Борноволоков, В. В. Фролов. «РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ СХЕМЫ». Киев, «ТЕХНИКА» 1985г, стр. 212
Похожее
Генераторы на цифровых микросхемах
радиоликбез
В этой статье приводятся описания генераторов на цифровых микросхемах ТТЛ-логики, таких как микросхемы серий К133, К155 и К555.
Схема одного из простейших генераторов с показана на рис. 1, а. Работа генератора, представлена на рис. 1, б.
Условимся, что на выходе «Выход 1» элемента D 1.
1 высокий логический уровень. В это время на его входе «а» напряжение будет ниже порога переключения Uп (для микросхем серии К 155 это напряжение равно примерно 1,15 В), а на выходе элемента D1.2 «Выход 2» — низкий логический уровень.
По мере того как конденсатор С1 заряжается выходным током элемента D1.1, протекающим через резистор R2 (диод V2 в это время закрыт), напряжение в точке «в» несколько повышается, а в точке «б» уменьшается. Как только напряжение на входе элемента D1.2 станет равным напряжению Uп, этот элемент изменит свое состояние и на его выходе «г» станет высокий логический уровень.
Cкачок напряжения (с логического 0 на логическую 1) через конденсатор С2 поступит на вход элемента D1.1 и переключит его в состояние с низким логическим уровнем на выходе. Конденсатор С2 начнет заряжаться с выхода элемента D1.2. Конденсатор же С1 выходным током элемента D1.1 через диод V2 будет разряжаться. Как только напряжение на входе элемента D1.
1 уменьшится до порога переключения, устройство примет исходное состояние, и цикл повторится.
Длительность импульсов на каждом из выходов устройства определяется емкостью конденсатора.
Рис. 1 Схема простого генератора с перекрестной обратной связью (а)
и диаграммы его работы (б) при R1 = R2 и С1 = С2
Для устойчивой работы мультивибратора необходимо, чтобы разрядка конденсаторов проходила быстрее их зарядки. Это достигается включением диодов V1, V2. При сопротивлении резисторов, равном 1,8 кОм, и изменении емкости конденсаторов (С1 = С2) от 100 пФ до 0,1 мкФ частота колебаний мультивибратора изменяется от 300 Гц до 2 МГц. Подбирая резисторы, надо иметь в виду, что при отсутствии колебаний они должны обеспечить уровень логической 1 на выходе элементов D1.1 и D1.2 (при напряжении на входах логического элемента, равном нулю, входной ток составляет примерно 1 мА). Однако если сопротивление резисторов небольшое, то происходит значительный перекос вершины генерируемых импульсов.
Исходя, из этого, в мультивибраторе на ТТЛ элементах используют резисторы сопротивлением от 100 Ом до 1,8 кОм (хотя в большинстве случаев генератор устойчиво работает и при сопротивлениях до 4 кОм)
При равенстве емкостей конденсаторов скважность выходных импульсов равна 2. Подбором соотношения Сl/С2 при сопротивлнии резисторов Rl и R2 по 1.8 кОм можно получить устойчивую генерацию при скважности до 10 (при сопротивлении резисторов по 4 кОм-до 20).
Входы «Упр.» служат для управления работой мультивибратора: генерация не возникает при напряжении на них меньше порога переключения Uп (от 0 до 1,15 В). Если управлять работой генератора не нужно, то входы «Упр.» желательно соединить через резистор сопротивлением 1 кОм с плюсовым выводом источника питания (или их подключить параллельно используемому входу логического элемента, но в этом случае несколько возрастает входной ток).
Для улучшения формы импульсов и устранения влияния нагрузки мультивибратора к каждому выходу следует подключить дополнительный инвертор,D1.
3, D1.4.
В подобном устройстве при включении питания оба логических элемента могут оказаться в закрытом состоянии (на выходах — логическая 1), и колебания не возникнут. Чтобы этого не произошло, вводят также дополнительный инвертор.
Частоту генератора на цифровых микросхемах, можно регулировать не только изменением емкости и сопротивления времязадающих цепочки, но и изменением напряжения, подаваемого на вход логических элементов. В таком генераторе (рис. 2) чем больше (по абсолютной величине) управляющее напряжение, тем больше частота генерации. При изменении управляющего напряжения от 0 до —5 В частота изменяется по закону, близкому к линейному. При использовании конденсаторов С1 и С2 емкостью по 1000 пФ диапазон регулировки частоты составляет 120—750 кГц, а при емкости по 0,1 мкФ — от 1 до 8 кГц.
Рис.2 Схема генератора, управляемого напряжением
Широкое распространение на практике получил простой генератор (рис.
3, а) , частота выходных импульсов которого определяется процессами перезарядки лишь одного конденсатора. Принцип его работы пояснен эрарами напряжений (рис. 3, б). Генератор вырабатывает импульсы в широком диапазоне частот — от единиц герц до нескольких мегагерц. Зависимость частоты f (в кГц) от емкости конденсатора С1 (в пФ) выражается приближенной формулой f =3*105 / С1. При уменьшении напряжения питания частота генерируемых импульсов уменьшается примерно на 20% на каждые 0,5 В), а при увеличении температуры окружающей среды — увеличивается (примерно вдвое при увеличении температуры на 100° С).
Рис.3 схема (а) и диаграмма напряжений (б)
В генераторе, собранном по схеме рис. 3, а, логические элементы имеют открытый коллектор. Скважность импульсного выходного напряжения практически равна двум.
В генераторе по схеме рис. 4 длительность импульсов можно регулировать резистором R2 (скважность изменяется от 1,5 до 3), а частоту—резистором R1.
Например, при использовании конденсатора С1 емкостью 0,1 мкФ при отсутствии резистора R2 и изменении сопротивления резистора R1 от максимального значения до нуля частота генерируемых импульсов изменяется от 8 до 125 кГц. Для получения другого диапазона частот необходимо изменять номинал конденсатора С1.
Рис.4 Генератор с регулировкой частоты и скважности импульсов
Логические микросхемы позволяют собрать генератор без каких-либо других радиодеталей (конденсаторов, резисторов и т. п.). Принцип работы такого генератора основан на задержке переключения логических элементов.
Принципиальная схема одного из таких генераторов приведена на рис. 5, а. При подаче на управляющий вход логического 0 на выходе элемента D1.1 будет логическая 1 (на рис. 5, б время включения и выключения логических элементов принято одинаковым). При подаче на управляющий вход логической 1 все элементы поочередно изменяют свое состояние. Третий элемент (D1.
3) переключится через промежуток времени, равный ntзд, где n — число логических элементов, а tзд — среднее время задержки переключения одного элемента, равное полусумме времен задержки включения и выключения. Скачок напряжения с выхода генератора через цепь обратной связи поступает на вход элемента D1.1 и переключает его в первоначальное состояние. Вслед за ним возвращаются в исходное состояние и другие элементы.
Дальше процесс многократно повторяется. Таким образом, устройство будет генерировать высокочастотные импульсы с периодом, равным 2ntзд. Число элементов в генераторе должно быть нечетным (больше единицы).
Рис.5 Схема (а) и диаграмма работы генератора(б)
Для микросхем серии К155 среднее время задержки составляет около 20 нс. Следовательно, генератор, собранный по схеме рис. 5 а, будет вырабатывать импульсы с частотой следования около 8 МГц. Если генератор сразу не заработает, необходимо несколько уменьшить напряжение питания.
Для уменьшения частоты следует увеличить число логических элементов.
В рассмотренных здесь примерах входы «Упр.» служат для управления работой генератора.
Мультивибратор, схема которого изображена на рис. 6, а, в зависимости от периода входного сигнала работает или в ждущем или в автоколебательном синхронизируемом режиме. Запуск мультивибратора осуществляется низким логическим уровнем или замыканием, например кнопкой, управляющей цепи с общим проводом.
Рис. 6. Схема (а) и диаграмма напряжений (б) генератора, работающего в зависимости от
длительности управляющих импульсов или в ждущем (верхние диаграммы), или в
автоколебательном синхронизируемом (нижние диаграммы) режимах
Элементы D1.2 и D1.3 образуют RS-триггер, служащий электронным ключом — при отсутствии входного сигнала (что соответствует подаче на вход «Упр.» логической 1), он блокирует работу устройства. Если на управляющий вход подать логический 0, то триггер изменяет свое состояние.
Элемент D1.2 при этом начинает работать как инвертор, образующий с элементами D1.1 и D1.4 импульсный генератор с автоматическим запуском. Если длительность отрицательного управляющего импульса Ти больше, чем постоянная времени цепи R1C1*3, то генерируются, по крайней мере, два выходных импульса с периодом, примерно равным 3R1C1 Причем начало первого из них совпадает с фронтом отрицательного входного импульса, а последний импульс независимо от момента окончания разрешающего сигнала имеет такую же длительность, что и предыдущие (равную R1 * C1).
При длительности управляющего импульса Ти меньшей, чем 3*R1C1 устройство генерирует импульс (Длительность которого равна R1C1) на каждый отрицательный управляющий импульс.
Сопротивление резистора R1 может быть в пределах 330 Ом—1,5 кОм, а емкость конденсатора С1 должна быть не меньше 50 пФ. Например, при сопротивлении резистора R = 1 кОм и емкости конденсатора С1 =100 мкФ генерируется импульс длительностью 100 мс или последовательность этих импульсов (в зависимости от периода входного сигнала).
Рис. 7. Схема генератора, в котором длительность последнего генерируемого
импульса не зависит от момента окончания управляющего сигнала
Генератор по схеме, приведенной на рис. 7, формирующий на выходе целое число периодов импульсов, также запускается фронтом отрицательного управляющего импульса. Элементы D1.2 и D1.3 образуют RC-генератор прямоугольных импульсов, частоту следования которых от 4 до 25 кГц можно регулировать переменным резистором R2. При поступлении логического 0 на вход элемента D1.1 с его выхода на все остальные элементы подается разрешающий сигнал — логическая 1. Поэтому перепад напряжения на выходе устройства формируется одновременно (не считая времени задержек переключения элементов) с фронтом отрицательного импульса на управляющем входе элемента D1.1. Даже если этот сигнал прекращается (т. е. на вход «Упр.» подается логическая 1) при низком логическом уровне на выходе генератора, то, благодаря цепи обратной связи, на выходе элемента D1.
1 сохраняется логическая 1, и устройство генерирует последний импульс полной длительности. Поэтому период всегда будет равен предыдущему.
Обычно во времязадающйе цепи мультивибраторов включают конденсаторы большой емкости и резисторы малых сопротивлений, что ограничивает диапазон плавной регулировки частоты следования импульсов. В генераторе, схема которого изображена на рис. 8. а, подобный недостаток устранен включением на вход микросхемы транзисторного ключа с малыми входным током и порогом переключения. Частота такого мультивибратора может изменяться в 200 раз(!). Генерация происходит при подаче на вход «Упр.» логической 1.
Рис. 8. Схема (а) и диаграммы напряжений (б) генератора, частоту которого
переменным резистором можно изменять в 200 раз
Рассмотрим процесс генерации, начиная с момента начала зарядки конденсатора С1 (см. рис. 8, б). В этот момент транзистор V1 открыт и напряжение на его коллекторе близко к нулю. На другом входе элемента D1. 1 — логическая 1, на выходе элемента D1.2 — логический 0. Конденсатор С1 заряжается выходным током элемента D1.1 через резистор R1 и параллельно соединенные входное сопротивление транзистора V1 и резисторы R2, R3. По мере зарядки конденсатора C1 напряжение на нем экспоненциально возрастает, а ток через него уменьшается по такому же закону. Коллекторный ток транзистора V1 при этом также уменьшается, и когда он станет равным входному току переключения элемента D1.1, на выходе этого элемента будет логический 0, который переключит элемент D1.2. Отрицательный перепад напряжения в точке а, закрывающий в этот момент транзистор, образуется за счет прохождения фронта импульса с выхода элемента D1.1 через конденсатор С1.
Дальше происходит разряд конденсатора через резисторы Rl — R3 выходным током логических элементов. Когда напряжение в точке а станет достаточным для открывания транзистора, то он откроется. При этом изменится состояние элемента D1.1, начнется зарядка конденсатора С1, и цикл повторится.
Рис. 9. Схема (а) и диаграммы напряжении (б) генератора с полевым транзистором
Время зарядки и время разрядки конденсатора, определяющие период и длительность выходных импульсов, при статическом коэффициенте передачи тока транзистора около 100 определяют по приближенным формулам t3 ≈ 3,5*10-3 C 1, tp ≈ 6*10-7 (R 2 + R 3)C 1 (емкость выражена в пикофарадах, сопротивление в омах, время в микросекундах).
При использовании элементов, указанных на принципиальной схеме, и суммарного сопротивления резисторов R2 и R3 20 кОм время зарядки составляет около 5,7 мкс, а время разрядки — около 18 мкс. Резистор R1 позволяет улучшить форму фронта импульсов. (В принципе, этого резистора может и не быть.)
Мультивибратор способен генерировать импульсы как с малой (меньше 2), так и с большой (больше 100) скважностью. При изменении емкости конденсатора С1 от 20 пФ до 10 мкФ частота выходных колебаний изменяется от 3 МГц до долей герца.
Частоту генератора, собранного по схеме, приведенной на рис, 9, а, можно изменять в 50 тысяч раз.
Это достигнуто применением полевого транзистора. При относительно небольших емкостях конденсатора возможно получение ультранизких частот. Например, при максимальных значениях, указанных на схеме элементов, частота выходных импульсов генератора равна 0,5 Гц.
Принцип работы устройства иллюстрирует рис. 9, б. В моменты времени, когда элемент D1.3 переходит в состояние с логической 1 на выходе, отрицательный перепад напряжения с выхода элемента D1.2 проходит через конденсатор С1 и в точке а образуется отрицательное напряжение. Затем конденсатор начинает перезаряжаться через резистор R1 выходным током элементов D1.2 и D1.3 (входным током полевого транзистора можно пренебречь). Изменение напряжения на затворе приводит к соответствующему изменению напряжения в точке ,б. Й когда это напряжение достигает порога переключения элемента D1.1, он изменяет свое состояние и тем самым переключает остальные логические элементы генератора.
Рис. 10. Схема генератора с кварцевой стабилизацией частоты
В периоды времени, когда на выходе устройства логический 0, конденсатор С1 разряжается до момента, когда напряжение в точке (б) уменьшится до порога переключения элемента D1.
1, что вызывает последовательное переключение логических элементов (возврат их в исходное состояние).
Длительность выходных импульсов регулируют резистором R2. Резистор a служит для ограничения тока через транзистор. Частоту слеледования выходных импульсов можно опрееить по формуле f=1/ 2*R1*C1.В частности, если емкость конденсатора С1= 0,01 мкФ и сопротивление резистора R1 — 1 МОм частота импульсов равна 50 Гц; при емкости 150 пФ и сопротивлении 120 кОм — 22,5 кГц. Верхняя граница частоты генератора около 10 МГц. Для плавной регулировки частоты целесообразно, чтобы переменный резистор R1 был многооборотным.
Как уже указывалось выше, частота колебаний генераторов на микросхемах при изменении напряжения Питания и температуры окружающей среды изменяется довольно значительно. Если необходима высокая стабильность частоты, в генераторы вводят кварцевые резонаторы. Примером может служить генератор, собранный по схеме рис. 10. Он генерирует импульсы в диапазоне частот 0,1—2 МГц (в зависимости от используемого резонатора В1).
При соответствующем кварце возможна генерация импульсов частотой от 1 до 10 МГц. В этом случае конденсатор С1 надо исключить, емкость конденсатора С2 должна быть 0,01 мкФ, а сопротивления резисторов по 470 Ом. Скважность генерируемых импульсов около 2.
В таком устройстве резисторы R1 и R2 обеспечивают устойчивый режим генерации, а элемент D1.3 выполняет функцию буферного каскада. Конденсатор С2 осуществляет развязку по постоянному току. Конденсатор С1 предотвращает высокочастотные колебания на фронтах и спадах импульсов, обусловленные высшими гармониками.
С. Минделевич
Смотрите также: Генератор-пробник на К155ЛА3
Генераторы импульсов
Вариант простейшего генератора (мультивибратора)
показан на рис. 1.30а. Схема имеет два динамических состояния. В первом из них,
когда на выходе D1.1 состояние лог. «1» (выход D1.2 лог. «0»),
конденсатор С1 заряжается. В процессе заряда напряжение на входе инвертора D1.
1
возрастает, и при достижении значения Uпор=0,5Uпит происходит скачкообразный
переход во второе динамическое состояние, в котором на выходах D1.1 лог. «О»,
D1.2 — «1». В этом состоянии происходит перезаряд емкости (разряд)
током обратного направления. При достижении напряжения на С1 Unop происходит
возврат схемы в первое динамическое состояние. Диаграмма напряжений поясняет
работу. Резистор R2 является ограничительным, и его сопротивление не должно
быть меньше 1 кОм, а чтобы он не влиял на расчетную частоту, номинал резистора
R1 выбираем значительно больше R2 (R2<0,01R1). Ограничительный резистор (R2)
иногда устанавливают последовательно с конденсатором. При использовании неполярного
конденсатора С1 длительность импульсов (tи) и пауза (tо) будут почти
одинаковыми: tи=to=0,7R1C1. Полный период T=1,4R1C1. Резистор R1 и конденсатор
С1 могут находиться в диапазоне 20 к0м…10 МОм; 300 пф…100 мкФ.
При использовании в схеме (рис. 1.30б) двух инверторов
микросхемы К561ЛН2 (они имеют на входе только один защитный диод) перезаряд
конденсатора будет происходить от уровня Uпит+Unop.
В результате чего симметричность импульсов нарушается tи=1,1R1C1, to=0,5R1C1, период T=1,6R1C1.
Рис. 1.30. Генератор импульсов на двух инверторах
Рис 1.31. Генератор импульсов
с раздельной установкой длительности
импульса и паузы между ними
Рис. 1.32. Генератор импульсов на трех инверторах
Так как порог переключения логических элементов не соответствует точно половине напряжения питания, чтобы получить симметричность импульсов, в традиционную схему генератора можно добавить цепь из R2 и VD1, рис. 1.ЗОв.Резистор R2 позволяет подстройкой получить меандр (tи=to) на выходе генератора.
Схема на рис. 1.31 дает возможность раздельно регулировать
длительность и паузу между импульсами: tи=0,8C1R1, to=0,8C1R2. При номиналах
элементов, указанных на схеме, длительность импульсов около 0,1 с, период повторения
1 с.
Более стабильна частота у генераторов, выполненных на трех инверторах (Рис. 1.32). Процесс перезаряда С1 в сторону уменьшения напряжения на левой обкладке начинается от напряжения Uпит+Unop, в результате чего на это уходит больше времени tи=1,1C1R2. Полный период колебаний составит
T=1,8C1R2.
На рис. 1.33 приведены схемы аналогичных генераторов, которые позволяют раздельно регулировать длительность и паузу между импульсами или при неизменной частоте регулировать скважность импульсов. Мультивибратор на основе триггера Шмитта показан на рис. 1.34.
Если требуется получить на выходе приведенных выше
схем генераторов симметричные импульсы без подстройки, то после схемы необходимо
ставить триггер или же воспользоваться схемой на трех инверторах, рис. 1.35.
Элемент
D1.1 используется для создания второй цепи отрицательной обратной связи, охватывающей
инвертор D1.2 (главную цепь обратной связи для сигнала образует резистор R5)
Элемент микросхемы D1 1 работает в режиме с низким
коэффициентом усиления при замкнутой обратной связи подобно операционному усилителю
работающему в линейной части характеристики В результате этого инвертированное
пороговое напряжение инвертора D1 1 может быть просуммировано с напряжением
отрицательной обратной связи и подано на вход
элемента D1.
2.
Если соотношение R2/R1 равно отношению R3/R5 может быть получена полная компенсация
ошибок обусловленных изменением пороговых напряжении элементов D1.1 и D1.2
При этом предполагается, что все элементы схемы расположены в одном корпусе
и их пороговые напряжения фактически равны Частота импульсов такой схемы определяется
из соотношения F=1/R5C1 (она будет примерно в два раза выше по сравнению со
схемой, показанной на рис. 1.30)
Рис 133 Генератор пмпульсов
с раздельнои регулировкой
а) длительности импульсов и паузы между ними б) скважности импульсов
Рис 1 34 Генератор перекрывающихся импульсов
Рис 1 35 Генератор с симметричными импульсами на выходе
Симметричный мультивибратор можно выполнить на основе
RS-триггере, рис 1.
36. Вариант схемы на рис 1.31в позволяет резисторы R1 и R2
выбирать более низкоомными, потому что диоды разделяют
цепь заряда от выходов триггера.
Рис1.36 Симметричные
мультивибраторы
а) на RS триггере с двумя конденсаторами, б) с одним конденсатором,
в) с резисторами соединенными с источником
питания, г) на двух RS триггерах
Вторым преимуществом этой схемы является то, что она позволяет легко и независимо регулировать в определенных границах период и скважность генерируемых импульсов. Скважность можно регулировать линейно, если R1 и R2 объединить в один потенциометр, а период — если общий конец R1 и R2 соединить с источником питания через потенциометр.
С целью уменьшения количества дискретных элементов предложена схема мультивибратора на двух RS-триггерах, рис. 1.36г.
Рис. 1.37 Автогенератор на основе двух логических элементов
Рис.
1 38. Автогенератор
на двух одновибраторах
Симметричный мультивибратор можно выполнить на двух ЛЭ, рис. 1 37 или одновибраторах, рис. 1.38. Это также позволяет иметь раздельную регулировку длительности импульсов и интервала между ними.
Простейшие схемы симметричных мультивибраторов приведены на рис. 1.39. При этом, если R1=R2, R3=R4, С1=С2, полный период определяется из соотношения Т=1,4RC.
Генератор с малым потреблением энергии можно выполнить на двух ключах микросхемы К561КТЗ, рис. 1.40. После включения напряжения питания оба ключа разомкнуты. Конденсатор С1 разряжен, поэтому напряжения на нем нет
Рис 1 39 Симметричные мультивибраторы
Зарядный ток от источника питания протекает через
последовательно включенные резисторы R1 и R2. Так как R1>R2, напряжение на
резисторе R2 не достигнет порога срабатывания ключа D1.2, а в дальнейшем, по
мере уменьшения зарядного тока, это напряжение стремится к 0.
В то же время
по мере накопления заряда на конденсаторе напряжение на выводе D1/12 экспоненциально
возрастает. Когда оно достигнет порога срабатывания ключа D1.1, соединится цепь
между выводами 11 и 10, что приведет к срабатыванию ключа D1.2. Сразу после замыкания обоих ключей нижняя обкладка конденсатора С1 подключается к шине
«+» питания. Заряд, накопленный ранее на конденсаторе, не может измениться
мгновенно, поэтому напряжение на D1/12 скачком возрастает до уровня, превышающего
Uпит на величину, равную порогу срабатывания ключа D1.1. После этого напряжение
на С1 начинает уменьшаться с постоянной времени, равной C1R1R3/(R1+R3), и стремится
достичь уровня, задаваемого делителем напряжения на резисторах R1, R3. В процессе
перезаряда конденсатора напряжение на С1 уменьшится до порога размыкания ключа D1.1. В результате развивается
лавинообразный процесс размыкания обоих ключей. Для защиты ключа D1.2 от отрицательного выброса напряжения
в схему вводится диод.
После размыкания ключей конденсатор начинает заряжаться
через последовательно включенные резисторы R1 и R2 — описанные выше процессы
повторяются.
Рис. 1.40. Генератор импульсов с повышенной нагрузочной способностью
Рис. 1.41. Простейшие
схемы мультивибраторов с кварцевой
стабилизацией частоты
При заданной емкости конденсатора длительность паузы t2 между импульсами регулируется резистором R1, однако изменение длительности паузы подбором резистора R1 приводит и к изменению длительности импульса t1. Поэтому, чтобы установить нужную длительность импульса, не меняя паузу, необходимо воспользоваться резистором R3. Регулирование параметров импульсов осуществляется в широких пределах, при этом отношение t1/t2 может быть как меньше, так и больше 1.
Относительно всех автогенераторов на МОП микросхемах
можно отметить, что если схема мультивибратора не симметрична, то возрастает
ее чувствительность к изменению питающего напряжения (для микросхем 561-ой
серии период может меняться на 35% при изменении Uпит от 3 до 15 В), поэтому
расчетные соотношения справедливы для максимального напряжения питания.
Рис. 1.42. Схемы обеспечивающие
повышенную стабильность частоты при
изменении окружающей температуры в широком диапазоне
При стабилизированном питании, изменение длительности импульсов мультивибраторов и частоты в генераторах на RC-цепях обычно не лучше 1% на 15°С (в случае применения термостабильных конденсаторов). Большую стабильность частоты можно получить, используя кварцевую стабилизацию. На рис. 1.41 и 1.42 приведены типовые схемы построения таких генераторов. Для небольшой подстройки частоты иногда последовательно с кварцевым резонатором устанавливают конденсатор 10…100 пФ. Частота импульсов и их стабильность в этом случае у генератора задается параметрами кварцевого резонатора.
Генераторы на логических элементах с электронным ключом
Задающий
генератор предназначен для генерирования
импульсов прямоугольной формы.
Генератор (рис. 1.4) построен на логических
элементах D1.1 и D1.2, транзисторах VT1 и VT2,
резисторах R1, R 2, R3, R4 и
конденсаторе С1. Период
генерируемых устройством им-пульсов
ориентировочно можно определить по
формуле:
T = 2{R3 + R4)C1
Переменным резистором R4 период следования импульсов можно менять в 100 раз.
Рис. 1.4
Автогенератор на триггерах
Существенным
преимуществом перед генераторами других
типов обладают генераторы прямоугольных
импульсов на триггерах. Они генерируют
импульсы прямоугольной формы,
длительность которых практически не
зависит от частоты следования импульсов
и определяется только частотными
свойствами триггера.
На триггерах можно выполнить автогенераторы и ждущие генераторы импульсов.
На рис. 1.5 приведена схема автогенератора импульсов, построенного на основе RS-триггера микросхемы D1.
Рис 1.5
Автогенераторы на операционных усилителях
Благодаря практически идеальным характеристикам, гибкости и универсальности операционных усилителей, реализация самых различных схем генераторов на их основе оказывается значительно проще, чем на других элементах. К тому же схемы генераторов на операционных усилителях обладают сравнительно высокой стабильностью.
Для получения генератора на операционном усилителе необходимо, чтобы неинвертирующий вход его был соединен с выходом через* резистивный делитель R2 и R3 так, чтобы коэффициент передачи сигнала по цепи положительной обратной связи был равен
а
к инвертирующему входу операционного
усилителя нужно подключить
время задающую цепь из конденсатора с/
и резистора /?1.
Операционный усилитель
с таким включением представляет собой
автогенератор (рис. 1.6), амплитуда
выходного напряжения которого периодически
изменяется между предельными уровнями
.
Основной не достаток – низкая верхняя граница частоты (до 20-40кГц), после которой амплитуда уменьшается вдвое
Рис 1.6
1.3 Описание работы выбранной схемы и назначение элементов.
Для реализации
генератора положительных прямоугольных
импульсов используем схему на основе
интегрального таймера КР1006ВИ1, поскольку
данная схема удовлетворяет по частотному
диапазону (от 1 до 500кГц), имеется
возможность регулировать амплитуду
выходного напряжения, необходимую
частоту и возможность её переключения
при помощи небольшого количества
элементов, также присутствует возможность
задать необходимую скважность, и
микросхема счетчика обеспечивает
достаточно быстрое переключение из
одного состояние в другое, что снижает
время фронта импульса. Схема работает
по следующему принципу.
При включении
питания начинается зарядка RC-цепочки
в следующем порядке:R4-R1-C1.
При этом вывод «порог» микросхемы
таймера следит за напряжением конденсатора,
и как только кондер будет заряжен,
микросхема замыкает вывод «разрядка»
на землю и происходит разряд емкости.
Когда конденсатор будет разряжен,
микросхема обратно закроет вывод
разрядки и снова пойдет цикл заряда.
Так микросхема работает в циклическом
режиме. При этом на выходе, когда идет
зарядка, получаем логическую единицу,
при переключении на разрядку получаем
уровень 0
Время зарядки RC-цепи рассчитывается по следующей формуле:
Shenzhen I / O: генератор диагностических импульсов
Третья задача, которую мы получаем, — это раскладывание пасьянса, но, игнорируя эту третью головоломку программирования, которую мы получаем, является то, что нам нужно протестировать производственное оборудование. Мы можем сделать это, построив диагностический генератор импульсов, который посылает импульсный сигнал на выход всякий раз, когда мы удерживаем кнопку.
Плата выглядит так, где кнопка — простой ввод. Когда он становится высоким, мы должны сгенерировать импульс на импульсный выход с определенной характеристикой.
Сигналы проверки выглядят как
Итак, по сути, нам нужно посылать импульсы, когда мы нажимаем кнопку. У меня есть не менее трех разных решений.
Прямое решение
Первое решение — это решение, которое вы должны уметь принимать, основываясь на знаниях, которые вы уже получили из игры и руководства. Он впервые в игре использует условные выражения.
Давайте сначала посмотрим, как мы можем генерировать импульсный сигнал.После этого мы разберемся, когда это делать. В этом есть небольшая хитрость. Что требует от нас использования арифметической инструкции
Это операция , а не , которая меняет значение от 0 до 100 или наоборот.
Это очень полезно в данном случае, так как мы можем просто не запускать, а затем перейти к p1, тогда у нас будет импульсный сигнал!
Для условия, когда нужно генерировать импульс, нам нужно использовать условные выражения, мы можем использовать следующие
tgt R / I R / I — это проверяет, больше ли первый операнд, чем второй операнд.
В этом случае любая инструкция, отмеченная знаком +, впоследствии будет выполнена. Если это неверно, будет запущена любая операция, отмеченная знаком -.
Это приводит нас к следующему коду
tgt p0 0 + не - mov 0 согласно mov acc p1 slp 1
, который в игре выглядит как
Мы проверяем, нажата ли кнопка. Если это так, мы начинаем посылать импульсный сигнал. Если кнопка не нажата, мы сбрасываем акк на ноль.Потом переводим акк на р1 и засыпаем.
Второй генератор диагностических импульсов
Когда мы проанализируем вывод, мы увидим, что мы не можем отпустить кнопку, а затем нажать ее еще раз, чтобы сбросить сигнал. Игра просто так не сделана.
Это означает, что мы можем просто сгенерировать импульс с высоким, а затем с низким уровнем и отправить его, если кнопка будет нажата, а затем после двух циклов проверить, остается ли кнопка нажатой. В противном случае мы должны просто спать. Да, это означает, что мы не будем проверять, нажимается ли кнопка каждый цикл, но это все еще совершенно верно.
Это решение снижает количество строк кода, а также снижает энергопотребление решения.
Модуль генератора импульсов наилучшей частоты — Отличные предложения на модуль генератора импульсов частоты от продавцов модуля генератора импульсов глобальной частоты
Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для модуля генератора частотных импульсов. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress.У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.
Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.
AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот модуль генератора импульсов с высокой частотой должен в кратчайшие сроки стать одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели модуль генератора частотных импульсов на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.
Если вы все еще не уверены в модуле генератора частотных импульсов и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.
Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз.
Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.
А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы согласитесь, что вы получите модуль генератора импульсов частоты по самой выгодной цене.
У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации.
Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.
Цифровой генератор задержки / импульсов — DG535
Цифровой генератор задержки DG535
Цифровой генератор задержки и импульсов DG535 обеспечивает четыре точно синхронизированных логических перехода или два независимых импульсных выхода. Разрешение задержки на всех каналах составляет 5 пс, а межканальное дрожание обычно составляет 50 пс.Выходы BNC на передней панели выдают импульсы TTL, ECL, NIM или переменного уровня (от -3 до +4 В) на нагрузку 50 Ом или высокоомную нагрузку. Высокая точность, низкий уровень джиттера и широкий диапазон задержки делают DG535 идеальным выбором для систем синхронизации лазера, автоматизированного тестирования и приложений с прецизионными импульсами.
Выходы задержки
Имеется четыре выходных канала задержки: A, B, C и D. Логические переходы этих выходов могут иметь задержку от внутреннего или внешнего триггера до 1000 секунд с шагом 5 пс.
Импульс T0, который отмечает начало цикла синхронизации, генерируется сигналом запуска. Задержка вставки между внешним триггером и импульсом T0 составляет около 85 нс.
Задержки для каждого канала могут быть «связаны» с T0 или любым другим каналом задержки. Например, вы можете указать задержки четырех каналов как:
A = T0 + 0,00125000
B = A + 0,00000005
C = T0 + 0,10000000
D = C + 0,00100000
В этом случае, когда задержка A изменяется, выход B перемещается вместе с ней.Это полезно, например, когда A и B задают импульс, и вы хотите, чтобы ширина импульса оставалась постоянной при изменении задержки импульса. Независимо от того, как задана задержка, каждый выход задержки будет оставаться активным до 800 нс после истечения времени ожидания всех задержек. После этого задержки не будут подтверждены, и устройство будет готово начать новый временной цикл.
Импульсные выходы
В дополнение к четырем выходам задержки есть четыре канала импульсных выходов: AB, -AB, CD и -CD.
Передний фронт импульса AB совпадает с передним фронтом более раннего из A или B, а задний фронт AB совпадает с передним фронтом более позднего из B или A. Например, в предыдущем примере, 50 нс импульс появится на выходе AB и импульс длительностью 1 мс на CD. Таким образом можно генерировать импульсы длительностью до 4 нс (FWHM). Дополнительные выходы (-AB и -CD) выдают импульс с идентичной синхронизацией и инвертированной амплитудой.
Регулировка выходной амплитуды
Каждая задержка и импульсный выход имеют независимо регулируемые смещение и амплитуду, которые могут быть установлены в пределах от -3 В до 4 В с разрешением 10 мВ.Максимальный переход для каждого выхода ограничен 4 В. Кроме того, вы также можете отдельно выбрать нагрузку 50 Ом или высокоомную нагрузку для каждого выхода. Также можно выбрать предустановленные уровни, соответствующие стандартным логическим семействам. Уровни TTL, NIM и ECL можно выбрать одним нажатием клавиши.
Запуск
DG535 может запускаться внутри от 1 МГц до 1 МГц с четырехзначным разрешением по частоте.
Также поддерживаются внешние, однократные и серийные триггеры.Для приложений управления питанием DG535 может быть синхронизирован с линией переменного тока. Дополнительный вход запрета запуска позволяет включать или отключать запуск с помощью входного сигнала TTL.
Выходы ± 32 В
Для приложений, требующих более высокого напряжения, доступна опция высокого напряжения на задней панели (± 32 В). Эта опция обеспечивает пять BNC на задней панели, которые выводят импульсы длительностью 1 мкс во время перехода выходов T0, A, B, C и D на передней панели. Опция высокого напряжения не влияет на работу или синхронизацию выходов на передней панели.Амплитуда выходов на задней панели примерно в 8 раз больше соответствующего выхода на передней панели, а выходы рассчитаны на управление нагрузкой 50 Ом. Поскольку эти выходы могут управлять только средним током 0,8 мА, зарядка и разрядка емкости кабеля могут быть наиболее важным фактором ограничения тока, который следует учитывать при их использовании (при условии нагрузки с высоким импедансом).
В этом случае средний ток равен: I = 2Vtf / Z, где V — размер шага импульса, t — длина кабеля во времени (5 нс на метр для RG-58), f — частота следования импульсов, Z — волновое сопротивление кабеля (50 Ом для RG-58).
Внутренняя или внешняя синхронизация
Как внутренние, так и внешние опорные значения могут использоваться в качестве временной развертки для DG535. Внутренняя временная развертка может быть либо стандартной временной разверткой кварцевого генератора 25 ppm, либо дополнительным 1 ppm кварцевым генератором с температурной компенсацией (TCXO). Внутренняя временная развертка доступна в виде прямоугольной волны 1 Vpp на BNC на задней панели. Этот выход способен управлять нагрузкой 50 Ом и может использоваться для обеспечения основной временной развертки для других генераторов задержки.Любой внешний опорный сигнал 10,0 МГц с амплитудой 1 Vpp также можно использовать в качестве внешней временной развертки.
Модули быстрого нарастания и спадаИксМодули быстрого нарастания и спада DG535 |
Модули быстрого нарастания и спада
Доступны внешние линейные модули для уменьшения времени нарастания или спада выходов DG535 до 100 пс.
В этих модулях используются ступенчатые диоды восстановления для ускорения времени нарастания (опция SRD1) или времени спада (опция O4B). Тройник смещения (опция O4C) позволяет использовать эти модули с дополнительными выходами на задней панели для создания шагов до 15 В. Для амплитуд шагов менее 2,0 В блоки быстрого времени перехода должны быть прикреплены непосредственно к передней панели. модели DG535.
Легко использовать, легко программировать
Доступ ко всем функциям прибора можно получить через простой, интуитивно понятный интерфейс на основе меню.Задержки можно вводить с помощью цифровой клавиатуры в формате с фиксированной запятой или экспоненциальной записи или с помощью клавиш курсора для выбора и изменения отдельных цифр. 20-символьный ЖК-дисплей с подсветкой позволяет легко просматривать настройки задержки в любых условиях освещения.
DG535 стандартно поставляется с интерфейсом GPIB (IEEE-488). Все функции прибора можно запрашивать и настраивать через интерфейс.
Вы даже можете отображать символы, полученные DG535 через интерфейс, на ЖК-дисплее передней панели.Это может быть полезно при отладке программ, отправляющих команды прибору.
DG535 Временная диаграмма
Цикл синхронизации инициируется внутренним или внешним триггером. T0 устанавливается примерно через 85 нс после внешнего запуска. Выходы A, B, C и D устанавливаются относительно T0 после их запрограммированных задержек. Все выходы возвращают низкий уровень около 800 нс после самой продолжительной задержки. Импульсные выходы, AB и CD, переходят в высокий уровень в течение интервала времени между соответствующими каналами задержки.
| т триг | > 5 нс |
| т цикл | > 1 мкс + самая длинная задержка |
| т ID | <85 нс |
| т ЗАНЯТО | <800 нс + самая большая задержка |
| т A, B, C, D | от 0 до 999. 999 999 999 995 с |
, использующий предложенную модель задержки с буферизацией и ее применение
В этой статье предлагается схема, способная включать буферизованные задержки порядка пикосекунд. Чтобы глубоко изучить предлагаемую схему, мы также исследовали предлагаемую схему с использованием новых технологий, таких как FinFET и CNFET. Сравнение этих технологий проводилось по различным параметрам, таким как длительность встроенных задержек (ширина импульса) и ее изменчивость в зависимости от напряжения питания.Кроме того, в этой статье также предлагается генератор импульсов запуска, использующий предложенную схему задержки с буферизацией в качестве основного элемента. Параметрические результаты, полученные для предлагаемого генератора триггерных импульсов, соответствуют требованиям различных приложений. Эти приложения также упоминаются в этой статье. Предлагаемый генератор запускающих импульсов требует очень низкого напряжения питания (700 мВ), а также доказывает свою эффективность с точки зрения возможности настройки ширины генерируемых импульсов.
Моделирование схемы было выполнено с использованием Verilog, а результаты моделирования тщательно проверены с помощью SPICE.
1. Введение
В современном мире электроники для определенных приложений требуется схема, которая обеспечивает точную задержку для обеспечения синхронизации [1]. Также важно поддерживать уровень сигнала и информацию, хранящуюся в сигнале, при его распространении через цепи задержки [2]. С появлением новых технологий задержки, такие как задержки распространения и дельта-задержки, были уменьшены до пикосекунд [3]. Таким образом, для выполнения этих требований требуется точная и точная схема включения задержки с буферизацией.Принимая во внимание важность схем задержки с буферизацией, в этой статье предлагается точная схема задержки с буферизацией, способная вносить задержки порядка пикосекунд (длительность импульса) без ухудшения силы сигнала. Таким образом, предложенная схема задержки с буферизацией может обеспечить синхронизацию с очень точным измерением и приемлемой мощностью выходного сигнала.
Чтобы обеспечить углубленный анализ предложенной схемы, мы также реализовали предложенную схему, используя новые технологии, такие как FinFET и CNFET.Сравнения были сделаны с точки зрения времени задержки (минимальной длительности импульса), заложенного в предлагаемой схеме, при ее реализации с использованием различных технологий. Кроме того, в этой статье также был проведен анализ изменчивости предложенной модели уровня схемы буферизированной схемы задержки.
В обычном подходе к генерации импульсов запуска мы обычно используем RC-цепи, на формы выходных сигналов которых влияет постоянная времени [4]. На рисунке 1 показано влияние постоянной времени RC-цепи триггера.Для генерации запускающих импульсов, как показано на рисунке 1 (c), нам нужна очень малая постоянная времени для RC-цепи, что является сложной задачей. Эти традиционные генераторы запускающих импульсов также очень громоздки для включения в схемы нанорежима [5]. Следовательно, в этой статье также предлагается схема генератора запускающих импульсов, использующая предложенную схему задержки с буферизацией в качестве элементарного устройства.
Кроме того, в этой статье также упоминаются специфические параметры различных приложений предлагаемого генератора пусковых импульсов.
Остальная часть статьи организована следующим образом. В разделе 2 показана модель предлагаемой схемы с буферной задержкой на уровне схемы. В разделе 3 проведено сравнительное исследование предложенной схемы, реализованной по разным технологиям. В разделе 4 представлена модель уровня схемы предлагаемого генератора триггерных импульсов. Результаты моделирования и обсуждения упомянуты в разделе 5. Приложения предлагаемого генератора импульсов запуска приведены в разделе 6. И, наконец, заключительные замечания сделаны в разделе 7.
2. Предлагаемая схема задержки с буферизацией
Схема задержки с буферизацией — это система электронных компонентов, которая принимает сигнал на входе и вносит разницу во времени (задержку). Кроме того, это минимизирует эффекты времени нарастания и спада, что приводит к буферизированному сигналу с внесенной задержкой в качестве выходного сигнала.
Длительность задержки, вносимой этими схемами, может составлять от нескольких пикосекунд до нескольких сотен миллисекунд. Модель уровня предлагаемой схемы с буферизованной задержкой показана на рисунке 2.Из схемы видно, что МОП-транзисторы соединены по двухтактной топологии. МОП-транзисторы (MP1 – MP3 и MN1 – MN3) и (MP4 – MP6 и MN4 – MN6) подключены таким образом, что выход первой пары соединений обеспечивает вход для следующей сети.
Для предлагаемой схемы буферизованной задержки на основе полевого МОП-транзистора, если логическое состояние «1» вводится в инвертор, состоящий из транзисторов MN1 / MP1, то высокий логический уровень включает транзистор MN1 и, таким образом, узел 2 подключается к логическому состоянию « 0 ”(GND) (см. Рисунок 2).Логический «0» в узле 2 включает транзистор MP4, а узел 4 сохраняет логическое состояние «1». Это дополнительно включает транзисторы MN2 и MN3. Теперь узел 2 и узел 3 подключаются к логическому состоянию «0» (GND) через MN2.
Поскольку узел 3 напрямую подключен к инверторам, состоящим из MN5 / MP5, он обеспечивает инвертированную логику узла 3, то есть логическую «1» на выходном зажиме (OUT) предлагаемой схемы, как показано на рисунке 2. Аналогично для логики состояние «0» на входной клемме (IN) включает транзистор MP1, который подключает логическую «1» к узлу 1.Высокая логика на узле 1 включает транзистор MN4, который подключает узел 5 к логическому состоянию «0». Низкая логика в узле 5 включает транзистор MP2 и соединяет узел 1 и узел 3. Поскольку узел 3 напрямую подключен к входному выводу инвертора, состоящего из транзисторов MN5 / MP5, он обеспечивает инвертированную логику узла 3, то есть логику «0». ”На выходе (OUT) предложенной схемы, как показано на рисунке 2. Таким образом, выходное логическое состояние / сигнал, такое же, как входное состояние / сигнал, достигается на выходе предлагаемой схемы.Между тем между входным и выходным сигналами появляется некоторая задержка. Задержка, вносимая предлагаемой схемой задержки, достигается в результате времени (задержки), затрачиваемого сигналом при распространении от одного узла к другому, как объяснено выше.
В предлагаемую конструкцию встроена каскадная компоновка инвертора, чтобы ввести задержку сигнала. Пара каскадных инверторов может работать как элемент задержки и включает в себя задержку, равную задержкам распространения сигналов двух инверторов. Задержка распространения, вносимая инвертором, зависит от заряда и разряда емкости нагрузки.Однако приблизительное выражение получается путем вычисления среднего значения тока, равного току насыщения транзисторов NMOS и PMOS, которое задается как [6] Как и, приведенное выше уравнение используется для определения задержки распространения () как где и — задержки распространения для переходов сигнала распространения из высокого в низкий и из низкого в высокий. Уравнение (2) показывает выражение задержки распространения для каскадного инвертора. В предлагаемой конструкции инверторы, состоящие из MN1 / MP1 и MN5 / MP5, соединены каскадом.Входной сигнал на входной клемме инвертора MN5 / MP5 распространяется по двухтактной схеме, как показано на рисунке 2.
В соответствии с требованиями узел 3 подключается либо к высокому логическому состоянию «1» через транзисторы MP1 / MP2, либо к низкому логическому состоянию «0». ”(GND) через транзисторы MN1 / MN2. Выход инвертора MN1 / MP1 (узел 3) наконец каскадируется с инвертором MN5 / MP5. Между тем, задержка, достигаемая при распространении входного сигнала через каскадную сетевую архитектуру предложенной схемы задержки, представляет собой желаемую задержку, вносимую в сигнал, полученный в выходном узле.При резком переходе ((логическое состояние «1») в GND (логическое состояние «0»)) влияние времени нарастания и времени спада может быть выражено как где представляет собой фактическую задержку распространения входного сигнала при переходе от высокого к низкому и от низкого к высокому логическому состоянию соответственно. Точно так же представляет задержку распространения предложенной схемы при переходе от высокого логического состояния к низкому или от низкого к высокому логическому состоянию соответственно.
Используя (2) и (3), (от 10% до 90%) и (от 90% до 10%) можно выразить как [6] Эффект минимизирован в предлагаемой схеме в виде следов, в то время как сигнал распространяется через двухтактную схему транзисторной сети.Кроме того, транзисторы MP3 / MN3 и MP6 / MN6, используемые в предлагаемой схеме (см. Рисунок 2), соединяют узел 1 с узлом 2 и узел 4 с узлом 5 соответственно, чтобы минимизировать эффект путем синхронизации сигнала на обоих узлах.
Таким образом, топология обеспечивает взаимозависимую сеть для генерации выходного сигнала, который также отвечает за поддержание фиксированных точек смещения для различных транзисторов. Поскольку точки смещения не меняются в процессе, вероятность несоответствия точек смещения транзисторов меньше, что также увеличивает стабильность генерируемого выхода предлагаемой конструкции.Следовательно, схема является надежной и невосприимчивой к внешним помехам [7]. Это также было продемонстрировано анализом изменчивости различных технологий в Разделе 5.
3. Реализация предложенной схемы с использованием новых технологий
Чтобы обеспечить углубленный анализ предложенной модели уровня схемы МОП схемы с буферизованной задержкой, мы имеем реализовал предложенную схему с использованием новейших технологий, таких как FinFET и CNFET. По мере развития технологий эти устройства оказались многообещающими кандидатами для улучшения свойств схемы с масштабированием технологии [8].В этом разделе также показано сравнительное исследование предложенной модели схемного уровня с использованием этих технологий.
3.1. Базовая структура FinFET и ее характеристики
FinFET — это новая технология, которая оказывается достойным кандидатом на замену существующей технологии CMOS [9]. Базовая структура FinFET показана на Рисунке 3. Модель уровня схемы, показанная на Рисунке 2, была реализована с использованием FinFET, которые показаны на Рисунке 4.
Поскольку структура с двойным затвором способна обеспечить улучшенное управление затвором по сравнению со структурой с одним затвором, она улучшает характеристики устройства [10].
FinFET — это передовая технология, которая эффективно устраняет проблемы эффекта короткого канала [11]. Следовательно, мы включили эту технологию для реализации предложенной схемы задержки с буферизацией. Чтобы увидеть влияние этой технологии на характеристики предлагаемой модели уровня схемы, мы провели сравнения с точки зрения ширины импульса и ее изменчивости с напряжениями питания. Следовательно, в этом разделе демонстрируется схема задержки с буферизацией на основе FinFET для изучения влияния изменения технологии на характеристики предложенной схемы задержки с буферизацией.
Из рисунка 4 видно, что МОП-транзисторы были заменены на FinFET, при этом все остальные соединения остались неизменными. Таким образом, реализация предложенной схемы FinFET обладает дополнительными возможностями технологии FinFET. Форма выходного сигнала схемы буферизованной задержки на основе FinFET для ступенчатого сигнала в качестве входа показана в разделе 4 (рисунок 7).
3.2. Структура CNFET и ее характеристики
Нам нужны многообещающие устройства, которые могут заменить традиционную КМОП, поскольку КМОП достигает пределов масштабирования.
С появлением технологии полевых транзисторов (CNFET) на основе углеродных нанотрубок (CNT) желательно интегрировать предложенную схему с этой новой технологией, которая может предложить дополнительные преимущества [9]. CNFET — один из многообещающих кандидатов, доказавших свою ценность с точки зрения скорости и мощности по сравнению с МОП-транзисторами в наноразмерном режиме [12]. Масштабирование технологии не влияет отрицательно на устойчивость цепей к изменениям PVT (процесса, напряжения и температуры).Базовая структура CNFET показана на рисунке 5. CNFET показывает более высокую производительность устройства, даже в случае его неидеальности [13, 14]. Модель уровня схемы, реализованная с использованием CNFET, показана на рисунке 6, а соответствующая ему форма выходного сигнала буферизованной схемы задержки показана в разделе 4 (рисунок 7).
3.3. Сравнительное исследование предложенной схемы буферизованной задержки с использованием различных технологий
Помимо предложенной схемы буферизованной задержки на основе MOS, в этой работе также проводится сравнительное исследование между различными технологиями путем реализации предлагаемой схемы с этими новыми устройствами.
Формы выходных сигналов предлагаемой схемы задержки с буферизацией, реализованной с использованием полевых МОП-транзисторов, полевых транзисторов FinFET и CNFET, соответственно, показаны в разделе 4 (рисунок 7). Формы выходных сигналов демонстрируют, что буферизованные сигналы с дополнительной задержкой порядка пикосекунд достигаются из предложенной модели уровня схемы. В этой работе была проанализирована возможность обеспечить буферизованную форму выходного сигнала с помощью предложенной схемы буферизованной задержки путем обеспечения переменного времени нарастания и спада входного сигнала. Измерения с помощью симулятора SPICE для времени нарастания (от 10% до 90% от его значения) и времени спада (от 90% до 10% от его значения) показывают, что существует 99% уменьшение (в случае реализации CNFET) нарастающего фронта и спада. край.Например, для сигнала, имеющего время нарастания и спада 1 нм, форма выходного сигнала, полученная из предложенной схемы с буферизацией, имеет время нарастания и спада всего 0,01 нс.
Эти результаты оправдывают термин «буферный сигнал», используемый для предложенной схемы. Уменьшение времени нарастания и спада буферизованного сигнала может быть достигнуто до ≈10 пс и 12,3 пс (в случае реализации CNFET). Таким образом, выходной сигнал предложенной схемы буферизированной задержки представляет собой задержанную версию формы входного сигнала, что также является преимуществом с точки зрения минимизации влияния времени нарастания и времени спада входного сигнала.Были проведены сравнения между устройствами с различными технологиями с точки зрения минимальных задержек, которые могут быть внесены, и их изменчивости при реализации с устройствами с различными технологиями в отношении изменения напряжения питания. Эти результаты также сведены в таблицу (Таблица 1), а соответствующие им графики (Рисунки 11 и 12) показаны в следующем разделе.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ед.) (σ / μ ) 4.
Предлагаемый генератор триггерных импульсов
Предлагаемый генератор триггерных импульсов В этом разделе мы расширили работу, упомянутую в основном разделе 2. схема задержки с буферизацией для работы в качестве генератора импульсов запуска.Поскольку многим электронным схемам, таким как схема таймера 555 и схема срабатывания тринистора, необходимы запускающие импульсы для запуска их работы [15, 16], это требует генерации запускающих импульсов для очень точного управления шириной импульса при низком напряжении питания, таком как 700 мВ [17]. Из-за этих требований в этой работе также предлагается схема генератора импульсов запуска, использующая схему буферизированной задержки, предложенную в разделе 2, с использованием дополнительной схемы XOR.
Основная концепция, использованная для разработки предлагаемого генератора импульсов запуска с использованием предложенной модели схемы буферизированной задержки, показана на рисунке 8.Аналогичная теория была использована для генерации импульсов запуска с использованием предложенной модели буферизованной задержки и схемы XOR (см.
Рисунок 9). Из рисунка 8 видно, что входной импульс проходит от предложенной схемы буферизированной задержки, чтобы получить задержанную версию входного сигнала с резким переключением с низкого на высокий и с высокого на низкий, то есть с минимальным временем нарастания и спада. временные эффекты входного сигнала. Фактический сигнал и его буферизованная версия с задержкой подвергаются операции XOR для получения импульсных импульсов запуска (см. Рисунок 8).Поскольку предложенная нами схема задержки с буферизацией способна обеспечивать задержки порядка пикосекунд, предлагаемый нами генератор запускающих импульсов также способен генерировать запускающие импульсы с шириной импульса порядка пикосекунд.
На рисунке 9 показана блок-схема предлагаемого генератора импульсов запуска, способного генерировать импульсы запуска с длительностью (шириной импульса) порядка пикосекунд с незначительным влиянием времени нарастания и спада входного сигнала.
Здесь мы использовали две схемы задержки с буферизацией (DB1 и DB2), так что на оба входа схемы XOR не должно влиять время нарастания и временная задержка спада входного сигнала (тактовый сигнал).
Входной сигнал от обычных часов сначала подается в DB1, а затем буферизованный выход DB1 (IN1) служит входом DB2 для генерации буферизированной выходной формы сигнала задержки (IN2) относительно выхода IN1. Теперь и IN1, и IN2 являются буферизованными сигналами с разницей в несколько пикосекунд между ними.Точная задержка между этими сигналами (IN1 и IN2) может быть обработана операцией XOR для получения импульсов запуска. На рисунке 10 показаны триггерные импульсы, полученные после операции XOR с выходным сигналом двух различных схем задержки с буферизацией. Относительная разница во времени между двумя буферизованными импульсами может быть изменена для получения импульсов запуска для желаемой длительности импульса. Это изменение составляет от нескольких пикосекунд до нескольких миллисекунд. Простота настройки ширины генерируемых импульсов свидетельствует об эффективности предложенной схемы.Таким образом, предложенная схема задержки с буферизацией способна генерировать запускающие импульсы с точной длительностью импульса, длительность импульса которой также может быть изменена в соответствии с требованиями путем регулирования относительной задержки между двумя сигналами, обработанными XOR.
5. Результаты моделирования и обсуждение
Предлагаемая схема буферизованной задержки была смоделирована с помощью симулятора SPICE, и результаты были тщательно проверены. Мы использовали технологический узел 16 нм (PTM, разработанный группой NIMO) в Университете штата Аризона (ASU) [18] для обоснования предлагаемой конструкции на основе MOS и FinFET).Предлагаемая конструкция схемы буферизованной задержки на основе CNFET была смоделирована с использованием экспериментально подтвержденной модели CNFET 32 нм Стэнфордского университета [12], которая может быть уменьшена до длины канала 10 нм и ширины канала 4 нм. В этой работе показано сравнительное исследование различных технологий, чтобы найти наиболее подходящее устройство, которое можно использовать для моделирования предложенной схемы с буферизованной задержкой, способной вносить минимальные задержки. На рисунке 11 показано изменение задержки (ширины импульса), которое может быть внесено предлагаемой схемой задержки с буферизацией, использующей различные технологии, и ее изменение в зависимости от напряжения питания.
Соответствующие значения этих сравнений для различных напряжений питания также показаны в таблице 1. Из рисунка 11 видно, что реализация CNFET предлагаемой схемы буферизированной задержки способна включать минимальную и высокоточную задержку порядка пикосекунд (задержка 88,6 пс между двумя импульсами) при номинальном напряжении питания 700 мВ. Кроме того, в этой работе также исследуется предложенная модель буферизованной задержки с точки зрения изменчивости вносимой задержки в зависимости от изменения напряжения питания.Параметры устройства, такие как длина канала (), ширина затвора (), концентрация легирования канала (), толщина оксида (
% PDF-1.7
%
160 0 объект
>
endobj
xref
160 81
0000000016 00000 н.
0000002666 00000 н.
0000002852 00000 н.
0000002896 00000 н.
0000002932 00000 н.
0000004167 00000 н.
0000004194 00000 н.
0000004333 00000 п.
0000004370 00000 н.
0000004484 00000 н.
0000004598 00000 н.
0000005926 00000 н.
0000007153 00000 н.
0000008382 00000 п.
0000009594 00000 н.
0000010778 00000 п.
0000011989 00000 п.
0000012127 00000 п.
0000012266 00000 п.
0000012833 00000 п.
0000013477 00000 п.
0000013504 00000 п.
0000014122 00000 п.
0000014379 00000 п.
0000014909 00000 п.
0000015166 00000 п.
0000015818 00000 п.
0000015845 00000 п.
0000016277 00000 п.
0000017236 00000 п.
0000018519 00000 п.
0000021169 00000 п.
0000021239 00000 п.
0000021354 00000 п.
0000031720 00000 п.
0000031991 00000 п.
0000032483 00000 п.
0000040878 00000 п.
0000053684 00000 п.
0000053754 00000 п.
0000053850 00000 п.
0000059206 00000 п.
0000059477 00000 п.
0000059799 00000 н.
0000059923 00000 п.
0000059998 00000 н.
0000060073 00000 п.
0000060170 00000 п.
0000060319 00000 п.
0000060631 00000 п.
0000060686 00000 п.
0000060802 00000 п.
0000061190 00000 п.
0000061578 00000 п.
0000061966 00000 п.
0000062112 00000 п.
0000062258 00000 п.
0000062333 00000 п.
0000064080 00000 п.
0000182145 00000 н.
0000182533 00000 н.
0000182608 00000 н.
0000182811 00000 н.
0000182858 00000 н.
0000184377 00000 н.
0000184765 00000 н.
0000184840 00000 н.
0000184953 00000 н.
0000185254 00000 н.
0000185329 00000 н.
0000185404 00000 н.
0000187151 00000 н.
0000381779 00000 п.
0000382200 00000 н.
0000382524 00000 н.
0000387283 00000 н.
0000392042 00000 н.
0000413621 00000 н.
0000504081 00000 н.
0000504150 00000 н.
0000001916 00000 н.
трейлер
] / Назад 1968429 >>
startxref
0
%% EOF
240 0 объект
> поток
hb«f`Hb`g` ̀
Логический анализатор и генератор импульсов ECE 682.Спецификация Спецификация была разослана в ECE 582 в прошлом квартале. Основы 3 канала — выделенный выход.
Презентация на тему: «Логический анализатор и генератор импульсов ECE 682. Спецификация была разослана в ECE 582 в прошлом квартале. Основы 3 канала — выделенный выход» — стенограмма презентации:
1 Логический анализатор и генератор импульсов ECE 682
2
Спецификация Спецификация была разослана в ECE 582 в прошлом квартале.
Основы 3 канала — выделенный выход 3 канала — выделенный вход 2 канала — конфигурируемые как выделенный вход или выход Требовались сигналы до 5 МГц — блок с осени 2006 г. ~ 2 кГц Интерфейс с главным компьютером через USB — был выполнен
3 Программное обеспечение Очень важной частью этого проекта является сопровождающая его система программного обеспечения. Без него невозможно использовать устройство !!!! Программное обеспечение Сконфигурируйте программируемые линии. Сконфигурируйте выходы и загрузите информацию, необходимую в устройство для генерации сигналов. Полученные данные через USB, которые могут отображаться в окне на главном ПК в отношении состояния отслеживаемых сигналов.Предыдущий проект — все 8 строк были запрограммированы как ввод или вывод.
4
Много, много, много дизайнерских решений Что входит в «коробку» Формат данных для хранения и передачи по USB-каналу Сколько требуется локального хранилища? Стандартный язык программирования USB 2.
