СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR EXTENDING PULSES (VARIANTS)

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано при построении различных устройств автоматики, вычислительной и измерительной техники, в процессе функционирования которых осуществляется увеличение длительностей исходных импульсов.
Хорошо известен, ставший классическим, выбранный в качестве прототипа способ расширения импульсов, предусматривающий в ответ на каждый входной импульс, в момент его прихода, запуск процесса формирования временного интервала, определяющего длительность выходного расширенного импульса и выдачи выходного импульса, передний и задний фронты которого определяются соответственно началом и концом формируемого временного интервала. В зависимости от выбранного подхода к формированию указанного временного интервала возможны вариации способа. Одним из вариантов является запуск регенеративного процесса в цепи с положительной обратной связью, сменяющегося релаксационным и вновь регенеративным, что позволяет получать на каждый входной импульс регенерированный выходной импульс, длительность которого определяется временем релаксации [Аванесян Г.Р. Цифровые интегральные микросхемы. - М.: Радиотехника, 2008, стр. 101-103]. Такой подход реализуется в одновибраторах, которые позволяют относительно просто получать выходные импульсы необходимой длительности, задаваемой параметрами RC-цепей. Недостатком такого подхода является невысокая стабильность длительности выходного расширенного импульса, зависящая от внешних факторов, и относительно большое время задержки выходного импульса относительно входного. Другой подход, получивший распространение в связи с развитием цифровой техники, предполагает наличие высокостабильных тактовых импульсов следующих с относительно большой частотой, которые используют для формирования временных интервалов заданной длительности путем отсчета необходимого их числа, после запуска процесса формирования временного интервала - расширенного импульса, см., например, расширитель импульсов, описанный в [Пат. РФ №2645775. Опубл. 28.02.2018, Бюл. №7]. Однако и в этом случае время задержки выходного импульса относительно входного оказывается сравнительно большим, обусловленным в данном случае суммарным временем протекания переходных процессов в цифровых элементах (главным образом в последовательной логике), используемых для получения переднего фронта выходного импульса.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит, главным образом, в снижении времени задержки выходного расширенного импульса относительно входного и, следовательно, в повышении быстродействия реализуемых устройств.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что в способе расширения импульсов, включающего формирование временного интервала, определяющего длительность каждого расширенного импульса, причем процесс формирования временного интервала начинают в момент прихода каждого входного импульса, согласно изобретению, расширенный импульс образуют путем формирования единого выходного импульса, состоящего из входного импульса, задержанного входного импульса на время меньшее его длительности и импульса, полученного в результате формирования временного интервала, определяющего длительность расширенного импульса.
Кроме того, технический результат по первому варианту достигается тем, что в способе расширения импульсов, согласно изобретению, единый выходной импульс образуют путем подачи на вход суммирующего устройства, осуществляющего логическое сложение входных уровней, входного импульса, задержанного входного импульса и импульса, полученного в результате формирования временного интервала, определяющего длительность расширенного импульса.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что в способе расширения импульсов, включающего формирование временного интервала, определяющего длительность каждого расширенного импульса, причем процесс формирования временного интервала начинают в момент прихода каждого входного импульса, согласно изобретению, расширенный импульс образуют путем формирования единого выходного импульса состоящего, из входного импульса и импульса, полученного в результате формирования временного интервала, определяющего длительность расширенного импульса.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, реализующего первый вариант способа. На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип расширения импульсов на примере функционирования устройства, схема которого представлена на фиг. 1.
Функциональная схема по фиг. 1 содержит логический элемент ИЛИ 1, элемент 2 задержки и формирователь 3 временных интервалов, вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ 1 и составляет вход устройства, выходом которого служит выход элемента ИЛИ 1, второй вход которого через элемент 2 задержки подключен ко входу устройства, а третий вход - к выходу формирователя 3 временных интервалов. В свою очередь формирователь 3 содержит D-триггер 4, логический элемент И 5, счетчик 6 и цифровой компаратор 7.
вх
Временные диаграммы по фиг. 2 содержат входные импульсы In1 длительностью t, задержанные импульсы In2, импульсы In3 с выхода формирователя 3 временных интервалов и расширенные импульсы на выходе устройства.
3
1
вых
Идея, лежащая в основе предложенных способов, состоит в том, что для сокращения времени задержки появления выходного расширенного импульса его передний фронт формируют до начала появления (генерации переднего фронта) расширенного импульса, за счет передачи на выход устройства по короткому пути входного импульса. В качестве иллюстрации отмеченного на фиг. 1 приведена функциональная схема расширителя импульсов, из которой легко видеть, что входные импульсы, поступающие на вход устройства, не только направляются на вход формирователя 3, служащего непосредственно для расширения импульсов, но и на выход устройства через элемент логический ИЛИ 1. Таким образом передний фронт расширенного импульса появляется через время τ, равное времени задержки распространения в логическом элементе ИЛИ 1 (см. временные диаграммы по фиг. 2). В то же время передний фронт импульса на выходе формирователя 3, появляющийся на выходе D-триггера 4, появляется через время τ, равное времени перехода триггера из одного устойчивого положения в другое, которое оказывается выше времени задержки распространения в базовых логических элементах, на основе которых подобные триггеры строятся. Однако указанный переход триггера не оказывает какого-либо влияния на результат формирования переднего фронта выходного импульса, так как к этому времени на выходе элемента ИЛИ 1 уже будет присутствовать высокий логический уровень, а к моменту начала формирования заднего фронта выходного импульса длительностью t высокий логический уровень на входе In1 будет снят по определению задачи.
вх
1
2
2
1
вх
4
1
вх
2
вх
вх
1
Наличие в схеме дополнительного элемента 2 задержки, обусловленного первым вариантом способа, необходимо для предотвращения появления провалов импульсов на выходе элемента ИЛИ 1, в случае, если длительность входного импульса t окажется меньше времени задержки распространения τ в формирователе 3 временных интервалов. Во избежание появления подобных кратковременных переходов в «нуль» входной импульс целесообразно несколько расширить за счет наложения на него его задержанной копии, что осуществляется подачей на вход In2 элемента ИЛИ 1 импульса с выхода элемента 2. Разумеется, для наложения импульсов время τ вносимой элементом 2 задержки следует выбирать не более длительности входного импульса. Что же касается минимального значения времени задержки τ, то оно должно определяться разностью τ-t (временной интервал τ на фиг. 2), то есть должно соблюдаться условие (τ-t)<τ<t. Для соблюдения левой части приведенного условия на вход In3 элемента ИЛИ 1 импульс с выхода формирователя 3 должен поступать не позже, чем завершится действие импульса на входе In2. Если есть основания полагать, что длительность входного импульса t будет превышать время задержки распространения τ в формирователе временных интервалов, то от операции дополнительной задержки можно отказаться, упрощая таким образом как способ (см. п. 3 Формулы изобретения), так и устройство его реализующее. Подобное устройство должно отличаться от ранее рассмотренного (см. фиг. 1) отсутствием элемента задержки и соответственно заменой логического элемента 3ИЛИ на 2ИЛИ (см. фиг. 1). В остальном функциональные схемы устройств являются идентичными, также как и принцип их действия с учетом отсутствующего элемента задержки.
1
3
2
Отметим, что на схеме по фиг. 1 показан частный случай реализации формирователя временных интервалов, работа которого рассмотрена в [Пат. РФ №2645775. Опубл. 28.02.2018, Бюл. №7]. Применение такого рода формирователей оправдано в тех случаях, когда требуется расширять импульсы до относительно небольших величин при одновременно высокой стабильности длительности расширенных импульсов (это достигается за счет тактирования формирователя высокостабильными последовательностями импульсов CLK). Снижение времени задержки в схеме подобной показанной на фиг. 1 возможно ориентировочно в 1,5…2 раза, в зависимости от схемотехнологического типа применяемой элементной базы. Указанный выигрыш определяется отношением τ/τ (см. фиг. 2). В тех же случаях, когда по условиям стоящих задач необходимо получать импульсы относительно большой длительности без предъявления к ним высоких требований по точности соблюдения длительностей, удобным оказывается применение в качестве формирователей временных интервалов одновибраторов в интегральном исполнении. Включение их по схеме показанной на фиг. 1 также позволяет уменьшить задержку появления переднего фронта выходного импульса по сравнению со случаем использования общеизвестных схем включения одновибраторов для расширения импульсов. Еще одним достоинством показанной на рис. 1 структуры является возможность отключения режима расширения импульсов достаточно простым действием, без введения дополнительных логических элементов: для этого следует установить на информационном входе D-триггера 4 уровень логического нуля. При таком управляющем уровне на выходе устройства будут присутствовать импульсы длительность которых отличается от длительности входных на время τ, а в случае реализации второго варианта способа - их длительность будет равна длительности входных импульсов.