ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к микроэлектронике и может быть использована в радиоэлектронных устройствах обработки дискретной информации, вычислительной технике и системах управления в условиях помех.
Известен генератор импульсов, который построен по схеме синхронного D-триггера (Пухальский Г.И. Цифровые устройства: учеб. пособие для втузов / Г.И. Пухальский, Т.Я. Новосельцева. - СПб: Политехника, 1996. - С. 404-405.). Генератор импульсов содержит D-триггер Вебба, шину управления, тактовую шину и две шины установки в исходное состояние.
Недостаток генератора импульсов - сложность и низкие функциональные возможности, которые обеспечивают его использование в качестве генератора одиночных импульсов - одновибратора, триггера и простой схемы временной привязки, для обеспечения ошибкоустойчивости которых требуется не менее шести, например, элементов И-НЕ. Такой генератор импульсов не может использоваться в качестве генератора выделения полного тактового импульса из пачки импульсов.
Известен генератор импульсов (патент №678659, 1992 г.). Такой генератор импульсов содержит три элемента И-НЕ, первый и второй вход соответственно первого и второго из которых подключены ко входной шине, выход первого элемента соединен с первыми входами второго и третьего, выход второго элемента подключен ко второму входу третьего элемента, выход которого соединен со вторым входом первого.
Недостаток генератора импульсов - низкие функциональные возможности, которые ограничены его использованием в качестве генератора укороченного импульса. Такой генератор импульсов используют как дифференцирующую (укорачивающую) цепь, а использование его как триггер проблематично ввиду возможного изменения нагрузки, при которой может быть сбой генератора импульсов в режиме триггера из-за пропущенного укороченного импульса.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является генератор импульсов (статья Крехова Е.В. Анализ и синтез триггерного компаратора / Е.В. Крехов, И.В. Крехов // Измерительная техника. - 2002. - №11. - С.46-50.). Генератор импульсов содержит три элемента И-НЕ, первый и второй вход соответственно первого и второго из которых подключены ко входной шине, выход первого элемента соединен с первыми входами второго и третьего, выход второго элемента подключен ко второму входу третьего элемента, выход которого соединен со вторым входом первого, третий вход второго элемента подключен к тактовой шине.
Недостатком такого генератора импульсов являются низкие функциональные возможности, которые ограничены его использованием в качестве синхронизируемого генератора укороченного импульса и низкая ошибкоустойчивость. Такой генератор импульсов используют как укорачивающую цепь, например в синхронном триггерном компараторе, а использование его как триггер проблематично ввиду возможного изменения нагрузки, при которой может быть сбой генератора импульсов из-за пропущенного укороченного импульса.
Техническая задача состоит в расширении функциональных возможностей генератора импульсов при его использовании синхронизатором и повышение ошибкоустойчивости генератора импульсов при его использовании синхронизируемым dD-триггером.
Технический результат состоит в возможности выделения одиночного полного тактового импульса и исключении ошибки запоминания при тактировании генератора импульсов.
Сущность полезной модели заключается в том, что генератор импульсов содержит пять логических элементов И-НЕ, шину тактовых импульсов и входную шину, первый и второй вход соответственно первого и второго из элементов И-НЕ подключены ко входной шине, выход первого элемента соединен с первыми входами второго и третьего, выход второго элемента подключен ко второму входу третьего элемента, выход которого соединен со вторым входом первого, третий вход второго элемента подключен к тактовой шине, которая подключена к первому входу четвертого элемента, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу и третьему входу первого элемента, а входная шина соединена с первым входом пятого элемента, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу и третьему входу третьего элемента.
На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема генератора импульсов на элементах И-НЕ;
1
2
3
4
5
на фиг. 2 - скрины временных диаграмм на выходах Z, Z, Z, Z, Z элементов 1 - 5 И-НЕ, шинах 6, 7 в результате работы модели генератора импульсов в программе MULTISIM.
1
2
3
4
5
Генератор импульсов содержит логические элементы 1-5 И-НЕ, тактовую шину 6 и входную шину 7, выход Z элемента 1 соединен с первыми входами элементов 2, 3 и вторым входом элемента 4, выход Z элемента 2 - со вторым входом элемента 3, выход Z элемента 3 - со вторым входом элемента 2 и вторым входом элемента 5, выход Z элемента 4 - с третьим входом элемента 1, выход Z элемента 5 - с третьим входом элемента 3. Тактовая шина 6 и входная шина 7 подключены соответственно к третьему и первому входам элементов 2, 4 и к первым и второму входам элементов 1, 5 и 2.
Генератор импульсов работает следующим образом.
1
2
5
4
3
3
3
В исходном статическом состоянии генератора импульсов, построенного на элементах И-НЕ, когда на шинах 6 и 7 присутствуют потенциалы логического нуля, на выходах Z, Z, Z элементов 1, 2, 5 устанавливается потенциал логической единицы, а на выходе Z элемента 4 с задержкой lt, где t - задержка сигнала в одном элементе И-НЕ при условии, что все элементы технологически одинаковые, образованы инвертированные тактовые импульсы - переходы 8 и 9. На выходе Z элемента 3 - потенциал логического нуля.
1
2
3
4
3
Изменения потенциала тактового импульса на шине 6, когда потенциал входного импульса на шине 7 еще нулевой, не может изменить единичный потенциал на выходах Z, Z элементов 1 и 2. Поэтому, на выходе Z элемента 3 сохраняется низкий (нулевой) потенциал, а на выходе Z элемента 4 следуют инвертированные тактовые импульсы с задержкой lt.
3
2
3
5
3
2
2
1
4
От фронта управляющего импульса, возникающего между тактовыми импульсами с шины 6, которые следуют с большей частотой, чем входные импульсы с шины 7, изменения в схеме генератора импульсов происходят только во время действия первого тактового импульса следующего после фронта входного импульса. При первом совпадении уровня входного сигнала, воздействующих на элементы 1, 2, 5, и тактового импульса, действующего на вход элемента 4, через время задержки t, равное длительности распространения сигнала в одном элементе И-НЕ, изменяет состояние выход Z элемента 2 на нулевое - переход 10, который на время действия тактового импульса изменяет состояние на выходе Z элемента 3 на единичное - переход 11. На выходе Z элемента 5 возникает ноль - переход 12, который блокирует состояние выхода Z элемента 3 в единице на все время действия входного сигнала с шины 7. По срезу тактового импульса на выходе Z элемента 2 вновь возникает единица - переход 13. Следовательно, на выходе Z элемента 2 будет выделен инвертированный тактовый импульс из непрерывно следующих тактовых импульсов, а на выходе Z элемента 1 возникает ноль -переход 14, который блокирует состояние выхода Z элемента 4 в единичном состоянии - переход 15 до окончания входного импульса с шины 7.
1
3
5
4
4
По срезу входного импульса с шины 7 срабатывает элемент 1, который по выходу Z переходит в единичное состояние - переход 16, который возвращает потенциал нуля на выходе Z элемента 3 - переход 17, а значит, на выходе Z элемента 5 вновь возникает устойчивый единичный потенциал - переход 18. Во время действия нулевого потенциала тактового импульса выход Z элемента 4 продолжает находиться в единичном состоянии, а с действием фронта тактового импульса - переход 19 снова возникают тактовые импульсы на выходе Z элемента 4.
2
Таким образом, с выхода Z элемента 2 снимают только один инвертированный импульс длительностью равной длительности одного тактового импульса. На прямом и инверсном выходах двух бистабильных ячеек, образованных соответственно элементами 1, 4 и 3, 5, возникают противоположные потенциалы, которые не имеют запрещенных состояний. Бистабильная ячейка из элементов 1 и 3 ликвидирует возможное запрещенное состояние за счет действия отрицательной обратной связи с выхода элемента 2. В дальнейшем процессы повторяются аналогично описанным.
3
4
1
Предлагаемый генератор импульсов генерирует один инвертированный тактовый импульс без его укорочения во всем диапазоне входного импульса с шины 7, в который укладываются все периоды импульсов с шины 6, независимо от их количества. В результате блокировок выхода Z элемента 3 и выхода Z элемента 4, которые резервируют их положительные обратные связи по выходу Z элемента 1, предлагаемый генератор импульсов можно использовать синхронизатором, а, следовательно, его возможности шире, чем у прототипа. Из-за большей длительности полного выделенного импульса, чем выходного укороченного импульса, ошибкоустойчивость предлагаемого генератора будет выше, чем у прототипа.
В предлагаемом генераторе импульсов, благодаря введению дополнительных элементов 4 и 5 с их связями, достигается исключение критичности параметров генерируемого одиночного импульса. В результате возможности выделения одиночного полного тактового импульса генератор импульсов можно использовать в качестве устройства для выделения полного такового импульса или синхронизатора, а также в качестве синхронизируемого dD-триггер, так как обеспечивается его ошибкоустойчивость за счет уменьшения причин сбоя из-за критичности к действию предельно укороченного импульса. Работоспособность генератора импульсов проверена программой моделирования "PROTEUS".
Решение технической задачи расширения возможностей использования предлагаемого устройства в качестве устройства для выделения полного тактового импульса или синхронизатора и доведение отказоустойчивости генератора импульсов до предупреждения сбоя в режиме работы тактируемого dD-триггера в схемотехническом исполнении всего на пяти логических элементах И-НЕ позволило обеспечить технико-экономические преимущества предложенного генератора импульсов по сравнению с прототипом.