Импульсный генератор с автокоррекцией

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2016

Marián Štofka

EDN

Для создания N-канальных генераторов импульсов с длительностью сигнала на каждом выходе T/N обычно используются сдвиговые регистры с параллельными выходами. Чтобы сохранить правильную последовательность состояний генератора, вы можете использовать обратную связь с последнего выхода на первый вход. При включении питания в таких схемах состояние триггеров регистра может оказаться произвольным, и результирующая комбинация логических нулей и единиц не будет соответствовать требуемому информационному содержанию. Для исключения возникновения нежелательных состояний и ввода требуемой последовательности вам нужна специальная обратная связь.

На Рисунке 1 изображена схема трехкаскадного регистра сдвига на основе D-триггеров. Регистр имеет три выхода, Q₁, Q₂ и Q₃, на каждом из которых формируются периодические импульсы шириной T_REP/3. Период, с которым последовательность повторяется на каждом из выходов, равен T_REP = 3T_CLK, где T_CLK – период тактовых импульсов на линии CLOCK. Сигнал обратной связи создается двухвходовым логическим элементом «ИЛИ-НЕ». Выход вентиля D₁ соединен с входом D триггера FF₁, а выходы подключены к Q₁ and Q₂. Логическая единица на выходе D₁ означает, что по ближайшему переходу тактового импульса из «0» в «1» этот сигнал запишет «лог. 1» на выход Q₁.

Рисунок 1.	В этом трехканальном генераторе импульсов с автокоррекцией неправильных логических состояний используются три микросхемы.

Чтобы объяснить себе работу этой обратной связи, запишем «лог. 0» в триггер FF₁ ближайшим положительным фронтом тактового сигнала CLOCK, когда, по крайней мере, один из выходов находится в состоянии «лог. 1». Если оба выхода Q₁ и Q₂ находятся в состоянии «лог. 0», вы записываете в FF₁ «лог. 1». Эта обратная связь добавляет в схему способность к автокоррекции, которую проиллюстрируем ниже в предположении, что начальное состояние схемы намеренно сделано неправильным.

Итак, коррекцию состояний демонстрируют следующие последовательности, в которых цифры в битовых триадах слева направо соответствуют выходам Q₁, Q₂ и Q₃:

111→011→001→100→010→001
000→100→010→001

Из этого примера вы можете видеть, что ошибочное состояние 111 самокорректируется в течение двух периодов тактовой частоты. Для нежелательного состояния 000 правильная последовательность установится по ближайшему положительному фронту тактового сигнала.

Рисунок 2.	Схема генерирует свободные от эффекта «гонок» сигналы логического уровня с точными коэффициентами заполнения 33.3%.

Определить верхний предел тактовой частоты вы можете исходя из того, что изменение состояния выхода логического вентиля должно происходить за время T_SETUP до следующего перехода тактового импульса от низкого уровня к высокому. (Рисунок 2). Таким образом, минимальный период синхросигнала равен

T_CLKMIN = T_PQHL + T_PGLH + T_SETUP,

где T_PQHL и T_PGLH – задержки распространения сигналов в триггере и логическом вентиле, соответственно, при переходе из высокого логического уровня в низкий и из низкого в высокий. Задавшись взятыми из справочных данных наихудшими возможными значениями задержек распространения, вы получите минимальный период тактовой частоты 4.4 нс для напряжения питания 1.8 В и 3.5 нс для напряжения питания 2.5 В. Поскольку значение 3.5 нс дает значение тактовой частоты, превышающее допустимую скорость переключения триггера, при напряжении питания 2.5 В вы должны ограничиться частотой 275 МГц. При питании напряжением 1.8 В максимальная частота должна равняться 227 МГц. Максимальная частота повторения сигналов на выходах Q₁, Q₂ и Q₃ равна максимальной тактовой частоте, деленной на три, или 75.6 МГц.

Материалы по теме