Старт-стопний кварцовий генератор - патент Україна 2099851 - Сорока Е
Малюнки до патенту Україна 2099851
Відомі старт-стопні RC-генератори релаксаційного типу, що виконуються на основі мультивібраторів, що стробуються. Промисловістю випускаються відповідні інтегральні схеми, що дозволяють отримувати пакети коливань прямокутної форми (меандрів), початкова фаза яких повністю визначається положенням заднього фронту, що стробує імпульсу. Відомі також старт-стопові LC-генератори, що виробляють пакети синусоїдальних коливань (див. наприклад, патент США N 4272736, кл. 331/108В).
Недоліком подібних старт-стопних генераторів є відносно низька стабільність коливань коливання по частоті. Це зумовлено власними характеристиками частотно-задаючого ланцюга. Зазвичай це RC-ланцюг, LC-ланцюг або лінія затримки, що дозволяє отримувати стабільність порядку 0,01 0,001. Однак у багатьох застосуваннях потрібна стабільність близько 0,00001 і вище (у всьому діапазоні робочих умов).
Найбільш близьким до пропонованого генератора є старт-стопний генератор, захищений патентом США N 4039972, кл. Н О3 5/36. Пристрій містить генератор, що стробується, в ланцюг зворотного зв'язку якого включена частотно-задає ланцюг з кварцовим резонатором. Однак у цьому пристрої не передбачено жодних заходів для придушення вільних коливань в кварцовому резонаторі під час інтервалів між пакетами коливань, що генеруються.
Завданням пропонованого винаходу є забезпечення високої стабільності по фазі старт-стопних генераторах з кварцовими резонаторами при збереженні властивої їм високої стабільності по частоті.
Для отримання зазначеного технічного результату в старт-стопний генератор, що містить генератор, що стробується, в ланцюг зворотного зв'язку якого включеначастотно-задає ланцюг з кварцовим резонатором, введений демпфуючий підсилювач, який включений паралельно частотно-що задає ланцюга з кварцовим резонатором через введений електронний керований перемикач, інший вихід якого з'єднаний з входом генератора, що стробується, а керуючий вхід електронного керованого перемикача менше тривалості інтервалів між стробуючі імпульси.
Введення демпфуючого підсилювача, що підключається на час інтервалу між стробующими імпульсами до частотно-задає ланцюга з кварцовим резонатором, яка при цьому відключається від стробованого генератора, дозволяє прискорити згасання що відбуваються в ній коливань і повністю погасити їх до моменту виникнення впливає на початкову фазу наступного пакета.
Подальший опис пояснюється за допомогою таких фігур.
Фіг. 1 блок-схема пропонованого старт-стопного генератора електричних коливань; на фіг. 2 часові діаграми, що пояснюють роботу пропонованого генератора.
Як показано на фіг. 1, пропонований старт-стопний генератор електричних коливань містить стробований генератор 1, частотно-задає ланцюг з кварцовим резонатором 2, електронний керований перемикач 3 і демпфуючий підсилювач 4. Перший висновок ланцюга 2 з'єднаний з першим входом генератора, що стробується, а другий вихід ланцюга 2 електронного керованого перемикача 3. Перший вихід електронного перемикача 3 з'єднаний з другим входом генератора, що стробується 1. Другий вихід електронного перемикача з'єднаний з входом демпфуючого підсилювача, вихід якого з'єднаний з першим висновком частотно-задає ланцюга. Допустимо і зворотне включення демпфуючогопідсилювача. Генератор 1 та перемикач 3 мають входи управління.
Пропонований старт-стопний генератор працює наступним чином (фіг. 2). Надходять на вхід управління генератора 1 стробуючі імпульси (діаграма а) викликають генерування пакетів коливань, що надходять на вихід генератора (діаграма б), відповідно до тривалості імпульсів. Пакет коливань, що виробляються генератором 1, починається в момент, що відповідає передньому фронту стробуючого імпульсу. Керуючі імпульси (діаграма в), що надходять на вхід управління перемикача 3, підключають частотно-задає ланцюг 2 до підсилювача, що демпфує 4 на час, трохи менше, ніж інтервал між стробующими імпульсами; завдяки цьому початкова фаза пакетів коливань визначається лише моментом початку стробуючого (а не керуючого) імпульсу.
Протягом керуючого імпульсу перемикач 3 підключає до частотно-задає ланцюга 2 демпфуючий підсилювач 4, завдяки чому забезпечується прискорене згасання залишкових коливань ланцюга 2 протягом стробирующего імпульсу. На діаграмі г (фіг. 2) показані коливання на виході ланцюга 2 без підключення демпфуючого підсилювача, а на діаграмі д з підсилювачем, що демпфує. Фактично ланцюг 2 входить у зворотний зв'язок підсилювача 4. Конкретна реалізація підсилювача залежить від форми виконання частотно-задає ланцюга. Важливо лише, щоб демпфуючий підсилювач разом з частотно-задає ланцюгом утворювали систему з негативним зворотним зв'язком, завдяки чому і забезпечували прискорене згасання коливань в частотно-що задає ланцюга. Якщо частотно-задає ланцюг містить тільки кварцовий резонатор, то демпфуючий підсилювач повинен бути виконаний як коефіцієнт посилення, що інвертує, може бути невеликим. Якщо ж частотний ланцюг створює на робочійчастоті зрушення фази 180 o , то для забезпечення негативного зворотного зв'язку демпфуючий підсилювач повинен бути неінвертуючим, зокрема він може бути виконаний як емітерний (і стоковий) повторювач. Як зазначалося вище, можливі два варіанти включення демпфуючого підсилювача (входом до перемикача або частотно-задає ланцюга). При обох варіантах включення досягається ефект прискорення загасаючих коливань у кварцовому резонаторі.
При реалізації пропонованого генератора блоки, що входять до нього, можуть виконуватися на основі серійних інтегральних схем. Наприклад, блок 1 на ІВ К532ГГ1, блок 3 на ІВ серії 590 або 561 (ключові та комутаторні схеми), блок 4 на ІВ серії К531 (лінеаризований режим логічних схем). Можливе створення спеціалізованої інтегральної схеми, наприклад, на основі базового матричного кристала за КМОП-технологією.
Формування стробуючих імпульсів із заданими часовими співвідношеннями виконується, наприклад, шляхом затримки та логічного підсумовування вихідних та затриманих імпульсів на осередках "І" та "АБО". При цьому на виході комірки "І" виходить вужчий імпульс щодо виходу комірки "АБО", а різниця їх тривалостей визначається величиною затримки.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Старт-стопний генератор електричних коливань, що містить стробований генератор, в ланцюг зворотного зв'язку якого включена частотно-що задає ланцюг з кварцовим резонатором, який відрізняється тим, що в нього введений демпфуючий підсилювач, який включений паралельно частотно-задає ланцюга з кварцовим резонатором , інший вихід якого з'єднаний з входом генератора, що стробується, а керуючий вхід електронного керованого перемикача є входом керуючих імпульсів, тривалість якихменше тривалості інтервалів між стробуючі імпульси.