Описываются устройства задержки цифровых сигналов на основе RC-цепочек и повторителей напряжения с использованием управляемых электронных аналогов конденсаторов переменной емкости. В качестве единичного элемента задержки использован повторитель напряжения с регулируемым коэффициентом передачи в цепи обратной связи, в качестве которой использован времязадающий конденсатор. При регулировании коэффициента передачи эквивалентная емкость конденсатора меняется, что позволяет варьировать время задержки прохождения импульсов. Рассмотрены варианты схем последовательного и параллельного включения регулируемых единичных элементов задержки.
Для задержки прохождения сигналов по электрической цепи используют элементы и линии задержки, в частности, коаксиальные кабели, искусственные линия задержки из последовательности LC-элементов с промежуточными отводами, ультразвуковые линии задержки и иные устройства подобного назначения. Общим недостатком подобных линий задержки являются крайне малые и дискретно задаваемые значения времен задержки, а также невозможность плавного их регулирования. Не простой является и проблема согласования входов и выходов линии задержки, возникновения отраженных сигналов и т.д.
При создании регулируемых линий задержки, Рисунок 1 и 2, использованы электронные регуляторы эквивалентной емкости конденсаторов, описанные ранее в работе [1]. Для регулировки емкости такого конденсатора использован повторитель напряжения, обратная связь между входом и выходом которого производится через времязадающие конденсаторы с движка потенциометра – регулятора коэффициента передачи. Такое решение позволяет плавно регулировать эквивалентную емкость конденсатора от номинального значения до некоторого минимального, которое может отличаться от номинала в десятки и сотни раз.
 |
|
| Рисунок 1. | Синхронно регулируемая линия задержки цифровых сигналов последовательного типа. |
На Рисунке 1 показана последовательная схема включения шести одинаковых узлов – элементов задержки, повторителей напряжения на основе КМОП-элементов микросхемы DD1 CD4050 – по их числу в корпусе микросхемы. В
качестве времязадающих элементов задержки импульсов используются RC-цепочки: R1C1, R2C2, …, R6C6.
Для регулирования эквивалентной емкости конденсаторов C1–C6 использован истоковый повторитель напряжения на транзисторе VT1 2N7000. Истоковый повторитель нагружен на резистивный делитель выходного напряжения R7+R8. В цепь обратной связи повторителя между его входом (затвором) и регулируемым выходом – потенциометром R8 включен конденсатор C1. Поскольку при подаче на вход такого устройства сигнала прямоугольной или иной формы напряжение на выходе повторителя с масштабированием повторяет входное, то эквивалентная емкость конденсатора C1 будет меняться от нуля (теоретическое значение при коэффициенте передачи равном единице при исключении R7) до номинального значения. Соответственно, в тех же пределах будет меняться и произведение RC времязадерживающей цепочки.
Максимальное время задержки первого элемента цифровой линии задержки определяется как ∆T1MAX ≈ 0.7R1C1 или около 70 мкс; для всех шести элементов последовательной цепочки – ∆T6MAX ≈ 4.2R1C1 или около 420 мкс. Промежуточные значения времен задержки можно получать на выходах UВЫХ1–UВЫХ6.
При регулировке потенциометра R8 меняется эквивалентная емкость конденсаторов C1–C6, соответственно, меняется суммарное время задержки. Максимально возможное изменение коэффициента передачи истокового повторителя за счет использования резистора R7 ограничено, поэтому минимальное время задержки сигналов всей линейки составляет 300 мкс.
Следует особо отметить, что конденсаторы C2–C5, а, точнее, их верхние по схеме обкладки подключены к выходам КМОП-повторителей напряжения. В этой связи с ростом частоты входных сигналов выше 1 кГц пропорциональность покаскадной регулировки задержки не соблюдается из-за фазовых сдвигов сигналов на обкладках конденсаторов.
На Рисунке 2 приведена более совершенная схема линии задержки цифровых сигналов параллельного типа. Базовый (первый) элемент линии задержки отличий не имеет и позволяет регулировкой потенциометра R8 менять время задержки входного сигнала на выходе UВЫХ1 от 70 до 50 мкс. Входные цепи остальных каскадов линии задержки подключены к общему входу. С выходов этих каскадов снимаются выходные сигналы UВЫХ2–UВЫХ6. Зато емкости C2–C6 каждого из каскадов кратно из ряда 2, 3,…, 6 повышаются относительно емкости конденсатора C1. Их нижние обкладки присоединены к движку потенциометра регулировки R8.
 |
|
| Рисунок 2. | Синхронно регулируемая линия задержки цифровых сигналов параллельного типа. |
Таким образом при регулировке потенциометра R8 с выходов повторителей напряжения микросхемы DD1 Uвых1–Uвых6 будут сниматься цифровые сигналы с временем задержки n(70…50) мкс, где n – номер выхода (1–6).
Литература
- Шустов М.А. Электронные регуляторы параметров RLC-элементов
