4. Разработка принципиальной схемы генератора тактовых импульсов
На выходе генератора тактовых импульсов необходимо получить двуполярные последовательности всех видов импульсов, входящих в состав управляющих напряжений для ПЗС. Исходя из необходимости обеспечения фазовых сдвигов импульсов управления секциями накопления, памяти и нижнего выходного однострочного регистра, задающий генератор следует проектировать на частоте в три раза выше требуемой. Самыми высокочастотными являются тактовые импульсы выходного регистра, поэтому задающий генератор должен вырабатывать импульсы с частотой равной утроенной частоте тактовых импульсов выходного регистра:
МГц.
Данный задающий генератор должен вырабатывать следующую последовательность импульсов:
1. Импульсы управления секцией накопления:
- импульсы параллельного переноса зарядов из секции накопления в секцию памяти;
- импульсы с кадровой частотой
- кадровые гасящие импульсы;
2. Импульсы управления секцией памяти:
- кадровые гасящие импульсы;
- импульсы сдвига по секции памяти;
- строчные гасящие импульсы;
- импульсов переноса из секции памяти в секцию нижнего однострочного выходного регистра;
3. Импульсы управления секцией нижнего однострочного выходного регистра:
- кадровые гасящие импульсы;
- строчные гасящие импульсы;
- импульсы выходного регистра;
4. Импульсы управления выходным устройством:
- строчные гасящие импульсы;
- импульсы выходного регистра;
- кадровые гасящие импульсы;
Данные последовательности можно получить при помощи делителей частоты. Наиболее часто для синтеза делителей используются счётчики. Комбинированное включение счётчиков позволяет добиться необходимого коэффициента деления выходной частоты.
Структурная схемы формирования сетки частот при помощи задающего генератора (ЗГ) и делителей частоты (ДЧ) представлена в приложении Б на рисунке Б.1.
Таким образом необходимо синтезировать пять делителей частоты. Сначала необходимо синтезировать делители частоты с наименьшими коэффициентами деления, а затем пользуясь методом комбинирования счётчиков получить более сложные делители.
Делитель частоты на два состоит из одного JK- триггера[3] . Используя временные диаграммы (в приложении Б на рисунке Б.2), можно синтезировать схему делителя. Схема делителя представлена в приложении Б на рисунке Б.3.
Далее синтезируем делитель частоты на три. Он состоит из двух JK триггеров. Схема делителя частоты на три представлена в приложении Б на рисунке Б.4.
Делитель частоты с коэффициентом деления равным четырем состоит из двух JK – триггеров. Схема делителя частоты на двадцать представлена в приложении В на рисунке В.5.
Делитель частоты с коэффициентом деления равным 5 состоит из трех JK – триггеров (рисунок 4.6).
Делитель на 50 состоит из двух схем делителей на пять и одной схемы делителя на два. Делитель на 57 состоит из схем делителей на девятнадцать и схемы делителя на три. Делитель на 890625 состоит из двух схем делителей на сто двадцать пять , одной схемы делителя на девятнадцать и одной схемы делителя на три.
Для получения последовательностей СГИ и КГИ воспользуемся ждущим мультивибратором. В ждущем режиме[4] генератор имеет одно устойчивое состояние равновесия. Внешний запускающий импульс вызывает скачкообразный переход ждущего генератора в новое состояние, которое не является устойчивым. В этом состоянии, называемом квазиравновесным, или временно устойчивым, в схеме генератора происходят относительно медленные изменения , которые в конечном итоге приводят к обратному скачку, после чего восстанавливается исходное устойчивое состояние . Длительность состояния квазиравновесия, определяющая длительность генерируемого прямоугольного импульса, зависит от параметров схемы генератора.
Мы будем использовать ждущий мультивибратор с времязадающей дифференцирующей RC-цепью (приложение Б на рисунке Б.7). Сопротивление возьмем равным R=250 Ом.
Нам
нужно получить импульсы СГИ и КГИ
длительностью соответственно
=13,47368421
мкс и
=1.010526316
мс.
tи=C(R+Rвых1)ln(
),
С=
ln(
)]
,
где Rвых1- выходное сопротивление DD1.1,
Uпор2- пороговый уровень напряжения переключения элемента DD1.2,
Uвх2- напряжение отпирания элемента DD1.2.
Рассчитаем значение емкости для схемы ждущего мультивибратора вырабатывающего СГИ:
С=
=170.84 нФ
Рассчитаем значение емкости для схемы ждущего мультивибратора вырабатывающего КГИ:
С=
=12.81
мФ
В качестве задающего генератора можно использовать симметричный мультивибратор (рисунок 4.8). Схема имеет два динамических состояния. В первом из них, когда на выходе DD66 состояние лог. "1" (выход DD67 лог. "0"), конденсатор С7 заряжается. В процессе заряда напряжение на входе инвертора DD66 возрастает, и при достижении значения Uпор=0,51Uпит происходит скачкообразный переход во второе динамическое состояние, в котором на выходах DD66 лог. "0", DD67 — "1". В этом состоянии происходит перезаряд емкости (разряд) током обратного направления. При достижении напряжения на С7 Uпop происходит возврат схемы в первое динамическое состояние. Диаграмма напряжений поясняет работу (приложение Б на рисунке Б.9). резистор R37 является ограничительным, и его сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, а чтобы он не влиял на расчетную частоту, номинал резистора R36 выбираем значительно больше R37 (R37<0,01R36). При использовании неполярного конденсатора С7 длительность импульсов (tи) и пауза (t0) будут одинаковыми: tи=to=0,7R36C7. Полный период T=1,4R36C1. Сопротивление R36 примем равным 100 кОм, тогда R37 = 1кОм, далее найдем емкость С7.
С7=
=
= 3.20802005∙10-12
,Ф
Где
tи
=
=
=
2.245614035∙10-8 ,с