Цифровой генератор задержки

Цифровой генератор задержки (также известный как цифро-временной преобразователь ) — это часть электронного испытательного оборудования , которая обеспечивает точные задержки для событий запуска, синхронизации, задержки и стробирования. Эти генераторы используются во многих экспериментах, средствах управления и процессах, где требуется электронная синхронизация одного события или нескольких событий по стандартному эталону синхронизации. Генератор цифровой задержки может инициировать последовательность событий или запускаться событием. Что отличает его от обычного электронного таймера, так это синхронность его выходных сигналов друг с другом и с исходным событием.

Преобразователь времени в цифру выполняет обратную функцию.

Оборудование

Цифровой генератор задержки по функциям аналогичен генератору импульсов задержки и ширины , но временное разрешение намного выше, а джиттер намного меньше.

Некоторые производители, называя свои устройства «цифровыми генераторами задержки и импульсов», добавили независимый контроль полярности амплитуды и уровня к каждому из своих выходов в дополнение к контролю задержки и ширины. Теперь каждый канал обеспечивает управление задержкой, шириной и амплитудой общего назначения , при этом запуск синхронизируется с внешним источником или внутренним генератором частоты повторений — например, с генератором импульсов .

Некоторые генераторы задержки обеспечивают точные задержки (фронты) для запуска устройств. Другие обеспечивают точные задержки и ширину, а также позволяют использовать функцию стробирования. Некоторые генераторы задержки предоставляют один канал синхронизации, тогда как другие предоставляют несколько каналов синхронизации.

Выходы цифровых генераторов задержки обычно имеют логический уровень, но некоторые из них обеспечивают более высокое напряжение, чтобы справиться с электромагнитными помехами . Для очень суровых условий оптические выходы и/или входы с оптоволоконными некоторые производители также предлагают разъемами. Как правило, генератор задержки работает в среде линии передачи с сопротивлением 50 Ом, причем линия завершается с характеристическим сопротивлением, чтобы минимизировать отражения и временные неопределенности.

Исторически цифровые генераторы задержки представляли собой одноканальные устройства только с задержкой (см. ссылку DOT ниже). Сейчас многоканальные устройства с задержкой и гейтом каждого канала являются нормой. Некоторые позволяют ссылаться на другие каналы и объединять синхронизацию нескольких каналов в один для более сложных приложений с несколькими запусками. Можно запускать и стробировать несколько лазеров и детекторов. (см. вторую ссылку «Экспериментальное исследование лазерного зажигания смеси метана и воздуха путем планарной лазерно-индуцированной флуоресценции ОН.)» Другой пример имеет канал накачки лазера с выбранным пользователем количеством импульсов лампы-вспышки . Другой канал может быть использован для модуляции добротности этого лазера. Затем третий канал можно использовать для запуска и управления системой сбора данных или визуализации через определенное время после срабатывания лазера. (см. ссылку на сайт Sensorportal.com ниже)

Выбор импульса или выделение одного лазерного импульса из потока лазерных импульсов, генерируемых посредством синхронизации мод, является еще одной ценной особенностью некоторых генераторов задержки. Используя частоту с синхронизацией мод в качестве внешнего тактового сигнала для цифрового генератора задержки, можно настроить задержку и ширину, чтобы выбрать одиночный импульс и синхронизировать другие события с этим одиночным импульсом.

Использование

Генератор задержки также может задерживать и стробировать высокоскоростные фотодетекторы в приложениях высокоскоростной визуализации. (см. ссылку на высокоскоростную фотографию ниже)

Цифровые генераторы задержки обычно являются основой синхронизации для более крупных систем и экспериментов. Пользователи обычно создают графический пользовательский интерфейс с графическим интерфейсом пользователя , чтобы обеспечить единое управление всей системой или экспериментом. Производители цифровых генераторов задержки добавили схемы удаленного программирования, которые облегчают создание таких графических интерфейсов. Отраслевые стандарты , такие как GPIB , RS-232 , USB и Ethernet , доступны от различных производителей.

Экспериментальная гидродинамика использует цифровые генераторы задержки для исследования потока жидкости. Область PIV, измерения скорости изображения частиц , включает в себя несколько подмножеств, которые будут использовать цифровые генераторы задержки в качестве основного компонента синхронизации, когда могут запускаться несколько лазеров. Несколько каналов могут запускать различные лазеры. Можно также мультиплексировать синхронизацию нескольких каналов в один канал, чтобы несколько раз запускать или даже управлять одним и тем же устройством. Один канал может запускать лазер или управлять камерой несколькими мультиплексированными импульсами. Другая полезная настройка заключается в том, чтобы один канал запускал импульсные лампы заданное количество раз, затем один Q-переключатель, а затем задержку и строб для системы сбора данных или визуализации.

Отрицательная задержка доступна с помощью цифровых генераторов задержки, которые могут выбирать другой канал в качестве опорного. Это было бы полезно для приложений, где событие должно произойти до ссылки. Примером может быть разрешение открытия затвора перед ссылкой.

Цифровой генератор задержки использовался в масс-спектрометрии. ^{[ 1 ]}

Многотриггерные цифровые генераторы задержки

Новой разработкой являются цифровые генераторы задержки, которые имеют возможности стробирования и внешнего запуска, двойного или множественного запуска. Гейт позволяет пользователю активировать выходы и/или триггеры с помощью электронного сигнала. Некоторые устройства имеют возможности затвора или триггера с использованием одного или отдельных разъемов. Цифровые генераторы задержки с двойным или несколькими триггерами имеют несколько входных триггеров. Эти триггеры можно выборочно использовать для запуска любого или всех каналов.

Версии с несколькими триггерами имеют функциональные возможности программируемого логического контроллера для включения блокировок, защелок, динамической регулировки задержки и подавления шума триггера. Триггеры формируются путем логического объединения входных и выходных данных в формах «И», «Или», «Исключающее ИЛИ» и «Отрицание».

В приложениях LIDAR используются цифровые генераторы задержки. Канал используется для запуска лазера. Второй канал обеспечивает шлюз с задержкой для системы сбора данных . Гейтирование позволяет обрабатывать и сохранять интересующие области, игнорируя при этом большую часть нежелательных данных.

Цифровые генераторы задержки с двойным триггером представляют собой два независимо запускаемых цифровых генератора задержки в одном корпусе. Поскольку настольные цифровые генераторы задержки теперь являются многоканальными, можно иметь два или более входных триггера и выбирать каналы, которые реагируют на каждый триггер. Интересная концепция обеспечения возможности двойного триггера преобразует прибор с отдельными входами триггера и затвора, позволяя затвору работать в качестве второго триггера.

Дизайн

Жизненно важной проблемой при разработке DDG является создание запускаемых задержек с точностью кварцевого генератора, но которые не квантуются по краям опорного генератора. Существует несколько методов, используемых при генерации цифровой задержки.

Самая простая схема использует цифровой счетчик и автономный кварцевый генератор для временных интервалов с неоднозначностью в 1 такт, что приводит к дрожанию выходного фронта на один тактовый период от пика к пику относительно асинхронного триггера. Этот метод используется в инструментах Quantum Composers и Berkeley Nucleonics.
Запускаемые кварцевые, LC-генераторы или генераторы с линией задержки могут быть запущены во время запуска и подсчитаны для создания грубой задержки с последующей аналоговой точной или «верньерной» задержкой для интерполяции между периодами тактового сигнала. Усовершенствование заключается в использовании контура фазовой автоподстройки частоты для синхронизации запускаемого генератора с более точным непрерывным кварцевым генератором с использованием метода, который сохраняет исходную настройку триггера. Классический синтезатор времени Hewlett Packard 5359A использовал управляемый генератор линии задержки ECL, синхронизированный с кварцевым генератором с использованием метода гетеродинной синхронизации фазы; впоследствии этот метод использовался в нескольких генераторах задержки Berkeley Nucleonics и LeCroy. Highland Technology использует триггерный LC-генератор и схему фазовой синхронизации DSP. Может быть достигнут джиттер ниже 10 пс среднеквадратичного значения по отношению к внешнему триггеру.
Можно спроектировать генератор задержки с аналоговым нарастанием, охватывающий диапазон задержки в несколько десятков наносекунд, используя источник тока для зарядки конденсатора. Затем можно приостановить нарастание тока на некоторое целое число тактов, синхронизированное кварцевым генератором. Замораживание рампы расширяет диапазон задержек без необходимости синхронизации генератора с триггером. Этот метод описан в патенте США № 4968907 и использовался в приборе восстановления сигнала. Возможен небольшой джиттер задержки, но ток утечки становится серьезным источником ошибок для задержек в миллисекундном диапазоне.
Двухранговый синхронизатор на основе триггера можно использовать для синхронизации внешнего триггера с генератором задержки на основе счетчика, как в случае (1) выше. Затем можно измерить рассогласование между входным триггером и локальной тактовой частотой и постепенно регулировать задержку нониуса, чтобы компенсировать большую часть джиттера между триггером и тактовой частотой. Джиттер в десятки пикосекунд RMS может быть достигнут при тщательной калибровке. Стэнфордские исследовательские системы используют этот метод.

См. также

Ссылки

^ Сунь, Цинъюй; Нельсон, Осия; Ли, Тони; Штольц, Брайан М.; Джулиан, Райан Р. (nd), «Химия боковых цепей опосредует фрагментацию основной цепи в пептидных радикалах с дефицитом водорода» (PDF) , Journal of Proteome Research , 8 (2): 958–66, doi : 10.1021/pr800592t , PMID 19113886 , в архиве из оригинала (PDF) на 10 октября 2010 г. , получено 25 ноября 2014 г. , Лазерные импульсы были синхронизированы путем подачи триггерного сигнала TTL от масс-спектрометра к лазеру через цифровой генератор задержки.

Симулятор целевой скорости на основе цифрового генератора задержки – Министерство транспорта США, DOT HS 809 811, раздел 4.10.
«Экспериментальное исследование лазерного зажигания метановоздушной смеси методом планарной лазерно-индуцированной флуоресценции ОН»
«Измерение локального воздействия на турбулентный пограничный слой с помощью PIV»
http://www.sensorsportal.com/HTML/DIGEST/february_06/Pulse_Generator.htm
«Периодически импульсные рубиновые лазеры как источники света для высокоскоростной фотографии»
«Модуль детектора одиночных фотонов»
«Лидар дистанционного зондирования»
«Программируемый генератор последовательностей с несколькими выходами» ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
Барнетт, Клеон; Кахун, Эрика; Альмирал, Хосе Р. (2008). «Зависимость длины волны от элементного анализа стекла методом лазерной спектроскопии пробоя». Spectrochimica Acta Часть B: Атомная спектроскопия . 63 (10): 1016–1023. дои : 10.1016/j.sab.2008.07.002 .
«Синхротронная синхронизация – несколько каналов»

Внешние ссылки

http://www.berkeleynucleonics.com/resources/575_Multiplexing(1).pdf «Синхронизация, задержка и стробирование с несколькими сериями импульсов»
https://www.keysight.com/en/pd-1000001406%3Aepsg%3Apro-pn-5359A/time-synthesizer?nid=-536900193.536882162&cc=US&lc=eng
http://www.quantumcomposers.com/
http://www.greenfieldtechnology.com/
http://www.signalrecovery.com/9650Apage.htm
http://www.thinksrs.com/products/DG645.htm
http://www.highlandtechnology.com/DSS/T560DS.html
http://zone.ni.com/devzone/cda/epd/p/id/6131 На основе FPGA

[1] Сунь, Цинъюй; Нельсон, Осия; Ли, Тони; Штольц, Брайан М.; Джулиан, Райан Р. (nd), «Химия боковых цепей опосредует фрагментацию основной цепи в пептидных радикалах с дефицитом водорода» (PDF) , Journal of Proteome Research , 8 (2): 958–66, doi : 10.1021/pr800592t , PMID 19113886 , в архиве из оригинала (PDF) на 10 октября 2010 г. , получено 25 ноября 2014 г. , Лазерные импульсы были синхронизированы путем подачи триггерного сигнала TTL от масс-спектрометра к лазеру через цифровой генератор задержки.

[ 1 ]