基于CPLD器件的單穩(wěn)態(tài)脈沖展寬電路的設(shè)計(jì)

　　在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，當(dāng)需要將一輸入的窄脈沖信號(hào)展寬成具有一定寬度和精度的寬脈沖信號(hào)時(shí)，往往很快就想到利用54HC123或54HC4538等單穩(wěn)態(tài)集成電路。這一方面是因?yàn)檫@種專用單穩(wěn)態(tài)集成電路簡(jiǎn)單、方便；另一方面是因?yàn)閷?duì)輸出的寬脈沖信號(hào)的寬度、精度和溫度穩(wěn)定性的要求不是很高。當(dāng)對(duì)輸出的寬脈沖信號(hào)的寬度、精度和溫度穩(wěn)定性的要求較高時(shí)，采用常規(guī)的單穩(wěn)態(tài)集成電路可能就比較困難了。眾所周知，專用單穩(wěn)態(tài)集成電路中的寬度定時(shí)元件R、C是隨溫度、濕度等因素變化而變化的，在對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)，調(diào)試過程相當(dāng)繁瑣，而且，電路工作的可靠性亦不高。對(duì)于從事數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作的人員來說，最頭痛和最擔(dān)心的，恐怕就是對(duì)單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試了。

　　隨著電子技術(shù)特別是數(shù)字集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，市面上出現(xiàn)了FPGA、CPLD等大規(guī)模數(shù)字集成電路，并且其工作速度和產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。利用大規(guī)模數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)常規(guī)的單穩(wěn)態(tài)集成電路所實(shí)現(xiàn)的功能，容易滿足寬度、精度和溫度穩(wěn)定性方面的要求，而且實(shí)現(xiàn)起來容易得多。下面，筆者就如何在大規(guī)模數(shù)字集成電路中將輸入的窄脈沖信號(hào)展寬成具有一定寬度和精度的寬脈沖信號(hào)做一詳細(xì)介紹。

　　1 基于CPLD器件的單穩(wěn)態(tài)脈沖展寬電路

　　在眾多的CPLD器件中，Lattice公司在GAL基礎(chǔ)上利用isp技術(shù)開發(fā)出了一系列ispLSI在線可編程邏輯器件(以下簡(jiǎn)稱isp器件)，其原理和特點(diǎn)在許多雜志上早有報(bào)道，而且國(guó)內(nèi)已有相當(dāng)多的電路設(shè)計(jì)人員非常熟悉。Lattice公司的isp器件給筆者印象最深的是其工作的可靠性比較高。圖1即是一種將輸入的窄脈沖信號(hào)展寬成具有一定寬度和精度的寬脈沖信號(hào)的電路原理圖。

　　圖中，TR為輸入的窄脈沖雷達(dá)信號(hào)；CP為輸入的系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖信號(hào)；Q即是單穩(wěn)態(tài)脈沖展寬電路輸出的寬脈沖信號(hào)。圖中的單元電路符號(hào)D1既是展寬脈沖的前沿產(chǎn)生電路，又是展寬脈沖寬度形成電路；D2、D3是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，主要用作展寬脈沖的寬度控制電路。根據(jù)對(duì)脈沖寬度的不同要求，可以采用不同位數(shù)的二進(jìn)制或其它進(jìn)制的計(jì)數(shù)器 (這里，脈沖寬度的設(shè)計(jì)值是3.2μs，而CP脈沖的周期值是0.1μs)；D4是展寬脈沖后沿產(chǎn)生電路，當(dāng)計(jì)數(shù)器D3的進(jìn)位輸出端NQ為＂高＂，且CP脈沖的上升沿到達(dá)時(shí)，D4輸出端輸出一正向脈沖信號(hào)，經(jīng)D5送至D1的CD"清零"端，從而結(jié)束了一個(gè)窄脈沖信號(hào)的展寬過程，從D1的Q輸出端輸出一完整的展寬脈沖信號(hào)。同時(shí)，D5的輸出信號(hào)還送至D2、D3的CD"清零"端，將其"清零"后，等待下一個(gè)窄脈沖的到來。從圖1所示的電路原理圖中可以看到，通常可以將D3的進(jìn)位輸出信號(hào)NQ直接送入D5輸入端，作為D1、D2、D3的"清零" 脈沖信號(hào)。

　　但從圖2所示的時(shí)序仿真波形中可以看到，D3的進(jìn)位輸出NQ波形中，除有正常的進(jìn)位脈沖信號(hào)輸出外，在其前面還有寬度和數(shù)量不等的干擾窄脈沖。如果將NQ脈沖經(jīng)D5后直接作為D1的"清零"信號(hào)，則展寬脈沖的寬度將受干擾窄脈沖的影響而不穩(wěn)定，因?yàn)閕sp器件中觸發(fā)器的"清零"操作過程是異步進(jìn)行的。采用D4后，只有與計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖具有同步關(guān)系的那個(gè)進(jìn)位脈沖，才能在D4的輸出端形成"清零"脈沖。這樣就完全排除了那些干擾窄脈沖的影響，從而保證了展寬脈沖寬度的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。圖2是這種脈沖展寬的時(shí)序仿真波形圖。所用的器件是Lattice公司的ispLSI1032/883-64PIN的PGA封裝器件。