RU2778160C1

RU2778160C1 - Method for extending pulses (variants)

Info

Publication number: RU2778160C1
Application number: RU2021132611A
Authority: RU
Inventors: Гарри Романович Аванесян
Original assignee: Гарри Романович Аванесян
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2022-08-15

Abstract

FIELD: pulse technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of pulse technology and can be used in building various apparatus of automation, computing and measuring equipment, in the operation whereof the duration of the initial pulses is increased. Extended pulse is created by forming a unified output pulse consisting of an input pulse, an input pulse delayed by a time less than the duration thereof, and a pulse created as a result of the formation of the time interval determining the duration of the extended pulse. One of the variants consists in forming a unified output pulse consisting of only two pulses: an input pulse and a pulse created as a result of the formation of the set time interval.

EFFECT: time of delay of the output extended pulse relative to the input pulse is reduced, and, therefore, the speed of implemented apparatuses is increased.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано при построении различных устройств автоматики, вычислительной и измерительной техники, в процессе функционирования которых осуществляется увеличение длительностей исходных импульсов.The invention relates to the field of pulse technology and can be used in the construction of various devices for automation, computing and measuring technology, in the course of which the increase in the duration of the initial pulses is carried out.

Хорошо известен, ставший классическим, выбранный в качестве прототипа способ расширения импульсов, предусматривающий в ответ на каждый входной импульс, в момент его прихода, запуск процесса формирования временного интервала, определяющего длительность выходного расширенного импульса и выдачи выходного импульса, передний и задний фронты которого определяются соответственно началом и концом формируемого временного интервала. В зависимости от выбранного подхода к формированию указанного временного интервала возможны вариации способа. Одним из вариантов является запуск регенеративного процесса в цепи с положительной обратной связью, сменяющегося релаксационным и вновь регенеративным, что позволяет получать на каждый входной импульс регенерированный выходной импульс, длительность которого определяется временем релаксации [Аванесян Г.Р. Цифровые интегральные микросхемы. - М.: Радиотехника, 2008, стр. 101-103]. Такой подход реализуется в одновибраторах, которые позволяют относительно просто получать выходные импульсы необходимой длительности, задаваемой параметрами RC-цепей. Недостатком такого подхода является невысокая стабильность длительности выходного расширенного импульса, зависящая от внешних факторов, и относительно большое время задержки выходного импульса относительно входного. Другой подход, получивший распространение в связи с развитием цифровой техники, предполагает наличие высокостабильных тактовых импульсов следующих с относительно большой частотой, которые используют для формирования временных интервалов заданной длительности путем отсчета необходимого их числа, после запуска процесса формирования временного интервала - расширенного импульса, см., например, расширитель импульсов, описанный в [Пат. РФ №2645775. Опубл. 28.02.2018, Бюл. №7]. Однако и в этом случае время задержки выходного импульса относительно входного оказывается сравнительно большим, обусловленным в данном случае суммарным временем протекания переходных процессов в цифровых элементах (главным образом в последовательной логике), используемых для получения переднего фронта выходного импульса.It is well known, which has become a classic, chosen as a prototype, the method of expanding pulses, providing, in response to each input pulse, at the moment of its arrival, starting the process of forming a time interval that determines the duration of the output extended pulse and issuing an output pulse, the leading and trailing edges of which are determined respectively beginning and end of the generated time interval. Depending on the chosen approach to the formation of the specified time interval, variations of the method are possible. One of the options is to launch a regenerative process in a positive feedback circuit, which is replaced by relaxation and again regenerative, which makes it possible to obtain a regenerated output pulse for each input pulse, the duration of which is determined by the relaxation time [Avanesyan G.R. Digital integrated circuits. - M.: Radio engineering, 2008, pp. 101-103]. This approach is implemented in single vibrators, which make it relatively easy to obtain output pulses of the required duration, set by the parameters of RC circuits. The disadvantage of this approach is the low stability of the duration of the output extended pulse, which depends on external factors, and the relatively large delay time of the output pulse relative to the input. Another approach, which has become widespread in connection with the development of digital technology, assumes the presence of highly stable clock pulses following with a relatively high frequency, which are used to form time intervals of a given duration by counting the required number of them, after starting the process of forming a time interval - an extended pulse, see, for example, the pulse expander described in [US Pat. RF No. 2645775. Published 02/28/2018, Bull. No. 7]. However, in this case, the delay time of the output pulse relative to the input turns out to be relatively large, due in this case to the total time of transient processes in digital elements (mainly in sequential logic) used to obtain the leading edge of the output pulse.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит, главным образом, в снижении времени задержки выходного расширенного импульса относительно входного и, следовательно, в повышении быстродействия реализуемых устройств.The technical result achieved by using the present invention consists mainly in reducing the delay time of the extended output pulse relative to the input and, consequently, in increasing the performance of the implemented devices.

Технический результат по первому варианту достигается тем, что в способе расширения импульсов, включающего формирование временного интервала, определяющего длительность каждого расширенного импульса, причем процесс формирования временного интервала начинают в момент прихода каждого входного импульса, согласно изобретению, расширенный импульс образуют путем формирования единого выходного импульса, состоящего из входного импульса, задержанного входного импульса на время меньшее его длительности и импульса, полученного в результате формирования временного интервала, определяющего длительность расширенного импульса.The technical result according to the first variant is achieved by the fact that in the method of expanding pulses, including the formation of a time interval that determines the duration of each extended pulse, and the process of forming the time interval begins at the moment of arrival of each input pulse, according to the invention, the extended pulse is formed by forming a single output pulse, consisting of an input pulse, a delayed input pulse for a time less than its duration, and a pulse obtained as a result of the formation of a time interval that determines the duration of the extended pulse.

Кроме того, технический результат по первому варианту достигается тем, что в способе расширения импульсов, согласно изобретению, единый выходной импульс образуют путем подачи на вход суммирующего устройства, осуществляющего логическое сложение входных уровней, входного импульса, задержанного входного импульса и импульса, полученного в результате формирования временного интервала, определяющего длительность расширенного импульса.In addition, the technical result according to the first variant is achieved by the fact that in the pulse expansion method, according to the invention, a single output pulse is formed by applying to the input of a summing device that performs logical summation of input levels, an input pulse, a delayed input pulse and a pulse obtained as a result of the formation time interval that determines the duration of the extended pulse.

Технический результат по второму варианту достигается тем, что в способе расширения импульсов, включающего формирование временного интервала, определяющего длительность каждого расширенного импульса, причем процесс формирования временного интервала начинают в момент прихода каждого входного импульса, согласно изобретению, расширенный импульс образуют путем формирования единого выходного импульса состоящего, из входного импульса и импульса, полученного в результате формирования временного интервала, определяющего длительность расширенного импульса.The technical result according to the second variant is achieved by the fact that in the method of expanding pulses, including the formation of a time interval that determines the duration of each extended pulse, and the process of forming the time interval begins at the moment of arrival of each input pulse, according to the invention, the extended pulse is formed by forming a single output pulse consisting , from the input pulse and the pulse obtained as a result of the formation of a time interval that determines the duration of the extended pulse.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.The essence of the invention is illustrated by graphic material.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, реализующего первый вариант способа. На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип расширения импульсов на примере функционирования устройства, схема которого представлена на фиг. 1.In FIG. 1 shows a functional diagram of a device that implements the first version of the method. In FIG. 2 shows timing diagrams explaining the principle of pulse expansion on the example of the operation of the device, the scheme of which is shown in Fig. one.

Функциональная схема по фиг. 1 содержит логический элемент ИЛИ 1, элемент 2 задержки и формирователь 3 временных интервалов, вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ 1 и составляет вход устройства, выходом которого служит выход элемента ИЛИ 1, второй вход которого через элемент 2 задержки подключен ко входу устройства, а третий вход - к выходу формирователя 3 временных интервалов. В свою очередь формирователь 3 содержит D-триггер 4, логический элемент И 5, счетчик 6 и цифровой компаратор 7.Functional diagram according to Fig. 1 contains an OR 1 logic element, a delay element 2 and a time interval generator 3, the input of which is combined with the first input of the OR 1 element and constitutes the input of the device, the output of which is the output of the OR 1 element, the second input of which is connected to the input of the device through the delay element 2, and the third input - to the output of the shaper 3 time intervals. In turn, the shaper 3 contains a D-flip-flop 4, an AND logic element 5, a counter 6 and a digital comparator 7.

Временные диаграммы по фиг. 2 содержат входные импульсы In1 длительностью t_вх, задержанные импульсы In2, импульсы In3 с выхода формирователя 3 временных интервалов и расширенные импульсы на выходе устройства.The timing diagrams of FIG. 2 contain input pulses _In1 with duration t in , delayed pulses In2, pulses In3 from the output of the shaper 3 time intervals and extended pulses at the output of the device.

Идея, лежащая в основе предложенных способов, состоит в том, что для сокращения времени задержки появления выходного расширенного импульса его передний фронт формируют до начала появления (генерации переднего фронта) расширенного импульса, за счет передачи на выход устройства по короткому пути входного импульса. В качестве иллюстрации отмеченного на фиг. 1 приведена функциональная схема расширителя импульсов, из которой легко видеть, что входные импульсы, поступающие на вход устройства, не только направляются на вход формирователя 3, служащего непосредственно для расширения импульсов, но и на выход устройства через элемент логический ИЛИ 1. Таким образом передний фронт расширенного импульса появляется через время τ₃, равное времени задержки распространения в логическом элементе ИЛИ 1 (см. временные диаграммы по фиг. 2). В то же время передний фронт импульса на выходе формирователя 3, появляющийся на выходе D-триггера 4, появляется через время τ₁, равное времени перехода триггера из одного устойчивого положения в другое, которое оказывается выше времени задержки распространения в базовых логических элементах, на основе которых подобные триггеры строятся. Однако указанный переход триггера не оказывает какого-либо влияния на результат формирования переднего фронта выходного импульса, так как к этому времени на выходе элемента ИЛИ 1 уже будет присутствовать высокий логический уровень, а к моменту начала формирования заднего фронта выходного импульса длительностью t_вых высокий логический уровень на входе In1 будет снят по определению задачи.The idea underlying the proposed methods is that in order to reduce the delay time for the appearance of the output extended pulse, its leading edge is formed before the appearance (generation of the leading edge) of the extended pulse, by transmitting the input pulse to the device output along a short path. As an illustration of what is shown in FIG. 1 shows a functional diagram of the pulse expander, from which it is easy to see that the input pulses arriving at the input of the device are not only sent to the input of shaper 3, which serves directly to expand the pulses, but also to the output of the device through the logical OR 1 element. Thus, the leading edge extended pulse appears after a time τ ₃ equal to the propagation delay time in the logical element OR 1 (see the timing diagrams in Fig. 2). At the same time, the leading edge of the pulse at the output of shaper 3, appearing at the output of D-flip-flop 4, appears after a time τ ₁ equal to the transition time of the trigger from one stable position to another, which is higher than the propagation delay time in the basic logic elements, based on which similar triggers are built. However, the indicated transition of the trigger does not have any effect on the result of the formation of the leading edge of the output pulse, since by this time the output of the OR 1 element will already have a high logic level, and by the time the formation of the trailing edge of the output pulse with a duration of t _{out begins} , a high logic level at the input In1 will be removed by the task definition.

Наличие в схеме дополнительного элемента 2 задержки, обусловленного первым вариантом способа, необходимо для предотвращения появления провалов импульсов на выходе элемента ИЛИ 1, в случае, если длительность входного импульса t_вх окажется меньше времени задержки распространения τ₁ в формирователе 3 временных интервалов. Во избежание появления подобных кратковременных переходов в «нуль» входной импульс целесообразно несколько расширить за счет наложения на него его задержанной копии, что осуществляется подачей на вход In2 элемента ИЛИ 1 импульса с выхода элемента 2. Разумеется, для наложения импульсов время τ₂ вносимой элементом 2 задержки следует выбирать не более длительности входного импульса. Что же касается минимального значения времени задержки τ₂, то оно должно определяться разностью τ₁-t_вх (временной интервал τ₄ на фиг. 2), то есть должно соблюдаться условие (τ₁-t_вх)<τ₂<t_вх. Для соблюдения левой части приведенного условия на вход In3 элемента ИЛИ 1 импульс с выхода формирователя 3 должен поступать не позже, чем завершится действие импульса на входе In2. Если есть основания полагать, что длительность входного импульса t_вх будет превышать время задержки распространения τ₁ в формирователе временных интервалов, то от операции дополнительной задержки можно отказаться, упрощая таким образом как способ (см. п. 3 Формулы изобретения), так и устройство его реализующее. Подобное устройство должно отличаться от ранее рассмотренного (см. фиг. 1) отсутствием элемента задержки и соответственно заменой логического элемента 3ИЛИ на 2ИЛИ (см. фиг. 1). В остальном функциональные схемы устройств являются идентичными, также как и принцип их действия с учетом отсутствующего элемента задержки.The presence in the circuit of an additional delay element 2, due to the first variant of the method, is necessary to prevent the appearance of pulse dips at the output of the OR element 1, if the duration of the input pulse t _in is less than the propagation delay time τ ₁ in the shaper 3 time intervals. In order to avoid the appearance of such short-term transitions to "zero", it is advisable to expand the input pulse somewhat by superimposing its delayed copy on it, which is done by applying the input In2 element OR 1 pulse from the output of element 2. Of course, for superimposing pulses, the time τ ₂ introduced by element 2 delay should be chosen no more than the duration of the input pulse. As for the minimum delay time τ ₂ , it must be determined by the difference τ ₁ -t _in (time interval τ ₄ in Fig. 2), that is, the condition must be met (τ ₁ -t _in )<τ ₂ <t _in . To comply with the left side of the above condition, the input In3 of the OR 1 element must receive a pulse from the output of shaper 3 no later than the end of the pulse action at the input In2. If there is reason to believe that the duration of the input pulse t _in will exceed the propagation delay time τ ₁ in the time interval generator, then the additional delay operation can be abandoned, thus simplifying both the method (see clause 3 of the claims) and its device realizing. Such a device should differ from the previously considered one (see Fig. 1) by the absence of a delay element and, accordingly, by replacing the logic element 3OR with 2OR (see Fig. 1). Otherwise, the functional diagrams of the devices are identical, as well as the principle of their operation, taking into account the missing delay element.

Отметим, что на схеме по фиг. 1 показан частный случай реализации формирователя временных интервалов, работа которого рассмотрена в [Пат. РФ №2645775. Опубл. 28.02.2018, Бюл. №7]. Применение такого рода формирователей оправдано в тех случаях, когда требуется расширять импульсы до относительно небольших величин при одновременно высокой стабильности длительности расширенных импульсов (это достигается за счет тактирования формирователя высокостабильными последовательностями импульсов CLK). Снижение времени задержки в схеме подобной показанной на фиг. 1 возможно ориентировочно в 1,5…2 раза, в зависимости от схемотехнологического типа применяемой элементной базы. Указанный выигрыш определяется отношением τ₁/τ₃ (см. фиг. 2). В тех же случаях, когда по условиям стоящих задач необходимо получать импульсы относительно большой длительности без предъявления к ним высоких требований по точности соблюдения длительностей, удобным оказывается применение в качестве формирователей временных интервалов одновибраторов в интегральном исполнении. Включение их по схеме показанной на фиг. 1 также позволяет уменьшить задержку появления переднего фронта выходного импульса по сравнению со случаем использования общеизвестных схем включения одновибраторов для расширения импульсов. Еще одним достоинством показанной на рис. 1 структуры является возможность отключения режима расширения импульсов достаточно простым действием, без введения дополнительных логических элементов: для этого следует установить на информационном входе D-триггера 4 уровень логического нуля. При таком управляющем уровне на выходе устройства будут присутствовать импульсы длительность которых отличается от длительности входных на время τ₂, а в случае реализации второго варианта способа - их длительность будет равна длительности входных импульсов.Note that in the diagram of Fig. 1 shows a special case of the implementation of the shaper time intervals, whose work is discussed in [US Pat. RF No. 2645775. Published 02/28/2018, Bull. No. 7]. The use of such shapers is justified in those cases when it is required to expand the pulses to relatively small values with at the same time high stability of the duration of the extended pulses (this is achieved by clocking the shaper with highly stable CLK pulse sequences). Reducing the delay time in a circuit like that shown in FIG. 1 is possible by approximately 1.5 ... 2 times, depending on the circuit-technological type of the applied element base. The specified gain is determined by the ratio τ ₁ /τ ₃ (see Fig. 2). In those cases when, according to the conditions of the tasks at hand, it is necessary to obtain pulses of relatively long duration without imposing high requirements on the accuracy of observing durations, it turns out to be convenient to use single vibrators in an integral design as shapers of time intervals. Their inclusion according to the scheme shown in Fig. 1 also makes it possible to reduce the delay in the appearance of the leading edge of the output pulse compared to the case of using well-known single vibrator circuits for pulse expansion. Another advantage shown in Fig. 1 of the structure is the ability to turn off the pulse expansion mode by a fairly simple action, without introducing additional logic elements: for this, you should set the logic zero level at the information input of the D-flip-flop 4. With such a control level, there will be pulses at the output of the device, the duration of which differs from the duration of the input ones by the time τ ₂ , and in the case of the implementation of the second variant of the method, their duration will be equal to the duration of the input pulses.

Claims

1. A method for expanding pulses, including the formation of a time interval that determines the duration of each extended pulse, and the process of forming a time interval begins at the moment of arrival of each input pulse, characterized in that the extended pulse is formed by forming a single output pulse consisting of an input pulse, a delayed input pulse for a time less than its duration, and the pulse obtained as a result of the formation of a time interval that determines the duration of the extended pulse.

2. The method according to claim 1, characterized in that a single output pulse is formed by applying to the input of a summing device that performs logical addition of input levels, an input pulse, a delayed input pulse and a pulse obtained as a result of the formation of a time interval that determines the duration of the extended pulse.

3. The method of expanding pulses, including the formation of a time interval that determines the duration of each extended pulse, and the process of forming a time interval begins at the moment of arrival of each input pulse, characterized in that the extended pulse is formed by forming a single output pulse, consisting of an input pulse and a pulse, obtained as a result of the formation of the time interval that determines the duration of the extended pulse, and a single output pulse is formed by applying to the input of the summing device that performs the logical addition of the input levels, the input pulse and the pulse obtained as a result of the formation of the time interval that determines the duration of the extended pulse.