RU2785070C1 - Method for phase binding of the generated sequence of pulses to an external trigger pulse - Google Patents

Method for phase binding of the generated sequence of pulses to an external trigger pulse Download PDF

Info

Publication number
RU2785070C1
RU2785070C1 RU2022113728A RU2022113728A RU2785070C1 RU 2785070 C1 RU2785070 C1 RU 2785070C1 RU 2022113728 A RU2022113728 A RU 2022113728A RU 2022113728 A RU2022113728 A RU 2022113728A RU 2785070 C1 RU2785070 C1 RU 2785070C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulse
external trigger
clock
trigger pulse
delay line
Prior art date
Application number
RU2022113728A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Григорьевич Бондарь
Екатерина Олеговна Брежнева
Николай Владимирович Поляков
Андрей Владимирович Рябко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2785070C1 publication Critical patent/RU2785070C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: pulse technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of pulse technology and can be used in precision pulse generators. To achieve the effect, the method consists in storing the current position of the front of the clock pulse propagating in the multi-tap delay line in flip-flops at the moment the external trigger pulse arrives. In this case, the active trigger (having retained the position of the clock pulse front) switches the clock pulse from one of the outputs of the multi-tap delay line to the input of the logical summation element, at the output of which there are clock pulses that are phase-locked to the external trigger pulse.
EFFECT: reducing hardware costs, as well as increasing the accuracy of the phase reference of the reference oscillator clock pulses to the external trigger pulse, which makes it possible to form delays of any duration from them, counted from the external trigger pulse, with high accuracy.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в прецизионных генераторах импульсов.The invention relates to the field of pulse technology and can be used in precision pulse generators.

В прецизионных генераторах импульсов, предназначенных для генерирования последовательностей импульсов с задаваемыми временными параметрами: длительностью, временной задержкой и периодом повторения, возникает проблема фазовой привязки, генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. Это означает, что отсчёт любых временных параметров генерируемой последовательности импульсов осуществляется относительно импульса внешнего запуска.In precision pulse generators designed to generate sequences of pulses with specified time parameters: duration, time delay and repetition period, there is a problem of phase binding of the generated pulse sequence to the external trigger pulse. This means that the counting of any time parameters of the generated sequence of pulses is carried out relative to the external trigger pulse.

Обычно генераторы импульсов строятся как цифровые устройства, и имеют свой точный тактовый генератор. Если в качестве источника сигнала синхронизации выбирается встроенный источник тактовых импульсов, то временные параметры генерируемых импульсов кратны периоду тактовых импульсов, а погрешность их установки определяется в основном погрешностью периода тактовых импульсов. Однако при синхронизации от внешнего импульса запуска, который никак не привязан к тактовым импульсам самого генератора, погрешность привязки к импульсу внешнего запуска может варьироваться в пределах одного периода тактовых импульсов. Для исключения этой вариативности положение тактового импульса относительно импульса внешнего запуска должно быть одним и тем же, то есть задержка фронта тактового импульса должна быть постоянной относительно фронта импульса внешнего запуска. Typically, pulse generators are built as digital devices, and have their own accurate clock generator. If the built-in source of clock pulses is selected as the source of the synchronization signal, then the time parameters of the generated pulses are a multiple of the period of the clock pulses, and the error of their setting is determined mainly by the error of the period of the clock pulses. However, when synchronizing from an external trigger pulse that is not tied to the clock pulses of the oscillator itself, the error of reference to the external trigger pulse can vary within one clock period. To eliminate this variability, the position of the clock pulse relative to the external trigger pulse must be the same, that is, the clock edge delay must be constant relative to the edge of the external trigger pulse.

Известно устройство [Патент RU №2256290 МПКH03L3/00. Устройство фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. 05.05.2003г.], в котором реализуется способ фазовой привязки, сущность которого состоит в преобразовании задержки между импульсом внешнего запуска и предшествующим ему тактовым импульсом в пропорциональное напряжение и, далее, с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровой код, сохранении его в виде цифрового кода и последующем обратном преобразовании сохранённого цифрового кода в уровень напряжения с помощью цифро-аналогового преобразователя и, далее, преобразовании напряжения в задержку всех последующих тактовых импульсов. Из задержанных тактовых импульсов формируются последовательности выходных импульсов прецизионного генератора с заданными временными параметрами – задержкой от начала периода, задержкой между парными импульсами, длительностью импульсов, периодом повторения. A device is known [Patent RU No. 2256290 MPCH03L3/00. Device for phase reference of the generated sequence of pulses to an external trigger pulse. 05.05.2003], which implements the phase referencing method, the essence of which is to convert the delay between the external trigger pulse and the preceding clock pulse into a proportional voltage and, further, using an analog-to-digital converter to a digital code, saving it in the form of a digital code and the subsequent reverse conversion of the stored digital code into a voltage level using a digital-to-analog converter and, further, the conversion of voltage into a delay of all subsequent clock pulses. From the delayed clock pulses, sequences of output pulses of a precision generator are formed with specified time parameters - the delay from the beginning of the period, the delay between paired pulses, the duration of the pulses, the repetition period.

Формирование временных параметров (временных интервалов) осуществляется классическими методами с использованием счётчиков тактовых импульсов, регистров, содержащих коды временных параметров, и схем совпадения. Выходные сигналы схем совпадения синхронизируются задержанными тактовыми импульсами. Поэтому медленные изменения их положения относительно импульса внешнего запуска под воздействием дестабилизирующих факторов и дрожание фронтов (джиттер – быстрое изменение положения) приводят к погрешности формирования последовательности импульсов.The formation of time parameters (time intervals) is carried out by classical methods using clock pulse counters, registers containing codes of time parameters, and coincidence circuits. The outputs of the coincidence circuits are synchronized with a delayed clock. Therefore, slow changes in their position relative to the external trigger pulse under the influence of destabilizing factors and jitter of the fronts (jitter - a rapid change in position) lead to an error in the formation of a sequence of pulses.

Преобразование задержки тактовых импульсов относительно импульса внешнего запуска в напряжение, далее в цифровой код, затем снова в напряжение и, наконец, опять в задержку приводит к накоплению ошибок в длинной цепи преобразований. Кроме того, преобразование временного интервала в напряжение и обратное преобразование осуществляется аналоговыми устройствами на фоне импульсных помех, порождаемых работой цифровых устройств генератора, что также увеличивает погрешность фазовой привязки. Converting the clock delay relative to the external trigger pulse into voltage, then into a digital code, then back into voltage, and finally back into delay, leads to the accumulation of errors in a long chain of conversions. In addition, the conversion of the time interval into voltage and inverse conversion is carried out by analog devices against the background of impulse noise generated by the operation of the digital devices of the generator, which also increases the phase referencing error.

Известен также способ преодоления указанных недостатков [Патент RU № 2447576 МПК H03L7/00. Способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. 29.06.2010 г.], состоящий в прямом преобразовании задержки в цифровой код, сохранении этого кода и последующем преобразовании кода в задержку тактовых импульсов. Преобразование задержки в цифровой код осуществляется сохранением в запоминающем регистре, в момент появления импульса внешнего запуска, выходных сигналов многоотводной линии задержки, по которой распространяется электромагнитная волна тактового импульса. Полученный цифровой код преобразуется дешифратором в сигналы управления мультиплексором, выделяющим лишь один из выходных сигналов многоотводной линии задержки, представляющий собой задержанные тактовые импульсы, привязанные к импульсу внешнего запуска.There is also a way to overcome these disadvantages [Patent RU No. 2447576 IPC H03L7/00. The method of phase binding of the generated sequence of pulses to an external trigger pulse. 06/29/2010], consisting in the direct conversion of the delay into a digital code, saving this code and then converting the code into a clock pulse delay. The delay is converted into a digital code by storing in the memory register, at the moment the external trigger pulse appears, the output signals of the multi-tap delay line, along which the electromagnetic wave of the clock pulse propagates. The resulting digital code is converted by the decoder into control signals of the multiplexer, which selects only one of the output signals of the multi-tap delay line, which is a delayed clock pulse tied to an external trigger pulse.

Этот способ обеспечивает полный отказ от аналоговых узлов при запоминании и воспроизведении задержки. This method provides a complete rejection of analog nodes in the storage and playback of the delay.

Недостатком его является необходимость точного согласования длительности задержки и периода следования тактовых импульсов. Кроме того, тактовые импульсы должны иметь фиксированную скважность, например, равную 2. Поскольку в процессе эксплуатации величина задержки изменяется при воздействии температуры и в результате деградации, а суммарная задержка может быть как меньше, так и больше периода следования тактовых импульсов, то при использовании преобразователя кодов спроектированного под указанные выше условия его работоспособность нарушается, так как во входной последовательности кодов появляются непредусмотренные коды (например, при уменьшении величины задержки количество единиц в коде не равно количеству нулей, а при номинальной величине задержки это равенство соблюдается всегда). Это приводит к неработоспособности устройства при абсолютных изменениях задержки приближающихся, или превышающих задержку одного элемента. Преобразователь кодов возможно спроектировать для работы в заранее заданном диапазоне изменений величины задержки, при этом, при величине задержки менее периода, погрешность синхронизации возрастает на величину равную разности периода тактовых импульсов и длительности задержки. Помимо этого, объём оборудования преобразователя кодов резко увеличивается, а масштабируемость решения, т.е. отсутствие необходимости в перепроектировании устройства при изменении количества отводов многоотводной линии задержки с целью повышения точности синхронизации, отсутствует. Its disadvantage is the need to precisely match the duration of the delay and the period of the clock pulses. In addition, the clock pulses must have a fixed duty cycle, for example, equal to 2. Since during operation the delay value changes under the influence of temperature and as a result of degradation, and the total delay can be either less or more than the cycle time of the clock pulses, when using the converter codes designed for the above conditions, its performance is violated, since unforeseen codes appear in the input sequence of codes (for example, when the delay value decreases, the number of ones in the code is not equal to the number of zeros, and with a nominal delay value, this equality is always observed). This leads to the inoperability of the device with absolute delay changes approaching, or exceeding the delay of one element. The code converter can be designed to operate in a predetermined range of delay changes, while, if the delay is less than a period, the synchronization error increases by an amount equal to the difference between the period of the clock pulses and the duration of the delay. In addition, the volume of code converter equipment increases dramatically, and the scalability of the solution, i.e. there is no need to redesign the device when changing the number of taps of the multi-tap delay line in order to improve the synchronization accuracy.

Уменьшение погрешности формирования временных интервалов при изменении длительности суммарной задержки многоотводной линии задержки вследствие влияния технологических факторов и условий эксплуатации, а также исключение сбоев достигается способом, принимаемым в качестве прототипа [Патент RU №2693595 МПК H03L7/00 Способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. 15.03.2018 г.], состоящим в выделении тактового импульса на выводе многоотводной линии задержки, на котором распространяющийся вдоль многоотводной линии задержки тактовый импульс задерживается на минимальный интервал времени по отношению к импульсу внешнего запуска, при этом тактовые импульсы с каждого вывода многоотводной линии задержки делятся однотипными синхронными делителями частоты, запуск которых разрешается по импульсу внешнего запуска, а на входе схемы логического сложения выходных сигналов синхронных делителей частоты тактовые импульсы формируются тем синхронным делителем частоты, на входе тактирования которого появляется фронт импульса с минимальной задержкой относительно импульса внешнего запуска, причем выходной сигнал упомянутого синхронного делителя частоты своим высоким уровнем блокирует фронты выходных сигналов остальных синхронных делителей частоты, при этом блокировка фронтов выходных сигналов остальных синхронных делителей частоты должна продолжаться в течение периода следования импульсов на каждом из выходов многоотводной линии задержки.Reducing the error in the formation of time intervals when changing the duration of the total delay of the multi-tap delay line due to the influence of technological factors and operating conditions, as well as the elimination of failures is achieved by the method adopted as a prototype [Patent RU No. 2693595 IPC H03L7/00 launch. 03/15/2018], consisting in the selection of a clock pulse at the output of the multi-tap delay line, on which the clock pulse propagating along the multi-tap delay line is delayed by a minimum time interval with respect to the external trigger pulse, while the clock pulses from each output of the multi-tap delay line are divided synchronous frequency dividers of the same type, the triggering of which is allowed by an external trigger pulse, and at the input of the logical summation circuit of the output signals of synchronous frequency dividers, clock pulses are formed by that synchronous frequency divider, at the clocking input of which a pulse edge appears with a minimum delay relative to the external trigger pulse, and the output signal of the mentioned synchronous frequency divider, with its high level, blocks the edges of the output signals of the remaining synchronous frequency dividers, while blocking the edges of the output signals of the remaining synchronous frequency dividers must continue for a period Yes, the following pulses on each of the outputs of the multi-tap delay line.

Недостаток данного способа состоит в том, для получения синхронизированных тактовых импульсов с частотой равной частоте входных тактовых импульсов необходимо применять умножитель частоты с коэффициентом деления равным коэффициенту деления синхронных делителей частоты. Помимо этого, велик объём оборудования, обусловленный применением умножителя и синхронных делителей частоты. Умножение частоты также увеличивает фазовые шумы на 6 дБ при каждом удвоении частоты. При этом увеличивается джиттер тактовых импульсов.The disadvantage of this method is that in order to obtain synchronized clock pulses with a frequency equal to the frequency of the input clock pulses, it is necessary to use a frequency multiplier with a division factor equal to the division factor of synchronous frequency dividers. In addition, the volume of equipment due to the use of a multiplier and synchronous frequency dividers is large. The frequency multiplication also increases the phase noise by 6 dB for each frequency doubling. This increases the clock jitter.

Технической задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является уменьшение объёма оборудования и повышение точности привязки тактовых импульсов к импульсу внешнего запуска.The technical problem to be solved by the proposed method is to reduce the volume of equipment and increase the accuracy of binding clock pulses to an external trigger pulse.

Решение задачи обеспечивается запоминанием текущего положения фронта тактового импульса, распространяющегося в многоотводной линии задержки в триггерах в момент прихода импульса внешнего запуска. При этом активный триггер (сохранивший положение фронта тактового импульса) коммутирует тактовый импульс с одного из последующих выводов многоотводной линии задержки на вход элемента логического суммирования, на выходе которого и формируются тактовые импульсы, привязанные по фазе к импульсу внешнего запуска. The problem is solved by storing the current position of the front of the clock pulse propagating in the multi-tap delay line in flip-flops at the moment the external trigger pulse arrives. In this case, the active trigger (having retained the position of the clock pulse front) commutates the clock pulse from one of the subsequent outputs of the multi-tap delay line to the input of the logical summation element, at the output of which clock pulses are generated, phase-locked to the external trigger pulse.

Из импульса внешнего запуска формируются два коротких импульса - импульс сброса триггеров и задержанный импульс внешнего запуска. При этом длительность задержанного импульса внешнего запуска выбирается так, чтобы гарантированно сработал хотя бы один триггер. Two short pulses are formed from the external trigger pulse - the trigger reset pulse and the delayed external trigger pulse. In this case, the duration of the delayed external trigger pulse is chosen so that at least one trigger is guaranteed to work.

Импульс сброса переводит триггеры в начальное состояние, блокируя прохождение тактовых импульсов с выходов многоотводной линии на вход элемента логического суммирования.The reset pulse transfers flip-flops to the initial state, blocking the passage of clock pulses from the outputs of the multi-tap line to the input of the logical summation element.

Задержанный импульс внешнего запуска поступает на информационные входы триггеров, на входы синхронизации которых подаются сигналы с соответствующих выводов многоотводной линии задержки. Поскольку на входы синхронизации триггеров сигналы с выводов многоотводной линии задержки поступают в течение каждого периода тактовых импульсов, то последующее изменение их состояния блокируется до прихода следующего импульса внешнего запуска, из которого формируется сигнал сброса, переводящий триггеры в начальное состояние и подготавливающий их к очередной записи текущего положения фронта тактового импульса.The delayed external trigger pulse is fed to the information inputs of the triggers, to the synchronization inputs of which signals are fed from the corresponding outputs of the multi-tap delay line. Since the signals from the pins of the multi-tap delay line are received at the synchronization inputs of the triggers during each period of clock pulses, the subsequent change in their state is blocked until the next external trigger pulse arrives, from which a reset signal is generated that transfers the triggers to the initial state and prepares them for the next recording of the current position of the front of the clock pulse.

Длительность задержанного импульса внешнего запуска t З, поступающего на информационные входы триггеров, должна превышать сумму задержки одного элемента многоотводной линии задержки t i, времени предустановки данных относительно фронта синхроимпульса t П, и времени удержания данных относительно синхроимпульса t у, т.е.:The duration of the delayed external trigger pulse t W supplied to the information inputs of the triggers must exceed the sum of the delay of one element of the multi-tap delay line t i , the data preset time relative to the front of the clock pulse t P , and the data hold time relative to the clock pulse t y , i.e.:

t З>t i+t П+t У. t Z > t i + t P + t U .

В зависимости от соотношения задержки одного элемента многоотводной линии задержки и параметров триггера в активное состояние может перейти более чем один триггер, что не нарушит корректного функционирования устройства, поскольку поступающий первым на элемент логического суммирования тактовый импульс блокирует фронты последующих импульсов. Такая ситуация может лишь изменить длительность паузы тактовых импульсов на выходе элемента логического суммирования.Depending on the ratio of the delay of one element of the multi-tap delay line and the trigger parameters, more than one trigger can go into the active state, which will not disrupt the correct operation of the device, since the clock pulse that arrives first at the logical summation element blocks the edges of subsequent pulses. Such a situation can only change the duration of the pause of the clock pulses at the output of the logical summation element.

Активные триггеры пропускают на вход элемента логического суммирования тактовые импульсы с вывода многоотводной линии задержки на котором фронт тактового сигнала задержан относительно вывода, подключенного к входу синхронизации активного триггера на интервал, превышающей время установления сигнала на выходе триггера, т.е. Active triggers pass to the input of the logic sum element clock pulses from the output of the multi-tap delay line at which the edge of the clock signal is delayed relative to the output connected to the synchronization input of the active trigger for an interval exceeding the settling time of the signal at the trigger output, i.e.

k×t i>t SO, k × t i > t SO ,

где k - количество элементов задержки между выводом многоотводной линии задержки, подключенным к активному триггеру, и коммутируемым выводом, t i - задержка одного элемента, t SO - время распространения сигнала от входа синхронизации до выхода триггера. where k is the number of delay elements between the output of the multi-tap delay line connected to the active trigger and the switched output, t i is the delay of one element, t SO is the signal propagation time from the synchronization input to the trigger output.

Такое решение исключает искажение положения фронта первого синхронизированного тактового импульса на выходе элемента логического суммирования. This solution eliminates the distortion of the position of the front of the first synchronized clock pulse at the output of the logical summation element.

Это явление имело бы место при коммутировании того же тактового импульса с вывода многоотводной линии задержки, который поступает на вход синхронизации активного триггера, поскольку его фронт оказался бы дополнительно задержанным на время срабатывания триггера в текущем периоде следования тактовых импульсов, а в последующих периодах этого бы не наблюдалось. This phenomenon would occur when switching the same clock pulse from the output of the tapped delay line that enters the active trigger clock input, since its edge would be additionally delayed by the trigger time in the current clock cycle, and in subsequent periods it would not observed.

Блокировка триггеров от последующих изменений состояния достигается различным способом в зависимости от типа используемого синхронизируемого фронтом/спадом триггера. Например, для JK-триггеров это достигается подачей логического нуля на вход K триггера, а задержанного импульса внешнего запуска на вход J. При этом при высоком уровне задержанного импульса внешнего запуска фронт тактового импульса на входе синхронизации запишет в этот триггер единицу, а последующие фронты тактовых импульсов будут только подтверждать состояние триггера так, как на входах J и K будут присутствовать логические нули, что соответствует режиму хранения. Триггеры, синхронизируемые с других выводов многоотводной линии задержки, будут подтверждать низкий уровень на выходе, поскольку в момент записи на их информационных входах (здесь J) присутствует низкий уровень сигнала (короткий задержанный импульс внешнего запуска ещё отсутствует или уже завершён). Blocking flip-flops from subsequent state changes is achieved in a different way, depending on the type of rising/falling trigger being used. For example, for JK flip-flops, this is achieved by applying a logic zero to the K input of the flip-flop, and a delayed external trigger pulse to the J input. pulses will only confirm the state of the trigger as logical zeros will be present at the inputs J and K, which corresponds to the storage mode. Triggers clocked from other pins of the multi-tap delay line will assert a low output level, since at the time of writing their information inputs (here J) are low (the short delayed external trigger pulse is not yet there or has already been completed).

При поступлении нового внешнего импульса запуска все триггеры устанавливаются начальное состояние. When a new external trigger pulse arrives, all triggers are set to their initial state.

Способ не предъявляет жёстких требований к быстродействию элементной базы, к стабильности длительности задержанного импульса внешнего запуска и требует меньших аппаратных затрат по сравнению с прототипом.The method does not impose stringent requirements on the speed of the element base, on the stability of the duration of the delayed external trigger pulse, and requires less hardware costs compared to the prototype.

Предлагаемое решение поясняется: фиг. 1 – структурная схема устройства, реализующего способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска; фиг. 2 – временная диаграмма. The proposed solution is explained: Fig. 1 is a block diagram of a device that implements the method of phase binding of the generated pulse sequence to an external trigger pulse; fig. 2 - timing diagram.

Способ реализуется устройством, приведенным на фигуре 1 и состоящим из: многоотводной линии задержки 1; синхронизируемых фронтом D-триггеров 2; логических элементов «ИЛИ» 3; логических элементов «И» 4; элемента логического суммирования 5 («ИЛИ»); одновибраторов 6 и 7 (здесь представлен вариант устройства реализованного на синхронизируемых фронтом D-триггерах). The method is implemented by the device shown in figure 1 and consisting of: multi-tap delay line 1; front-synchronized D-flip-flops 2; logic elements "OR" 3; logical elements "And" 4; logical summation element 5 ("OR"); single vibrators 6 and 7 (here is a variant of the device implemented on front-synchronized D-flip-flops).

Тактовые импульсы (CLK) поступают на вход многоотводной линии задержки 1. Выводы многоотводной линии задержки 1 соединены с входами синхронизации C соответствующих триггеров 2, на информационные входы D которых подаётся сигнал с выхода логических элементов «ИЛИ» 3. При этом первые входы логических элементов «ИЛИ» 3 соединены с выходами соответствующих триггеров, а вторые входы объединены вместе и подключены к выходу одновибратора 7. Вход одновибратора 7 соединён со выходом одновибратора 6 и входами начальной установки R триггеров 2, а на вход одновибратора 6 подаётся импульс внешнего запуска «SYNC». Выходы триггеров 2 подключены к первым входам соответствующих логических элементов «И» (они выступают в роли ключей, коммутирующих тактовые импульсы на входы элемента логического суммирования), вторые входы которых подключены к выводам многоотводной линии задержки 1, на которых фронт тактового импульса отстаёт от фронта тактового импульса на входе синхронизации триггера на заданный интервал (на фиг. 1 и фиг. 2 этот интервал равен 2×t i). Выходы логических элементов «И» подключены к входам элемента логического суммирования 5, выход которого является выходом синхронизированных тактовых импульсов «SCLK» .Clock pulses ( CLK ) are fed to the input of the multi-tap delay line 1. The outputs of the multi-tap delay line 1 are connected to the synchronization inputs C of the corresponding flip-flops 2, the information inputs D of which receive a signal from the output of the logic elements "OR" 3. In this case, the first inputs of the logic elements " OR 3 are connected to the outputs of the corresponding triggers, and the second inputs are combined together and connected to the output of one-shot 7. The input of one-shot 7 is connected to the output of one-shot 6 and the inputs of the initial setting R of triggers 2, and the input of one-shot 6 is supplied with an external trigger pulse "SYNC". The outputs of triggers 2 are connected to the first inputs of the corresponding logic elements "AND" (they act as switches that switch clock pulses to the inputs of the logical summation element), the second inputs of which are connected to the outputs of the multi-tap delay line 1, on which the front of the clock pulse lags behind the front of the clock pulse at the trigger synchronization input for a given interval (in Fig. 1 and Fig. 2 this interval is equal to 2× t i ). The outputs of the logic elements "AND" are connected to the inputs of the logical summation element 5, the output of which is the output of the synchronized clock pulses "SCLK".

Устройство работает следующим образом. На вход многоотводной линии задержки 1 поступают тактовые импульсы CLK. Фронт очередного импульса появляется поочерёдно на первом выводе многоотводной линии задержки С1, затем на втором – С2 и т.д. С приходом импульса внешнего запуска «SYNC» одновибратор 6 формирует отрицательный импульс фиксированной длительности, достаточной для сброса триггеров 2 по инверсному входу R (начальное состояние). При этом низкий уровень с выходов триггеров 2 поступает на первый вход логических элементов «ИЛИ» 3, а на объединённых вместе вторых входах логических элементов «И», присоединённых к выходу одновибратора 7, присутствует также уровень логического нуля. Поэтому на выходах триггеров 2 остаётся уровень логического нуля. The device works as follows. The input of the tapped delay line 1 receives clock pulses CLK. The front of the next pulse appears in turn on the first output of the multi-tap delay line C 1, then on the second - C 2, etc. With the arrival of the external trigger pulse "SYNC", the single vibrator 6 generates a negative pulse of a fixed duration, sufficient to reset triggers 2 on the inverse input R (initial state). In this case, a low level from the outputs of triggers 2 is fed to the first input of the logic elements "OR" 3, and at the second inputs of the logic elements "AND" combined together, connected to the output of the one-shot 7, there is also a logic zero level. Therefore, at the outputs of flip-flops 2 remains the level of logical zero.

По заднему фронту выходного сигнала одновибратора 6 запускается одновибратор 7 и формирует положительный задержанный импульс внешнего запуска длительностью t З. При этом на вторых входах и выходах логических элементов «ИЛИ» 3 и, следовательно, входах триггеров (D) устанавливается логическая единица. On the trailing edge of the output signal of the one-shot 6, the one-shot 7 is started and generates a positive delayed external trigger pulse of duration t W . While the second inputs and outputs of logic elements "OR" 3 and, consequently, the inputs of triggers ( D ) is set to a logical unit.

Триггер 2, на вход синхронизации (С) которого вовремя интервала t З поступает фронт тактового импульса с выхода многоотводной линии задержки, устанавливается в состояние логической единицы (таких триггеров будет 1 или 2). При этом высокий уровень с его выхода поступает на первый вход соответствующего логического элемента «И», что приводит к его блокировке в этом состоянии (фронт очередного тактового импульса подтверждает состояние триггера). Trigger 2, to the synchronization input ( C ) of which, during the interval t W , the edge of the clock pulse arrives from the output of the multi-tap delay line, is set to a logical unit state (there will be 1 or 2 such triggers). In this case, a high level from its output goes to the first input of the corresponding logic element "AND", which leads to its blocking in this state (the front of the next clock pulse confirms the state of the trigger).

Высокий уровень с выхода этих триггеров поступает на первые входы соответствующих логических элементов «И» 4, а их выходной сигнал будет определяться сигналом на втором входе. В момент появления тактового импульса на этом входе (на фиг. 2 спустя два интервала задержки элемента многоотводной линии задержки) на выходе логического элемента «И» 4 появится тактовый импульс и поступит на вход элемента логического суммирования 5. При этом на его выходе появится привязанный к импульсу внешнего запуска и сдвинутый относительно него на некоторый интервал выходной сигнал «SCLK». A high level from the output of these flip-flops is fed to the first inputs of the corresponding logic elements "AND" 4, and their output signal will be determined by the signal at the second input. At the time of the appearance of a clock pulse at this input (in Fig. 2, after two delay intervals of the element of the multi-tap delay line), a clock pulse will appear at the output of the logic element "AND" 4 and go to the input of the logical summation element 5. At the same time, it will appear at its output tied to an external trigger pulse and the output signal “SCLK” shifted relative to it by a certain interval.

Если окажутся активными два триггера, то второй триггер установится через один интервал задержки элемента многоотводной линии задержки после первого триггера, а на входах элемента логического суммирования будут присутствовать два тактовых импульса сдвинутых относительно друг друга. В момент завершения тактового импульса, управляемого первым из активных триггеров, второй тактовый импульс будет продолжаться в течении одного интервала задержки, что сократит паузу между тактовыми импульсами, но период их останется неизменным. Поскольку активные триггеры заблокированы в состоянии логической единицы до прихода следующего импульса внешнего запуска, то тактовые импульсы будут непрерывно приходить на выход с выбранного отвода многоотводной линии задержки.If two triggers are active, then the second trigger will be set one delay interval of the multi-tap delay line element after the first trigger, and two clock pulses shifted relative to each other will be present at the inputs of the logical summation element. At the end of the clock pulse controlled by the first of the active flip-flops, the second clock pulse will continue for one delay interval, which will shorten the pause between clock pulses, but their period will remain unchanged. Since the active flip-flops are locked in a logic-one state until the next external trigger pulse arrives, the clock pulses will continuously come to the output from the selected tap of the multi-tap delay line.

Многоотводная линия задержки может быть построена на любой элементной базе. Величина задержки многоотводной линии задержки должна быть равна периоду тактовых импульсов. При этом тактовые импульсы на выходе последнего элемента многоотводной линии задержки (C6) примерно совпадают по фазе с входным сигналом «CLK», а на первом выводе (С1) отстают от него на t i. Поэтому триггер, синхронизируемый с вывода многоотводной линии задержки С5, коммутирует тактовые импульсы с вывода С1, а триггер, синхронизируемый с С6, коммутирует тактовые импульсы с вывода С2. Альтернативный подход потребовал бы введения двух дополнительных выводов линии задержки с выходами С7 и С8, заменяющими тактовые импульсы с выводов С1 и С2, соответственно. A multi-tap delay line can be built on any element base. The delay value of the tapped delay line must be equal to the period of the clock pulses. In this case, the clock pulses at the output of the last element of the multi-tap delay line (C6) approximately coincide in phase with the input signal "CLK", and at the first output (C1) they lag behind it by t i . Therefore, the flip-flop clocked from the tapped delay line pin C5 switches the clock from C1, and the flip-flop clocked from C6 switches the clock from C2. An alternative approach would require the introduction of two additional delay line pins with outputs C7 and C8 replacing the clock pulses from pins C1 and C2, respectively.

Временная диаграмма устройства (фиг. 2) получена в результате симуляции устройства и иллюстрирует способ фазовой привязки. На диаграмме: С1 … С6 – выходные сигналы многоотводной линии задержки; Q1 …Q6 – выходные сигналы триггеров; CLR – короткий импульс сброса, сформированный из импульса внешнего запуска; SYNC – сформированный из импульса внешнего запуска короткий задержанный импульс, CLK – входные тактовые импульсы (опорный генератор тактовых импульсов является внешним устройством), SCLK – импульсы тактового генератора, привязанные по фазе к импульсу внешнего запуска.The device timing diagram (FIG. 2) is derived from device simulation and illustrates the phase lock method. On the diagram: C1 ... C6 - output signals of the multi-tap delay line; Q1 ... Q6 - output signals of triggers; CLR is a short reset pulse generated from an external trigger pulse; SYNC is a short delayed pulse generated from an external trigger pulse, CLK is an input clock (the reference clock is an external device), SCLK is a clock generator pulses phase-locked to an external trigger pulse.

В момент прихода импульса внешнего запуска сформированный из него короткий импульс CLR(выделен окружностью на фиг. 2) сбрасывает все триггеры (на фиг. 2 Q6 и Q1 устанавливаются в нуль, а остальные выходы триггеров и ранее были в состоянии логического нуля). At the moment of arrival of the external trigger pulse, the short CLR pulse formed from it (highlighted by a circle in Fig. 2) resets all triggers (in Fig. 2, Q6 and Q1 are set to zero, and the rest of the trigger outputs were previously in a logical zero state).

Левый курсор на диаграмме выделяет фронт тактового импульса С5, синхронизирующего триггер. Поскольку на вход D триггера через логический элемент «ИЛИ» в это время приходит высокий уровень импульса SYNC, то на выходе триггера Q5 устанавливается высокий уровень (через интервал задержки триггера). При этом высокий уровень сигнала Q5 на входе логического элемента «И» разрешает проходить тактовым импульсам с выхода С1 на вход элемента логического суммирования 5 (фиг. 1, фиг. 2). The left cursor on the diagram highlights the front of the clock pulse C5, synchronizing the trigger. Since the high level of the SYNC pulse comes to the input D of the trigger through the logical element "OR" at this time, the output of the trigger Q5 is set to a high level (through the trigger delay interval). In this case, the high level of the signal Q5 at the input of the logic element "AND" allows the passage of clock pulses from the output of C1 to the input of the logical summation element 5 (Fig. 1, Fig. 2).

Правый курсор отмечает фронт тактового импульса С4 на 4-ом выводе многоотводной линии задержки, который синхронизирует триггер во время следующего импульса SYNC. Выходной сигнал Q4 триггера разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода С6 многоотводной линии задержки на вход элемента логического суммирования.The right cursor marks the edge of clock pulse C4 on the 4th pin of the tapped delay line, which clocks the flip-flop during the next SYNC pulse. The flip-flop output Q4 enables the passage of clock pulses from the output C6 of the tapped delay line to the input of the logic sum element.

Таким образом, данный способ требует только одного триггера на один вывод многоотводной линии задержки. При использовании универсального JK-триггера отпадает необходимость в логических элементах «ИЛИ», обеспечивающих блокировку D-триггеров. Нет необходимости в использовании умножителя частоты, который вносит дополнительную нестабильность в положение фронтов тактовых импульсов. Если суммарное время задержки многоотводной линии задержки выбрать больше периода тактовых импульсов на величину времени переключения триггера, то его вариации в условиях эксплуатации будут монотонно влиять на величину погрешности привязки тактовых импульсов. Thus, this method requires only one flip-flop per pin of the tapped delay line. When using a universal JK-flip-flop, there is no need for OR logic elements that provide blocking of D-flip-flops. There is no need to use a frequency multiplier, which introduces additional instability in the position of the clock edges. If the total delay time of the tapped delay line is chosen to be greater than the clock pulse period by the value of the trigger switching time, then its variations under operating conditions will monotonically affect the value of the clock pulse binding error.

Claims (1)

Способ фазовой привязки тактовых импульсов к импульсу внешнего запуска, состоящий в коммутировании тактовых импульсов с одного из выводов многоотводной линии задержки, на котором распространяющийся вдоль неё тактовый импульс задерживается на фиксированный интервал времени по отношению к импульсу внешнего запуска, на соответствующий вход элемента логического суммирования, с выхода которого и снимаются привязанные по фазе тактовые импульсы, отличающийся тем, что положение фронта тактового импульса относительно импульса внешнего запуска сохраняется по этому фронту в триггерах в течение короткого интервала времени, определяемого длительностью сформированного импульса из импульса внешнего запуска, а изменивший своё состояние триггер коммутирует вывод многоотводной линии задержки, на котором фронт тактового импульса отстаёт на превышающий время переключения триггера интервал, при этом возможность изменения состояния триггеров блокируется до следующего импульса внешнего запуска, сформированный из которого импульс сброса устанавливает триггеры в начальное состояние.A method for phase-locking clock pulses to an external trigger pulse, consisting in switching clock pulses from one of the outputs of a multi-tap delay line, on which the clock pulse propagating along it is delayed by a fixed time interval with respect to the external trigger pulse, to the corresponding input of the logical summation element, with the output of which the phase-locked clock pulses are taken, characterized in that the position of the front of the clock pulse relative to the external trigger pulse is stored along this front in flip-flops for a short time interval determined by the duration of the generated pulse from the external trigger pulse, and the flip-flop that has changed its state switches the output multi-tap delay line, on which the edge of the clock pulse lags behind the interval exceeding the switching time of the trigger, while the possibility of changing the state of the triggers is blocked until the next external trigger pulse, formed The th of which the reset pulse sets the flip-flops to the initial state.
RU2022113728A 2022-05-23 Method for phase binding of the generated sequence of pulses to an external trigger pulse RU2785070C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2785070C1 true RU2785070C1 (en) 2022-12-02

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1465950A1 (en) * 1986-04-07 1989-03-15 Войсковая Часть 2969 Device for paraphase time-related referencing of signals
RU2256290C2 (en) * 2003-05-05 2005-07-10 ФГУП Курский завод "Маяк" Device for phase lock of generated pulse train to external trigger pulse
RU2693595C1 (en) * 2018-03-15 2019-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Method of phase referencing generated pulse train to external trigger pulse

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1465950A1 (en) * 1986-04-07 1989-03-15 Войсковая Часть 2969 Device for paraphase time-related referencing of signals
RU2256290C2 (en) * 2003-05-05 2005-07-10 ФГУП Курский завод "Маяк" Device for phase lock of generated pulse train to external trigger pulse
RU2693595C1 (en) * 2018-03-15 2019-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Method of phase referencing generated pulse train to external trigger pulse

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3911368A (en) Phase interpolating apparatus and method
US4412342A (en) Clock synchronization system
EP0329798B1 (en) Formatter circuit
US4405898A (en) Pseudo synchronous clocking
CN110830041B (en) Continuous integer frequency divider with 50% duty cycle and phase-locked loop circuit comprising same
EP0558514B1 (en) Precision phase shift system
US6031401A (en) Clock waveform synthesizer
KR100313255B1 (en) Combinational delay circuit for a digital frequency multiplier
EP0131233A2 (en) High-speed programmable timing generator
US6798266B1 (en) Universal clock generator using delay lock loop
US7642865B2 (en) System and method for multiple-phase clock generation
CN113037251B (en) Clock management device, clock frequency division module and system on chip
JP2003124806A (en) Multiplied clock generating circuit
US5726651A (en) Device for serializing high flow of binary data
RU2785070C1 (en) Method for phase binding of the generated sequence of pulses to an external trigger pulse
RU2721231C1 (en) Method of synchronizing clock pulses with external pulse
JP2595887B2 (en) Bit synchronization circuit
US4982387A (en) Digital time base with differential period delay
US6204711B1 (en) Reduced error asynchronous clock
EP0042924A2 (en) Data transfer apparatus
RU2693595C1 (en) Method of phase referencing generated pulse train to external trigger pulse
JPH1013395A (en) Phase synchronization circuit
US7583153B1 (en) Systems and methods for multiplexing multiphase clocks
JP2737607B2 (en) Clock switching circuit
JPH0282812A (en) Clock switching system