ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ

Название	ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ
Разработчик (Авторы)	Крехов Виктор Евгеньевич, Крехов Кирилл Игоревич
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	212188
Дата регистрации	11.07.2022
Правообладатель	ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Область применения (класс МПК)	H03K 5/15 (2006.01)

Описание изобретения

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;

на фиг. 2 - скрины временных диаграмм на выходах Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 элементов 1 - 5 И-НЕ, шинах 6, 7 в результате работы модели генератора импульсов в программе MULTISIM.

Генератор импульсов содержит логические элементы 1-5 И-НЕ, тактовую шину 6 и входную шину 7, выход Z1 элемента 1 соединен с первыми входами элементов 2, 3 и вторым входом элемента 4, выход Z2 элемента 2 - со вторым входом элемента 3, выход Z3 элемента 3 - со вторым входом элемента 2 и вторым входом элемента 5, выход Z4 элемента 4 - с третьим входом элемента 1, выход Z5 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.

В исходном статическом состоянии генератора импульсов, построенного на элементах И-НЕ, когда на шинах 6 и 7 присутствуют потенциалы логического нуля, на выходах Z1, Z2, Z5 элементов 1, 2, 5 устанавливается потенциал логической единицы, а на выходе Z4 элемента 4 с задержкой lt3, где t3 - задержка сигнала в одном элементе И-НЕ при условии, что все элементы технологически одинаковые, образованы инвертированные тактовые импульсы - переходы 8 и 9. На выходе Z3 элемента 3 - потенциал логического нуля.

Изменения потенциала тактового импульса на шине 6, когда потенциал входного импульса на шине 7 еще нулевой, не может изменить единичный потенциал на выходах Z1, Z2 элементов 1 и 2. Поэтому, на выходе Z3 элемента 3 сохраняется низкий (нулевой) потенциал, а на выходе Z4 элемента 4 следуют инвертированные тактовые импульсы с задержкой lt3.

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 t3, равное длительности распространения сигнала в одном элементе И-НЕ, изменяет состояние выход Z2 элемента 2 на нулевое - переход 10, который на время действия тактового импульса изменяет состояние на выходе Z3 элемента 3 на единичное - переход 11. На выходе Z5 элемента 5 возникает ноль - переход 12, который блокирует состояние выхода Z3 элемента 3 в единице на все время действия входного сигнала с шины 7. По срезу тактового импульса на выходе Z2 элемента 2 вновь возникает единица - переход 13. Следовательно, на выходе Z2 элемента 2 будет выделен инвертированный тактовый импульс из непрерывно следующих тактовых импульсов, а на выходе Z1 элемента 1 возникает ноль -переход 14, который блокирует состояние выхода Z4 элемента 4 в единичном состоянии - переход 15 до окончания входного импульса с шины 7.

По срезу входного импульса с шины 7 срабатывает элемент 1, который по выходу Z1 переходит в единичное состояние - переход 16, который возвращает потенциал нуля на выходе Z3 элемента 3 - переход 17, а значит, на выходе Z5 элемента 5 вновь возникает устойчивый единичный потенциал - переход 18. Во время действия нулевого потенциала тактового импульса выход Z4 элемента 4 продолжает находиться в единичном состоянии, а с действием фронта тактового импульса - переход 19 снова возникают тактовые импульсы на выходе Z4 элемента 4.

Таким образом, с выхода Z2 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.

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 Z3 элемента 3 и выхода Z4 элемента 4, которые резервируют их положительные обратные связи по выходу Z1 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.

Формула полезной модели

Генератор импульсов, содержащий три элемента И-НЕ, первый и второй входы 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, отличающийся тем, что введены четвертый и пятый элементы И-НЕ, тактовая шина 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.

Изобретение "ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ" (Крехов Виктор Евгеньевич, Крехов Кирилл Игоревич ) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога