Стробируемый генератор запускается без задержки

Стробируемый генератор запускается без задержки

Ricardo Jimenez

Electronic Design

Правильный выбор компонентов может помочь сократить время запуска стробируемых генераторов

Типичной проблемой стробируемых генераторов является задержка, с которой появляется сигнал после того, как входной цифровой управляющий сигнал разрешает их работу. Эта задержка возникает из-за того, что, прежде чем напряжение на времязадающем конденсаторе начнет колебаться между двумя пороговыми точками, известными как VT+ и VT–, конденсатору необходимо частично разрядиться от начального напряжения VDD. Это приводит к тому, что генератор начинает колебаться на ожидаемой собственной частоте только после некоторой временнóй задержки. Задержка влияет на точность измерений времени.

 

 

 

Это классический генератор на логическом элементе. Справа показана временная диаграмма с периодами времени T0, T1 и T2.
Рисунок 1. Это классический генератор на логическом элементе. Справа показана временная диаграмма
с периодами времени T0, T1 и T2.

На Рисунке 1 показан классический стробируемый генератор с соответствующей временной диаграммой. Когда логический уровень управляющего сигнала меняется с низкого на высокий, конденсатор C разряжается через резистор R от уровня VDD до VT–, на что и требуется время T0. Характер изменения напряжения на резисторе R в течение интервала T0 описывается уравнением (1):

  (1)

Решая (1) относительно T0, получаем:

  (2)

где

VDD – выходное напряжение логического элемента «И-НЕ»,
VR – отрицательное пороговое напряжение VT–, до которого падает напряжение на резисторе R.

Таким образом, для T0 получаем выражение (3):

  (3)

Устранить задержку T0 позволяет решение, показанное на Рисунке 2. Когда уровень напряжения на входе управляющего сигнала низкий, на конденсаторе C сохраняется напряжение, на несколько милливольт меньшее, чем напряжение положительного порога VT+. Это напряжение устанавливается подстроечным резистором. Импульсный диод D1 будет поддерживать напряжение на конденсаторе на уровне менее VT+, то есть, ниже 2.8 В, не допуская переключения логического элемента. Напряжение, приложенное к конденсатору через подстроечный резистор и диод D1, должно быть меньше суммы VT+ и VR, то есть

Как видно из Рисунка 2, когда уровень управляющего сигнала переключается на высокий, уровень сигнала на выходе логического элемента «И-НЕ» становится низким, в результате чего конденсатор C начинает разряжаться от VT+ до VT– благодаря обратному смещению диода D1. Затем конденсатор начнет непрерывно заряжаться и разряжаться между уровнями VT+ и VT– (Рисунок 3). Когда управляющий сигнал становится высоким, напряжение на конденсаторе возвращается к исходному значению, равному VC.

Этот стробируемый генератор на КМОП логическом элементе не имеет задержки включения.
Рисунок 2. Этот стробируемый генератор на КМОП логическом
элементе не имеет задержки включения.

В течение периода разряда T2 импульсный диод D1 (1N4148 или 1N4150) смещен в обратном направлении и отключает напряжение потенциометра, позволяя C разрядиться до VT–. Формулы (4) и (5) определяют длительности периодов заряда T1 и разряда T2:

  (4)
  (5)

Выходная частота FO определяется формулой (6):

  (6)

Согласно справочным данным на микросхему 74HC132, при питании ее логических элементов «И-НЕ» напряжением VDD = 5 В уровни их порогов VT– = 1.8 В и VT+ = 2.8 В. Подставляя эти значения в формулу (6), получаем выражение выходной частоты через константу k:

  (7)

Обратите внимание, что точность выходной частоты зависит от допуска компонентов RC-цепи. Допуск резистора должен составлять 1%, а конденсатора – 5% или лучше.

Осциллограмма, иллюстрирующая работу КМОП стробируемого генератора без задержки включения. Желтая линия - это вход управляющего сигнала, синяя - напряжение на конденсаторе, а фиолетовая линия представляет выход логического элемента «И-НЕ».
Рисунок 3. Осциллограмма, иллюстрирующая работу КМОП стробируемого генератора
без задержки включения. Желтая линия – это вход управляющего сигнала,
синяя – напряжение на конденсаторе, а фиолетовая линия представляет
выход логического элемента «И-НЕ».

Представленная на Рисунке 3 осциллограмма показывает, что конденсатор начинает разряжаться от уровня VT+ (а не от VDD), поэтому выходной сигнал FO появляется без задержки.

Стробируемый генератор, описанный в этой статье, имеет задержку запуска всего 20 нс, определяемую временем распространения в логическом элементе. В данном случае мы использовали логический элемент «И-НЕ» с триггером Шмитта – 74HC132. Для изоляции RC-цепи можно использовать и другие доступные элементы «И-НЕ».

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD74HC132
 
 
Оригинал здесь.

Комментарии

Чтобы оставить комментарий, Вам нужно авторизоваться.