ISSN 0021-3454 (печатная версия)
ISSN 2500-0381 (онлайн версия)
Меню

1
Содержание
том 62 / ЯНВАРЬ, 2019
СТАТЬЯ

DOI 10.17586/0021-3454-2019-62-1-5-22

УДК 53.083.92 : 621.3.084

КОЛЬЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ В ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ИНФОРМАЦИИ

Чулков В. А.
Пензенская государственная технологическая академия, кафедра вычислительных машин и систем; профессор;


Аннотация. Представлен обзор разработок кольцевых генераторов импульсов для цифро-вых измерительных преобразователей в интегральном исполнении, в том числе на базе программируемых пользователем вентильных матриц. Представлены базовые структуры кольцевых генераторов импульсов и варианты схем их каскадов с возможностью управления временем задержки и, следовательно, стабилизации и регулирования частоты импульсов. Описаны способы и варианты технической реализации цифровой и аналоговой перестройки частоты колебаний с применением опережающей интерполяции. Выработаны рекомендации по построению преобразователей время—код на основе программируемой пользователем вентильной матрицы.
Ключевые слова: время, интервал, кольцевой генератор, фазовая интерполяция, элемент за-держки, дискретизация времени

Список литературы:
  1. Рахтор Т. С. Цифровые измерения. АЦП/ЦАП: Пер. с англ. М.: Техносфера, 2006. 376 с.
  2. Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1973. 278 с.
  3. Топильский В. Б. Cхемотехника аналого-цифровых преобразователей. М.: Техносфера, 2014. 288 c.
  4. Mandal M. K., Sarkar B. C. Ring oscillators: Characteristics and applications // Indian Journal of Pure & Applied Physics. 2010. Vol. 48. P. 136—145.
  5. Чулков В. А. Интерполирующие преобразователи время—код // Автометрия. 2008. Т. 44, № 6. C. 116—127.
  6. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 535 c.
  7. Раннев Г. Г., Тарасенко А. П. Методы и средства измерений: Учебник для вузов. М.: Изд. центр „Академия“, 2004. 336 с.
  8. Чулков В. А. Управляемые генераторы импульсов с селекцией опорной фазы // Радиотехника. 2002. № 10. С. 51—55.
  9. Чулков В. А. Генераторы импульсов с фазовым субквантованием // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. Т. 47, № 8. С. 28—34.
  10. Чулков В. А. Интерполирующие устройства синхронизации и преобразователи информации. М.: Физматлит, 2010. 324 с.
  11. Чулков В. А. Устройства синхронизации с элементами фазовой интерполяции // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 9. C. 53—57.
  12. Бутаев М. М., Чулков В. А. Управляемые КМОП элементы задержки для интерполирующих преобразова-телей информации // Вопр. радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. 2010. Вып. 5. С. 130—140.
  13. Чулков В. А. Нестеренко С. А. Локальная фазовая интерполяция в технике преобразования информации // XI Междунар. науч.-техн. конф. „Новые информационные технологии и системы“: Сб. науч. статей. Пенза: Изд-во ПГУ, 2014. С. 22—24.
  14. Пат. 2260830 РФ. Устройство для измерения интервала времени / В. А. Чулков. Опубл. 20.09.2005. Бюл. № 26.
  15. Чулков В. А., Медведев А. В. Интерполирующий преобразователь время—код на ПЛИС // Приборы и техника эксперимента. 2009. № 6. С. 31—35.
  16. Бирюков С. А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП. М.: ДМК Пресс, 2006. 240 с.
  17. Брага Н. С. Проекты и эксперименты с КМОП микросхемами: Учеб. пособие: Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2010. 248 с.
  18. Docking S., Sachdev M. An analytical equation for the oscillation frequency of high-frequency ring oscillators // IEEE Journal of Solid State Circuits. 2004. Vol. 39, N. 3. P. 533—537.
  19. Docking S., Sachdev M. A method to derive an equation for the oscillation frequency of a ring oscillator // IEEE Transact. on Circuits and Systems I. 2003. Vol. 50. P. 259—264.
  20. Weigandt T., Kim B., Gray P. Analysis of timing jitter in CMOS ring oscillators // Proc. of IEEE Intern. Symp. Circuits and Systems (ISCAS). 1994. P. 27—30.
  21. McNeill J. Jitter in ring oscillators // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1997. Vol. 32, N 6. P. 870—879.
  22. Hajimiri A., Lee T.H. A general theory of phase noise in electrical oscillators // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1998. Vol. 33, N 2. P. 179—194.
  23. Hajimiri A., Limotyrakis S., Lee T. Jitter and phase noise in ring oscillators // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1999. Vol. 34, N 6. P. 790—804.
  24. Abidi A. A. Phase noise and jitter in cmos ring oscillators // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2006. Vol. 41, N 8. P. 1803—1816.
  25. Корн Г. А., Корн Т. М. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы. М.: Наука, 1984. 831 с.
  26. Beek R. C. H., Klumperink E. A. M., Vaucher C. S., Nauta B. On jitter due to delay cell mismatch in DLL-based clock multipliers // Proc. of IEEE Intern. Symp. on Circuits and Systems. 2002. Vol. 2. P. 396—399.
  27. Преснухин Л. Н., Воробьев Н. В., Шишкевич А. А. Расчет элементов цифровых устройств: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1991. 525 с.
  28. Jovanovic G., Stojcev M., Stamenkovic Z. A CMOS voltage controlled ring oscillator with improved frequency stability // Scientific Publications of the State University of Novi Pazar. Ser. A: Applied Math. Informatics and Mechanics. 2010. Vol. 2, N 1. P. 1—9.
  29. Linear Technology — Design Simulation and Device Models [Электронный ресурс]: , 24.03.2018.
  30. Нестеренко С. А., Чулков В. А. Управляемый кольцевой генератор импульсов // Изв. вузов. Приборо¬строение. 2013. Т. 56, № 10. С. 58—63.
  31. Пат. 2170490 РФ. Генератор импульсов с цифровой перестройкой периода / В. А. Чулков. Опубл. 10.07.2001. Бюл. № 19.
  32. Чулков В. А. Управляемые кольцевые генераторы импульсов в технике синхронизации // Изв. вузов. Поволжский регион. Технические науки. 2017. № 1(41). С. 30—42.
  33. Maneatis J. G., Horowitz M. A. Precise delay generation using coupled oscillators // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1993. Vol. 28, N 12. P. 1273—1282.
  34. Pat. 5717362 USA. Array Oscillator Circuit / J. G. Maneatis, M. A. Horowitz. Publ. 10.02.1998.
  35. Lee S.-J., Kim B., Lee K. A novel high-speed ring oscillator for multiphase clock generation using negative skewed delay scheme // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1997. Vol. 32, N 2. P. 289—291.
  36. Straayer M. Z., Perrott M. H. A multi-path gated ring oscillator TDC with first-order noise shaping // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2009. Vol. 44, N 4. P. 1089—1098.
  37. Park Y. S., Han P. S., Choi W. Y. Linear analysis of feedforward ring oscillators // IEICE Transact. on Electronics. 2010. Vol. E93-C, N 9. P. 1467—1470.
  38. Pyung-Su Han. Analysis of Feedforward Ring Oscillators and Its Application to High-Speed Multiphase Clock Generation: Ph. D. Dis. [Электронный ресурс]: , 20.06.2018.
  39. Sun L., Kwasniewski T. A. A 1.25-GHz 0.35-μm monolithic CMOS PLL based on a multiphase ring oscillator // IEEE Journal of Solid-state Circuits. 2001. Vol. 36, N 6. P. 910—916.
  40. Baker R. J. CMOS: circuit design, layout, and simulation // IEEE Press Series on Microelectronic Systems. 2010. 1208 p.
  41. Модели МОП приборов [Электронный ресурс]: , 24.03.2018.
  42. Стешенко В. Б. ПЛИС фирмы „ALTERA“. Элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. М.: ДМК–Пресс, 2015. 576 с.
  43. Maiti A., Schaumont P. Improved ring oscillator PUF: An FPGA-friendly secure primitive // J. of Cryptology. 2011. Vol. 24, is. 2. P. 375—397.
  44. Jairo-Leon J., Boemo E., Castillo E., Parrilla E. Ring oscillators as thermal sensors in FPGAs: Experiments in low voltage // Proc. VI Southern Programmable Logic Conf. (SPL), IEEE Press. March, 2010. P. 133—137.
  45. Ugur C., Koening W., Michel J., Palka M., Traxler M. Field programmable gate array based data digitisation with commercial elements // Topical Workshop on Electronics for Particle Physics, 17—21 Sept., 2012. Oxford, U.K. [Электронный ресурс]: , 24.03.2018.
  46. Bratov V., Katzman V., Binkley J. Sub-picosecond resolution time-to-digital converter [Электронный ресурс]: , 24.03.2018.
  47. Chen C., Meng S., Xia Z., Fang G., Yin H. An FPGA-integrated time-to-digital converter based on a ring oscillator for programmable delay line resolution measurement // J. of Electrical and Computer Engineering. 2014. Vol. 2014. P. 1—5. [Электронный ресурс]: , 24.03.2018.
  48. Медведев А. В., Чулков В. А. Кольцевые генераторы импульсов на ПЛИС // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. T. 52, № 12. С. 50—53.
  49. Song J., An Q., Liu S. A High-resolution time-to-digital converter implemented in field-programmable-gate-arrays // IEEE Transact. on Nuclear Science. 2006. Vol. 53, N 1. P. 236—241.
  50. Zhang M., Wang H., Liu Y. A 7.4 ps FPGA-based TDC with a 1024-unit measurement matrix // Sensors. 2017. Vol. 17. P. 865 [Электронный ресурс]: , 24.03.2018.
  51. Пат. 2546075 РФ. Цифровой измерительный преобразователь интервала времени / В. А. Чулков. Опубл. 10.04.2015. Бюл. № 10.