RU2855120C1 - Method for phase synchronisation of clock pulses - Google Patents

Method for phase synchronisation of clock pulses

Info

Publication number
RU2855120C1
RU2855120C1 RU2025118851A RU2025118851A RU2855120C1 RU 2855120 C1 RU2855120 C1 RU 2855120C1 RU 2025118851 A RU2025118851 A RU 2025118851A RU 2025118851 A RU2025118851 A RU 2025118851A RU 2855120 C1 RU2855120 C1 RU 2855120C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulse
triggers
clock
delay
tap delay
Prior art date
Application number
RU2025118851A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Григорьевич Бондарь
Екатерина Олеговна Брежнева
Александр Дмитриевич Куприянов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2855120C1 publication Critical patent/RU2855120C1/en

Links

Abstract

FIELD: pulse technology.
SUBSTANCE: invention can be used when it is necessary to synchronise asynchronous digital devices in many fields, for example, in medical research when it is necessary to synchronise encephalographs, electrocardiographs, devices for video recording of the patient's condition, in radar, in precision pulse generators. In the method of phase synchronisation of clock pulses, the current position of the clock pulse front propagating sequentially in the first and second multi-tap delay lines with maximum delay and delay exceeding the delay of one section of the first multi-tap delay line, respectively, is stored at the moment of arrival of the external synchronisation pulse. Triggers of the first and second groups are set to the initial state by the external synchronisation pulse and the delayed external synchronisation pulse, change their state once during dynamic synchronisation of the trigger from the corresponding output of the multi-tap delay line and are switched to the storage mode when the state of at least one trigger of the group changes before the arrival of the next external synchronisation pulse.
EFFECT: increased synchronisation accuracy with low hardware costs.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано при необходимости синхронизации асинхронных цифровых устройств во многих областях, например, в медицинских исследованиях при необходимости синхронизации энцефалографов, электрокардиографов, устройств видеофиксации состояния пациента, в радиолокации, в прецизионных генераторах импульсов.The invention relates to the field of pulse technology and can be used when it is necessary to synchronize asynchronous digital devices in many areas, for example, in medical research when it is necessary to synchronize encephalographs, electrocardiographs, devices for video recording of a patient's condition, in radar, in precision pulse generators.

В прецизионных генераторах импульсов, предназначенных для генерирования последовательностей импульсов с задаваемыми временными параметрами: длительностью, временной задержкой и периодом повторения, задача синхронизации генерируемой последовательности импульсов внешним импульсом синхронизации возникает в режиме внешнего запуска. В этом режиме временные интервалы генерируемой последовательности импульсов отсчитываются от внешнего импульса синхронизации.In precision pulse generators designed to generate pulse trains with specified timing parameters—duration, time delay, and repetition period—the task of synchronizing the generated pulse train with an external synchronization pulse arises in external trigger mode. In this mode, the time intervals of the generated pulse train are counted from the external synchronization pulse.

Обычно прецизионные генераторы импульсов строятся как цифровые устройства и имеют свой точный источник тактовых импульсов. 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, который никак не привязан к тактовым импульсам самого генератора, погрешность привязки к внешнему импульсу синхронизации может варьироваться в пределах одного периода тактовых импульсов.Precision pulse generators are typically built as digital devices and have their own precise clock source. If the built-in clock source is selected as the synchronization signal source, the timing parameters of the generated pulses are multiples of the clock period, and the error in their setting is determined primarily by the error in the clock period. However, when synchronizing with an external pulse that is not tied to the generator's own clock, the error in locking to the external synchronization pulse can vary within a single clock period.

Для исключения этой вариативности положение тактового импульса относительно внешнего импульса синхронизации должно быть одним и тем же, то есть задержка фронта (или спада) тактового импульса должна быть постоянной относительно фронта (спада) внешнего импульса синхронизации.To eliminate this variability, the position of the clock pulse relative to the external synchronization pulse must be the same, that is, the delay of the front (or fall) of the clock pulse must be constant relative to the front (fall) of the external synchronization pulse.

Эта задача решается способом [1. ЕАПО 039506 B1. Способ синхронизации тактовых импульсов внешним импульсом. 30.11.2020 г.].This problem is solved by the method [1. EAPO 039506 B1. Method for synchronizing clock pulses with an external pulse. November 30, 2020].

Способ состоит в сохранении m-разрядного двоичного кода, представляющего совокупность логических уровней сигнала на входе и m-1 начальных отводах многоотводной линии задержки при распространении в ней тактовых импульсов, в запоминающем регистре в момент появления внешнего импульса синхронизации (его фронта или спада), и последующем сравнении этого кода, с текущим кодом многоотводной линии задержки, на последних m-отводах из (k + m) её отводов, при этом тактовые импульсы формируются на выходе схемы совпадения (сравнения кодов) в момент совпадения кодов. Положение тактовых импульсов фиксировано относительно внешнего импульса синхронизации с погрешностью не превышающей задержки одного элемента многоотводной линии задержки.The method consists of storing an m -bit binary code, representing the set of logical signal levels at the input and m- 1 initial taps of a multi-tap delay line during the propagation of clock pulses in it, in a memory register at the moment of the appearance of an external synchronization pulse (its rising or falling edge), and subsequently comparing this code with the current code of the multi-tap delay line at the last m -taps of its ( k + m ) taps, while the clock pulses are generated at the output of the coincidence (code comparison) circuit at the moment of code coincidence. The position of the clock pulses is fixed relative to the external synchronization pulse with an error not exceeding the delay of one element of the multi-tap delay line.

Недостатком этого решения является то, что величина ошибки, определяемая задержкой одного элемента многоотводной линии задержки, ограничена быстродействием схемы совпадения, которая может не успеть сравнить коды на её входах за время равное задержке одного элемента, т.к. произойдёт смена кода на выводах элемента задержки.The disadvantage of this solution is that the error value determined by the delay of one element of the multi-tap delay line is limited by the speed of the match circuit, which may not have time to compare the codes at its inputs in a time equal to the delay of one element, since a change in the code at the terminals of the delay element will occur.

Этот недостаток отсутствует при применении для синхронизации способа [2. RU 2693595 С2. Способ фазовой привязки генерируемой последовательности импульсов к импульсу внешнего запуска. 15.03.2018 г.], состоящего в выделении тактовых импульсов с отвода многоотводной линии задержки, на котором распространяющийся вдоль неё тактовый импульс задерживается на минимальный интервал времени по отношению к внешнему импульсу синхронизации, за счёт одновременно запуска однотипных синхронных делителей частоты тактируемых каждый со своего вывода многоотводной линии задержки, выходные сигналы которых суммируются схемой логического сложения. Фронт синхронизированного тактового импульса формируется синхронным делителем, выигравшим состязание (первым, сработавшим после внешнего импульса синхронизации).This drawback is eliminated when using the synchronization method [2. RU 2693595 C2. Method for phase-locking a generated pulse sequence to an external trigger pulse. 15.03.2018], which consists of isolating clock pulses from a tap of a multi-tap delay line, on which the clock pulse propagating along it is delayed by a minimum time interval with respect to the external synchronization pulse, due to the simultaneous triggering of identical synchronous frequency dividers, each clocked from its own tap of the multi-tap delay line, the output signals of which are summed by a logical addition circuit. The front of the synchronized clock pulse is formed by the synchronous divider that wins the competition (the first to trigger after the external synchronization pulse).

Недостатком способа является необходимость использования повышенной частоты тактовых импульсов, т.к. частота выходных тактовых импульсов меньше входной. Поэтому требуются счётные триггеры, работающие на повышенной частоте, а их количество не менее двух в каждом делителе. Кроме того, на высоких частотах сложнее обеспечить высокую стабильность кварцевых тактовых генераторов, умножение же частоты прецизионных кварцевых генераторов приводит к увеличению фазовых шумов, что увеличивает джиттер синхронизированных тактовых импульсов.A disadvantage of this method is the need to use a higher clock frequency, as the output clock frequency is lower than the input frequency. Therefore, high-frequency counting triggers are required, with at least two of them in each divider. Furthermore, at high frequencies, it is more difficult to ensure high stability of quartz crystal oscillators. Frequency multiplication of precision quartz oscillators leads to increased phase noise, which increases jitter in the synchronized clock pulses.

Общим недостатком рассмотренных способов синхронизации является пропорциональный рост объёма оборудования по мере уменьшения погрешности синхронизации.A common drawback of the considered synchronization methods is the proportional increase in equipment volume as the synchronization error decreases.

Требования к быстродействию элементной базы и объёму оборудования позволяет снизить способ, принимаемый за прототип [3. RU 2822445 С1. Способ фазовой синхронизации тактовых импульсов внешним импульсом. 24.01.2024 г.]. Способ состоит в коммутировании тактовых импульсов с одного из выводов первой многоотводной линии задержки, на котором распространяющийся вдоль неё тактовый импульс задерживается на минимальный интервал времени по отношению к внешнему импульсу синхронизации, на соответствующий вход первого коммутатора, с выхода которого снимаются синхронизированные по фазе тактовые импульсы, при этом положение фронта тактового импульса относительно внешнего импульса синхронизации сохраняется по этому фронту в триггерах первой группы в течении интервала времени, определяемого длительностью сформированного из внешнего импульса синхронизации импульса разрешающего сохранение положения фронта тактового импульса, а изменивший своё состояние триггер первой группы определяет вывод первой многоотводной линии задержки, на котором фронт тактового импульса отстаёт на превышающий время переключения триггера интервал, при этом тактовый импульс с выхода первого коммутатора подаётся на вход второй многоотводной линии задержки с суммарной задержкой не менее задержки одной секции первой многоотводной линии задержки, а синхронизация тактовых импульсов осуществляется относительно второго импульса, разрешающего сохранение положения фронта тактового импульса, сформированного из внешнего импульса синхронизации, задержанного на точно фиксированный интервал времени, сохранением положения фронта триггером второй группы, управляющим вторым коммутатором, на выход которого поступает тактовый импульс с вывода второй многоотводной линии задержки, на котором его фронт отстаёт на превышающий время переключения триггера интервал, при этом возможность изменения состояния всех триггеров исключена до следующего внешнего импульса синхронизации, сформированный из которого импульс сброса устанавливает триггеры в начальное состояние.The requirements for the speed of the element base and the volume of equipment can be reduced by using a method adopted as a prototype [3. RU 2822445 C1. Method of phase synchronization of clock pulses by an external pulse. 01/24/2024]. The method consists in switching clock pulses from one of the terminals of the first multi-tap delay line, on which the clock pulse propagating along it is delayed by a minimum time interval with respect to the external synchronization pulse, to the corresponding input of the first switch, from the output of which phase-synchronized clock pulses are removed, wherein the position of the front of the clock pulse relative to the external synchronization pulse is preserved along this front in the triggers of the first group during the time interval determined by the duration of the pulse generated from the external synchronization pulse, which enables the preservation of the position of the front of the clock pulse, and the trigger of the first group that has changed its state determines the terminal of the first multi-tap delay line, on which the front of the clock pulse lags by an interval exceeding the switching time of the trigger, wherein the clock pulse from the output of the first switch is fed to the input of the second multi-tap delay line with a total delay of not less than the delay of one section of the first multi-tap delay line, and the synchronization of the clock pulses is carried out with respect to the second pulse, which enables the preservation of the position of the front of the clock pulse generated from an external synchronization pulse, delayed by a precisely fixed time interval, by maintaining the position of the front of the second group trigger, which controls the second switch, to the output of which a clock pulse is fed from the terminal of the second multi-tap delay line, on which its front lags by an interval exceeding the trigger switching time, while the possibility of changing the state of all triggers is excluded until the next external synchronization pulse, the reset pulse generated from which sets the triggers to the initial state.

Недостатком этого способа является ограничение на максимальную рабочую частоту и точность синхронизации обусловленное необходимостью применения формирователя импульса, разрешающего сохранение положения фронта тактового импульса с фиксированной длительностью, превышающей большую из двух величин, одна из которых равна сумме времён предустановки и удержания сигналов на информационных входах (например, J,K) триггеров относительно тактового импульса, осуществляющего их динамическую синхронизацию, а вторая равна сумме задержки одной секции первой линии задержки и времени удержания сигналов на информационных входах триггеров относительно тактового импульса, при этом выполнение данного условия должно быть гарантировано в условиях эксплуатации, что приводит к необходимости увеличения длительности импульса, разрешающего сохранение положения фронта тактового импульса.The disadvantage of this method is the limitation on the maximum operating frequency and synchronization accuracy due to the need to use a pulse former that allows the preservation of the position of the front of the clock pulse with a fixed duration that exceeds the larger of two values, one of which is equal to the sum of the presetting and holding times of the signals at the information inputs (for example, J, K) of the triggers relative to the clock pulse that carries out their dynamic synchronization, and the second is equal to the sum of the delay of one section of the first delay line and the holding time of the signals at the information inputs of the triggers relative to the clock pulse, while the fulfillment of this condition must be guaranteed under operating conditions, which leads to the need to increase the duration of the pulse that allows the preservation of the position of the front of the clock pulse.

Технической задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является повышение рабочей частоты и точности синхронизации при экономии аппаратных ресурсов.The technical problem that the proposed method is aimed at solving is increasing the operating frequency and synchronization accuracy while saving hardware resources.

Решение достигается тем, что положение фронта тактового импульса, распространяющегося в первой многоотводной линии задержки с задержкой примерно равной периоду следования тактовых импульсов, сохраняется в первой группе триггеров, а первый триггер изменивший своё состояние управляет первым коммутатором, коммутирующим тактовый импульс с одного из последующих выводов первой многоотводной линии задержки на выход первого коммутатора. При этом триггеры первой группы устанавливаются в одинаковое начальное состояние уровнем внешнего импульса синхронизации, а при изменении его уровня переводятся в синхронный режим и первый же фронт распространяющегося тактового импульса изменяет состояние одного из триггеров первой группы триггеров.The solution is achieved by storing the clock pulse edge position, propagating in the first multi-tap delay line with a delay approximately equal to the clock pulse repetition period, in the first group of flip-flops. The first flip-flop to change state controls the first switch, which commutates the clock pulse from one of the subsequent terminals of the first multi-tap delay line to the output of the first switch. The flip-flops of the first group are set to the same initial state by the level of the external synchronization pulse. When its level changes, they are switched to synchronous mode, and the first edge of the propagating clock pulse changes the state of one of the flip-flops in the first group of flip-flops.

С выхода первого коммутатора тактовый импульс поступает на вход второй многоотводной линии задержки, имеющей задержку превышающую задержку одной секции первой многоотводной линии задержки, и, распространяясь по ней, фронтом изменяет состояние одного из второй группы триггеров, установленных в начальное состояние уровнем импульса, полученного из внешнего импульса синхронизации удлинением его на фиксированный интервал не менее максимального времени задержки тактового импульса на выходе первого коммутатора по отношению к моменту завершения внешнего импульса синхронизации. Изменивший своё состояние любой из триггеров второй группы триггеров коммутирует тактовый импульс с одного из последующих выводов второй многоотводной линии задержки на выход второго коммутатора, а также блокирует возможность изменения состояния триггеров первой и второй групп триггеров переводом их в режим хранения до следующего внешнего импульса синхронизации. Задержка от момента срабатывания первых триггеров в первой и второй группах триггеров до появления сигнала блокировки может привести к изменению состояния нескольких триггеров, но положение фронтов тактовых импульсов на выходе второго коммутатора будет определяться только первыми триггерами в цепочках первой и второй группы триггеров изменивших своё состояние.From the output of the first switch, a clock pulse arrives at the input of the second multi-tap delay line, which has a delay exceeding the delay of one section of the first multi-tap delay line. Propagating along the delay line, its edge changes the state of one of the second group of flip-flops, which is set to the initial state by the pulse level received from the external synchronization pulse, extending it by a fixed interval no less than the maximum clock pulse delay time at the output of the first switch relative to the completion of the external synchronization pulse. Any flip-flop in the second group of flip-flops that has changed its state switches the clock pulse from one of the subsequent terminals of the second multi-tap delay line to the output of the second switch, and also blocks the possibility of changing the state of the flip-flops of the first and second groups of flip-flops by placing them in hold mode until the next external synchronization pulse. The delay from the moment of the first triggers in the first and second groups of triggers to the appearance of the blocking signal can lead to a change in the state of several triggers, but the position of the clock pulse edges at the output of the second switch will be determined only by the first triggers in the chains of the first and second groups of triggers that have changed their state.

Предлагаемое решение поясняют: фиг. 1 - функциональная схема устройства, реализующего способ фазовой привязки тактовых импульсов к внешнему импульсу; фиг. 2 - временная диаграмма.The proposed solution is explained by: Fig. 1 - functional diagram of a device implementing a method of phase-locking clock pulses to an external pulse; Fig. 2 - timing diagram.

Способ реализуется вариантом устройства, приведенным на фигуре 1 и состоящим из: первой 1 и второй 6 многоотводных линий задержки; синхронизируемых фронтом двух групп триггеров 2 и 7 -типа с асинхронной установкой в начальное состояние; первого и второго коммутаторов 3 и 8 из двухвходовых и многовходовых логических элементов «И-НЕ»; элемента задержки 4 логического элемента «И» 5 и логического элемента «И-НЕ» 9.The method is implemented by a device variant shown in Figure 1 and consisting of: the first 1 and the second 6 multi-tap delay lines; synchronized by the front of two groups of triggers 2 and 7 - type with asynchronous setting to the initial state; first and second switches 3 and 8 from two-input and multi-input logical elements "AND-NOT"; delay element 4 logical element "AND" 5 and logical element "NAND-NOT" 9.

Тактовые импульсы «CLK» поступают на вход первой многоотводной линии задержки 1. Выводы первой многоотводной линии задержки 1 соединены с соответствующими входами синхронизации C первой группы триггеров 2 и сигнальными входами первого коммутатора 3 (вторыми входами двухвходовых логических элементов «И-НЕ») со сдвигом по отношению к управляющим входам первого коммутатора 3, к которым присоединены соответствующие инверсные выходы первой группы триггеров 2 (первыми входами логических схем «И-НЕ»). Объединённые входы установкипервой группы триггеров 2, вход элемента задержки 4 и первый вход логического элемента «И» 5 образуют вход внешнего импульса «SYNC», выход элемента задержки 4 соединён со вторым входом логического элемента «И» 5, а его выход соединён с объединёнными входами установкивторой группы триггеров 7. Прямые выходы Q второй группы триггеров 7 подключены ко входам логического элемента «И-НЕ» 9, а его выход присоединён к объединённым входам первой и второй группы триггеров, на объединённые J входы которых подаётся низкий уровень напряжения (логический нуль).The clock pulses "CLK" are fed to the input of the first multi-tap delay line 1. The terminals of the first multi-tap delay line 1 are connected to the corresponding synchronization inputs C of the first group of triggers 2 and the signal inputs of the first switch 3 (the second inputs of the two-input logical elements "NAND-NOT") with a shift in relation to the control inputs of the first switch 3, to which the corresponding inverse outputs of the first group of triggers 2 (the first inputs of the logical circuits "NAND-NOT") are connected. The combined inputs of the setup the first group of triggers 2, the input of the delay element 4 and the first input of the logical element "AND" 5 form the input of the external pulse "SYNC", the output of the delay element 4 is connected to the second input of the logical element "AND" 5, and its output is connected to the combined inputs of the installation the second group of triggers 7. The direct outputs Q of the second group of triggers 7 are connected to the inputs of the AND-NOT logical element 9, and its output is connected to the combined inputs the first and second groups of triggers, to the combined J inputs of which a low voltage level (logical zero) is supplied.

Выход первого коммутатора 3 подключён ко входу второй многоотводной линии задержки 6, отводы которой присоединены ко входам синхронизации C второй группы триггеров 7 и со сдвигом с сигнальными входами коммутатора 8 (здесь сдвиг соответствует двум секциям задержки), при этом инверсные выходы второй группы триггеров 7 присоединены к соответствующим управляющим входам второго коммутатора 8. Синхронизированные по фазе тактовые импульсы «SCLK2» снимаются с выхода второго коммутатора 8.The output of the first switch 3 is connected to the input of the second multi-tap delay line 6, the taps of which are connected to the synchronization inputs C of the second group of triggers 7 and with a shift to the signal inputs of the switch 8 (here the shift corresponds to two delay sections ), while the inverse outputs of the second group of triggers 7 are connected to the corresponding control inputs of the second switch 8. Phase-synchronized clock pulses "SCLK2" are removed from the output of the second switch 8.

Устройство работает следующим образом. На вход первой многоотводной линии задержки 1 поступают тактовые импульсы «CLK». Фронт очередного тактового импульса появляется поочерёдно на её втором выводе 1С2, затем на третьем - 1С3 и т.д. С приходом импульса внешнего запуска «SYNC» все триггеры первой 2 и второй 7 (с минимальной задержкой на логическом элементе «И» 5) групп триггеров по входу установкиустанавливаются в начальное состояние (на прямых выходах триггеров высокий, а инверсных - низкий логический уровень). Низкий логический уровень с их инверсных выходов поступает на управляющие входы первого 3 и второго коммутаторов 8 (первые входы двухвходовых логических элементов «И-НЕ»), блокируя прохождение тактовых импульсов на их выходы, а с прямых выходов триггеров второй группы триггеров 7 высокий логический уровень поступает на входы логического элемента «И-НЕ» 9, выходной сигнал которого низкого логического уровня «BLK» устанавливает на входах первой 2 и второй 7 группы триггеров комбинацию логических сигналов 00, соответствующую режиму синхронного сброса. При переходе импульса внешнего запуска «SYNC» в высокий уровень (фронт) становится возможным синхронный сброс триггеров. Первый же фронт тактовых импульсов, распространяющихся в первой многоотводной линии задержки 1, сбрасывает по входам динамической синхронизации C соответствующий триггер первой группы триггеров 2, при этом высокий логический уровень управляющего сигнала с его инверсного выхода разрешает прохождение тактовых импульсов сигнала на выход коммутатора 3. Тактовые импульсы с выхода коммутатора 3 «SCLK1» распространяются в многоотводной линии задержки 6, а появление высокого логического уровня на входах второй группы триггеров 7 (в момент завершения задержанного элементом задержки 4 и логическим элементом «И» 5 внешнего импульса синхронизации) разрешает синхронный сброс триггеров по входам динамической синхронизации фронтом тактового импульса распространяющегося во второй многоотводной линии задержки 6, что приводит к разрешению прохождения управляющими сигналами тактового импульса на выход второго коммутатора 8. Первый сброшенный триггер выходным сигналом низкого уровня с прямого выхода Q устанавливает на выходе логического элемента «И-НЕ» 9 высокий уровень сигнала «BLK», переводя все триггеры первой 2 и второй 7 групп в режим хранения (запрет на изменение состояния по входу динамической синхронизации С).The device operates as follows. Clock pulses "CLK" are fed to the input of the first multi-tap delay line 1. The edge of the next clock pulse appears alternately at its second pin 1.WITH2,then on the third - 1WITH3, etc. With the arrival of the external trigger pulse “SYNC”, all triggers of the first 2 and second 7 (with a minimum delay on the logical element “AND” 5) groups of triggers at the input of the installationare set to the initial state (at the direct outputs of the triggers there is a high logical level, and at the inverse outputs there is a low logical level). The low logical level from their inverse outputs goes to the control inputs of the first 3 and second switches 8 (the first inputs of the two-input logical elements "NAND-NOT"), blocking the passage of clock pulses to their outputs, and from the direct outputs of the triggers of the second group of triggers 7, the high logical level goes to the inputs of the logical element "NAND-NOT" 9, the output signal of the low logical level "BLK" sets at the inputsThe first 2 and second 7 groups of triggers use a combination of logical signals 00, corresponding to the synchronous reset mode. When the external trigger pulse "SYNC" goes high (edge), synchronous reset of the triggers becomes possible. The first edge of the clock pulses propagating in the first multi-tap delay line 1 resets the dynamic synchronization inputs.Cthe corresponding trigger of the first group of triggers 2, while the high logical level of the control signal from its inverse output allows the passage of clock pulses of the signal to the output of switch 3. Clock pulses from the output of switch 3 "SCLK1" are distributed in the multi-tap delay line 6, and the appearance of a high logical level at the inputs the second group of triggers 7 (at the moment of completion of the external synchronization pulse delayed by the delay element 4 and the logical element "AND" 5) enables the synchronous reset of the triggers at the dynamic synchronization inputs by the front of the clock pulse propagating in the second multi-tap delay line 6, which leads to the permission for the control signals of the clock pulse to pass to the output of the second switch 8. The first reset trigger by the low-level output signal from the direct outputQsets a high level of the “BLK” signal at the output of the “AND-NOT” logic element 9, switching all triggers of the first 2 and second 7 groups to storage mode (prohibition of changing the state at the dynamic synchronization input)WITH).

Все последующие тактовые импульсы будут проходить по одним и тем же каналам первого и второго коммутаторов 3 и 8 до момента прихода следующего внешнего импульса синхронизации, а положение фронта будет определяться первыми триггерами в цепочках изменивших своё состояние триггеров первой 2 и второй групп 7 триггеров.All subsequent clock pulses will pass through the same channels of the first and second switches 3 and 8 until the next external synchronization pulse arrives, and the position of the front will be determined by the first triggers in the chains of triggers that have changed their state of the first 2 and second groups of 7 triggers.

Для приведенной на фиг. 1 функциональной схемы устройства полагается, что задержка управляющего сигнала 1C1 на выходе триггера, сработавшего при поступлении на его вход динамической синхронизации C фронта тактового импульса с вывода 1С1 первой многоотводной линии задержки 1 меньше, чем задержка её одной секции, поэтому к моменту появления фронта тактового импульса на выводе 1C2 соответствующий канал первого коммутатора 3 будет открыт. При сбросе последнего триггера в первой группе триггеров 2 по фронту тактового импульса с последнего вывода 1C6 первой многоотводной линии задержки 1 открывается канал первого коммутатора 2 для тактового импульса с первого вывода многоотводной линии задержки 1С1.For the functional diagram of the device shown in Fig. 1, it is assumed that the delay of the control signal 1 C 1 at the output of the trigger, triggered when the front of the clock pulse from terminal 1 C 1 of the first multi-tap delay line 1 is received at its dynamic synchronization input C , is less than the delay of one of its sections, therefore, by the time the front of the clock pulse appears at terminal 1 C 2, the corresponding channel of the first switch 3 will be open. When the last trigger in the first group of triggers 2 is reset by the front of the clock pulse from the last terminal 1 C 6 of the first multi-tap delay line 1, the channel of the first switch 2 is opened for the clock pulse from the first terminal of the multi-tap delay line 1 C 1.

Задержка одной секции второй многоотводной линии задержки 6 меньше задержки секции первой многоотводной линии задержки 1, поэтому тактовый импульс на открытый канал подаётся после задержки его несколькими секциями (на фиг. 1 задержка осуществляется двумя секциями). Поскольку максимальная задержка второй многоотводной линии задержки 6 существенно меньше периода тактовых импульсов, то циклический порядок сигналов для неё не реализуем. Это приводит к необходимости введения дополнительных секций линии задержки (на фиг. 1 две секции).The delay of one section of the second multi-tap delay line 6 is less than the delay of a section of the first multi-tap delay line 1, so the clock pulse is applied to the open channel after being delayed by several sections (in Fig. 1, the delay is achieved by two sections). Since the maximum delay of the second multi-tap delay line 6 is significantly less than the clock pulse period, cyclic signal ordering is not feasible for it. This necessitates the introduction of additional delay line sections (in Fig. 1, there are two sections).

Без учёта дополнительных секций максимальная задержка второй многоотводной линии задержки 6 должна превышать задержку одной секции многоотводной линии задержки 1. Задержка элемента задержки 4 выбирается так, что задержка t З5 фронта сигнала «SYNC1» на выходе логического элемента «И» 5 по отношению к фронту сигнала «SYNC» была не менее максимального времени задержки тактового импульса на выходе коммутатора 3 по отношению к внешнему импульсу синхронизации:Without taking into account the additional sections, the maximum delay of the second multi-tap delay line 6 must exceed the delay of one section of the multi-tap delay line 1. The delay of the delay element 4 is selected so that the delay t З5 of the front of the signal "SYNC1" at the output of the logical element "AND" 5 in relation to the front of the signal "SYNC" is not less than the maximum delay time of the clock pulse at the output of the switch 3 in relation to the external synchronization pulse:

где t П - время предустановки данных относительно фронта импульса на входе синхронизации триггера, Δt 1 - задержка одной секции первой многоотводной линии задержки 1, k - количество секций задержки первой многоотводной линии задержки 1, задерживающих тактовый импульс на входе открытого канала коммутатора 3 (на фиг. 1 k = 1), t ЗК1МАКС - максимальная задержка первого коммутатора.where t П is the data presetting time relative to the pulse front at the trigger synchronization input, Δ t 1 is the delay of one section of the first multi-tap delay line 1, k is the number of delay sections of the first multi-tap delay line 1, delaying the clock pulse at the input of the open channel of switch 3 (in Fig. 1 k = 1), t ЗК1МАКС is the maximum delay of the first switch.

С другой стороны, максимальная задержка на выходе логического элемента «И» 5 не должна превышать суммарную величину минимальной задержки тактового импульса и полной задержки второй многоотводной линии задержки:On the other hand, the maximum delay at the output of the AND gate 5 must not exceed the total value of the minimum clock pulse delay and the total delay of the second multi-tap delay line:

где t ЗК1МИН - минимальная задержка первого коммутатора 3, t ЛЗ2 - задержка второй многоотводной линии.where t ЗК1МИН is the minimum delay of the first switch 3, t ЛЗ2 is the delay of the second multi-drop line.

Такой выбор гарантирует, что в момент появления фронта сигнала «SYNC1» на выходе логического элемента «И» 5 фронт тактового импульса «SCLK1» будет распространятся во второй многоотводной линии задержки 6.This choice ensures that at the moment the front of the “SYNC1” signal appears at the output of the “AND” logic element 5, the front of the “SCLK1” clock pulse will propagate in the second multi-tap delay line 6.

Решение позволяет сократить объём оборудования. Так при необходимости обеспечить погрешность синхронизации по фазе 1% с использованием одной линии задержки потребуется 100 выводная линия задержки, 100 триггеров и коммутатор со 100 каналами. Использование предложенного решения требует двух многоотводных линий задержки с 10 и 12 выводами, соответственно, 20 триггеров, два коммутатора на 10 каналов каждый и 10-входового логического элемента «И-НЕ».This solution reduces the equipment footprint. For example, achieving a 1% phase synchronization error using a single delay line would require a 100-pin delay line, 100 flip-flops, and a 100-channel switch. The proposed solution requires two multi-tap delay lines with 10 and 12 pins, respectively, 20 flip-flops, two 10-channel switches, and a 10-input NAND gate.

Временная диаграмма устройства (фиг. 2) иллюстрирует способ фазовой привязки. На диаграмме: 1С1 … 1С6, 2С1 … 2С8 - выходные сигналы одноимённых выводов многоотводных линий задержки 1 и 6 соответственно; 1C1 … 1C6, 2×1 …2C6 - выходные сигналы одноимённых выходов первой 2 и второй 7 групп триггеров, соответственно; SYNC - внешний импульс синхронизации; SYNC1 - удлинённый внешний импульс синхронизации; CLK - тактовые импульсы; SCLK1 - синхронизированные тактовые импульсы на выходе первого коммутатора 3; SCLK2 - синхронизированные тактовые импульсы на выходе второго коммутатора 8; Т - период тактовых импульсов; Δt1 - задержка одной секции первой многоотводной линии 1; Δt2 - задержка одной секции второй многоотводной линии 6. Взаимосвязь событий на фиг. 2 отображается стрелками направленными от события-причины к событию-следствию.The timing diagram of the device (Fig. 2) illustrates the phase locking method. In the diagram: 1C1 … 1C6, 2C1 … 2C8 are the output signals of the same terminals of multi-tap delay lines 1 and 6, respectively; 1C1 … 1C6, 2×1 …2C6 are the output signals of the same outputs of the first 2 and second 7 groups of triggers, respectively; SYNC is the external synchronization pulse; SYNC1 is the extended external synchronization pulse; CLK are the clock pulses; SCLK1 are the synchronized clock pulses at the output of the first switch 3; SCLK2 are the synchronized clock pulses at the output of the second switch 8; T is the period of the clock pulses; Δt 1 is the delay of one section of the first multi-tap line 1; Δt 2 is the delay of one section of the second multi-tap line 6. The relationship of events in Fig. 2 is shown by arrows directed from the cause event to the effect event.

До прихода внешнего импульса синхронизации SYNC на выходах коммутаторов 3 и 8 присутствуют синхронизированные с погрешностью Δt1 и Δt2 тактовые импульсы SCLK1 и SCLK2, соответственно, потому состояние этих сигналов в момент прихода очередного внешнего импульса синхронизации SYNC неопределённо (показано штриховыми линиями). Внешним импульсом синхронизации SYNC все триггеры первой группы триггеров 2 устанавливаются в начальное состояние (спад сигнала SYNC приводит к формированию на выходе 1-4, как и на всех прочих инверсных выходах первой группы триггеров 2, низкого уровня), а сигналом SYNC1 - аналогично устанавливаются триггеры второй группы триггеров 7 (фиг. 2 отображает сигналы лишь на выходах 2C5-2C7). При этом первый 3 и второй 8 коммутаторы не пропускают тактовые импульсы, т.е. на их выходах SCLK1 и SCLK2 устанавливается логический 0. По фронту внешнего сигнала синхронизации SYNC триггеры первой группы 2 из режима асинхронной начальной установки переходят в режим синхронного сброса, т.к. их входы J заземлены, а на входах присутствует сигнал BLK низкого уровня, с выхода логического элемента «И-НЕ» вызванный наличием на его входах всех высоких уровней с прямых выходов триггеров второй группы триггеров 7. Первый же фронт тактового импульса распространяющегося по первой многоотводной линии задержки 1 с вывода 1C4 сбрасывает триггер первой группы триггеров 2 и на его инверсном выходе 1C4 устанавливается высокий уровень разрешающий прохождение сигнала с отвода 1C5 на выход первого коммутатора 3. При этом сигнал на его выходе SCLK1 появляется с некоторой задержкой. В течение низкого уровня сигнала BLK сигналы с выводов 1C5 и 1C6 первой многоотводной линии задержки 1 также успевают сбросить соответствующие им триггеры (на диаграмме их выходные сигналы не показаны). Это приводит к увеличению длительности высокого уровня тактового сигнала SCLK1 на величину задержки двух секций 2Δt 1.Before the external synchronization pulse SYNC arrives, the clock pulses SCLK1 and SCLK2, synchronized with an error of Δt1 and Δt2, are present at the outputs of switches 3 and 8, respectively, therefore the state of these signals at the moment of arrival of the next external synchronization pulse SYNC is uncertain (shown by dashed lines). The external synchronization pulse SYNC sets all triggers of the first group of triggers 2 to the initial state (the falling edge of the SYNC signal leads to the formation of a low level at outputs 1-4, as well as at all other inverse outputs of the first group of triggers 2), and the SYNC1 signal similarly sets the triggers of the second group of triggers 7 (Fig. 2 displays the signals only at outputs 2C5-2C7). In this case, the first 3 and second 8 switches do not pass clock pulses, i.e. at their outputs SCLK1 and SCLK2 a logical 0 is set. At the edge of the external synchronization signal SYNC, the triggers of the first group 2 switch from the asynchronous initial setup mode to the synchronous reset mode, since their inputs J are grounded, and at the inputs There is a low-level BLK signal from the output of the NAND logic element caused by the presence of all high levels at its inputs from the direct outputs of the second group of triggers 7. The very first edge of the clock pulse propagating along the first multi-tap delay line 1 from pin 1C4 resets the trigger of the first group of triggers 2 and a high level is established at its inverse output 1C4, permitting the signal from pin 1C5 to pass to the output of the first switch 3. In this case, the signal at its output SCLK1 appears with some delay. During the low level of the BLK signal, the signals from pins 1C5 and 1C6 of the first multi-tap delay line 1 also have time to reset the corresponding triggers (their output signals are not shown in the diagram). This leads to an increase in the duration of the high level of the clock signal SCLK1 by the amount of the delay of two sections 2Δt1 .

Этот тактовый импульс распространяется во второй многоотводной линии задержки 7, а через интервал времени tЗ5 сигнал SYNC1 переходит в высокий уровень и переводит вторую группу триггеров 7 в режим синхронного сброса. Фронты тактового импульса с выводов второй многоотводной линии задержки 2C5-2C6 сбрасывают соответствующие триггеры, а высокие уровни с их выводов 2C5-2C6 управляют коммутатором и пропускают на выход тактовые импульсы с выводов 2C7 и 2C8 второй многоотводной линии задержки 6. При этом фронт выходного тактового импульса SCLK2 привязан к фронту внешнего импульса синхронизации SYNC с погрешностью Δt 2. При сбросе первого триггера второй группы триггеров 7 выходной сигнал 2Q5 низкого уровня, поступающий на вход логического элемента «И-НЕ» 9, приводит к появлению высокого уровня на его выводе BLK и переводит все триггеры в режим хранения.This clock pulse propagates in the second multi-tap delay line 7, and after a time interval t З5 , the SYNC1 signal goes high and switches the second group of flip-flops 7 to the synchronous reset mode. The edges of the clock pulse from the terminals of the second multi-tap delay line 2C5-2C6 reset the corresponding flip-flops, and the high levels from their terminals 2C5-2C6 control the switch and pass the clock pulses from terminals 2C7 and 2C8 of the second multi-tap delay line 6 to the output. In this case, the edge of the output clock pulse SCLK2 is tied to the edge of the external synchronization pulse SYNC with an error of Δ t 2 . When the first trigger of the second group of flip-flops 7 is reset, the low-level output signal 2Q5, arriving at the input of the NAND logic element 9, causes a high level to appear at its BLK terminal and switches all flip-flops to the storage mode.

Таким образом, предложенный способ фазовой синхронизации тактовых импульсов обеспечивает высокую точность синхронизации при небольших аппаратных затратах.Thus, the proposed method of phase synchronization of clock pulses ensures high synchronization accuracy with low hardware costs.

Claims (1)

Способ фазовой синхронизации тактовых импульсов, состоящий в том, что положение фронта тактового импульса, распространяющегося последовательно в первой и второй многоотводных линиях задержки с задержкой, примерно равной периоду следования тактовых импульсов, и задержкой, превышающей задержку одной секции первой многоотводной линии задержки, соответственно, сохраняется в первой и второй группе триггеров, при этом первый изменивший своё состояние в каждой группе триггер управляет соответствующим первым и вторым коммутатором, коммутирующим тактовый импульс с одного из последующих выводов соответствующих многоотводных линий задержки на выход первого и второго коммутаторов, тактовые импульсы с выхода первого коммутатора поступают на вход второй многоотводной линии задержки, а с выхода второго коммутатора снимаются синхронизированные тактовые импульсы, отличающийся тем, что триггеры первой и второй групп переводятся и удерживаются в начальном одинаковом состоянии уровнем внешнего импульса синхронизации и уровнем, сформированного из него увеличением длительности импульса, соответственно, сохранение положения фронта распространяющегося в первой и второй многоотводных линиях задержки тактового импульса осуществляется выходными сигналами с их выводов, подключенных ко входам динамической синхронизации первой и второй групп триггеров, по завершении внешнего импульса синхронизации и сформированного из него увеличением длительности импульса на величину, гарантирующую попадание его окончания в интервал распространения фронта тактового импульса во второй многоотводной линии задержки, соответственно, а возможность последующего изменения состояния триггеров первой и второй групп триггеров блокируется до следующего внешнего импульса синхронизации при изменении состояния одного или нескольких триггеров второй группы по сравнению с начальным состоянием, переводом их в режим хранения.A method for phase synchronization of clock pulses, which consists in that the position of the front of a clock pulse, propagating sequentially in first and second multi-tap delay lines with a delay approximately equal to the period of the clock pulses, and a delay exceeding the delay of one section of the first multi-tap delay line, respectively, is stored in the first and second groups of triggers, wherein the first trigger that has changed its state in each group controls the corresponding first and second switch, which switches the clock pulse from one of the subsequent terminals of the corresponding multi-tap delay lines to the output of the first and second switches, the clock pulses from the output of the first switch are fed to the input of the second multi-tap delay line, and synchronized clock pulses are removed from the output of the second switch, characterized in that the triggers of the first and second groups are transferred and held in the initial identical state by the level of the external synchronization pulse and the level formed from it by increasing the pulse duration, respectively, the preservation of the position of the front of the clock pulse propagating in the first and second multi-tap delay lines is carried out output signals from their terminals connected to the dynamic synchronization inputs of the first and second groups of triggers, upon completion of the external synchronization pulse and the pulse duration formed from it by an increase in the value that guarantees that its end falls within the propagation interval of the clock pulse front in the second multi-tap delay line, respectively, and the possibility of a subsequent change in the state of the triggers of the first and second groups of triggers is blocked until the next external synchronization pulse when the state of one or more triggers of the second group changes compared to the initial state, transferring them to storage mode.
RU2025118851A 2025-07-08 Method for phase synchronisation of clock pulses RU2855120C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2855120C1 true RU2855120C1 (en) 2026-01-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6633190B1 (en) * 2002-04-26 2003-10-14 Intel Corporation Multi-phase clock generation and synchronization
US6842055B1 (en) * 2003-08-13 2005-01-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Clock adjustment
RU2267221C1 (en) * 2004-04-12 2005-12-27 Пензенская государственная технологическая академия Digital device for phase synchronization
RU2822445C1 (en) * 2024-01-24 2024-07-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" Method of phase synchronization of clock pulses with external pulse
CN118783955A (en) * 2024-07-17 2024-10-15 国电投核力电科(无锡)技术有限公司 A method for reference clock phase synchronization and fine adjustment and a pulse generator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6633190B1 (en) * 2002-04-26 2003-10-14 Intel Corporation Multi-phase clock generation and synchronization
US6842055B1 (en) * 2003-08-13 2005-01-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Clock adjustment
RU2267221C1 (en) * 2004-04-12 2005-12-27 Пензенская государственная технологическая академия Digital device for phase synchronization
RU2822445C1 (en) * 2024-01-24 2024-07-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" Method of phase synchronization of clock pulses with external pulse
RU2824042C1 (en) * 2024-02-13 2024-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" Method of phase synchronization of clock pulses by external triggering pulse
CN118783955A (en) * 2024-07-17 2024-10-15 国电投核力电科(无锡)技术有限公司 A method for reference clock phase synchronization and fine adjustment and a pulse generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7187738B2 (en) Processing high-speed digital signals
US5268656A (en) Programmable clock skew adjustment circuit
US6075392A (en) Circuit for the glitch-free changeover of digital signals
US4412342A (en) Clock synchronization system
US5389826A (en) Variable clock dividing circuit
CN110830041B (en) Continuous integer frequency divider with 50% duty cycle and phase-locked loop circuit comprising same
US6563349B2 (en) Multiplexor generating a glitch free output when selecting from multiple clock signals
IL96806A (en) Cmos clock-phase synthesizer
US5754615A (en) Fast programmable divider
EP0711036B1 (en) Variable delay circuit
US4608706A (en) High-speed programmable timing generator
US6798266B1 (en) Universal clock generator using delay lock loop
WO2008008297A2 (en) Glitch-free clock switcher
US7260166B2 (en) Systems for synchronizing resets in multi-clock frequency applications
US3619505A (en) Clock pulse digital synchronization device for receiving isochronous binary coded signals
RU2855120C1 (en) Method for phase synchronisation of clock pulses
US3840815A (en) Programmable pulse width generator
US4034352A (en) Phase control of clock and sync pulser
KR100303781B1 (en) DL Clock Generator with Unlock Compensation Circuit for Solving Unlock Problems in Register-Controlled Digital DLs
JP2595887B2 (en) Bit synchronization circuit
JP2663397B2 (en) Voltage controlled oscillator circuit and signal detector using the same
US6115442A (en) Programmable divider and a method for dividing the frequency of a pulse train
EP0673117A1 (en) A delay line circuit
RU2822445C1 (en) Method of phase synchronization of clock pulses with external pulse
US3297952A (en) Circuit arrangement for producing a pulse train in which the edges of the pulses have an exactly defined time position