一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，其包括：時(shí)鐘模塊、移相模塊、進(jìn)位鏈模塊、組合邏輯模塊、粗時(shí)鐘選通模塊。通過(guò)采用本發(fā)明的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，能有效減少數(shù)字脈沖發(fā)生器的時(shí)鐘頻率要求，大幅減少產(chǎn)生脈沖的成本，避免模擬電路的漂移和電路參數(shù)不一致，特別適合于超短激光器、脈沖寬度調(diào)制通信、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)和高能物理實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】
一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高能物理與粒子物理應(yīng)用、光電子器件和電子科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域，尤其涉及一種超短脈沖的產(chǎn)生方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]亞時(shí)鐘超短脈沖是指脈沖持續(xù)時(shí)間小于時(shí)鐘周期，特別是遠(yuǎn)小于時(shí)鐘周期二分之一的電脈沖，該電脈沖可能含有一定的重復(fù)模式，例如脈沖在周期的任意位置出現(xiàn)一次或多次，重復(fù)周期可以是隨時(shí)間變化的任意數(shù)，或者是兩種或者兩種以上周期的疊加。
[0003]現(xiàn)有的超短電脈沖產(chǎn)生方法主要有:自激振蕩/模擬比較器組合的模擬電路亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器、高時(shí)鐘頻率驅(qū)動(dòng)的數(shù)字脈沖發(fā)生器、超短光脈沖經(jīng)過(guò)光電器件產(chǎn)生的光電超短脈沖三種。自激振蕩/模擬比較器組合的模擬電路亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器由模擬電路搭建而成，在抗噪性、穩(wěn)定性和一致性上有明顯的缺陷，實(shí)際應(yīng)用中難以對(duì)電路進(jìn)行臨時(shí)地更改和校正，因而不適于大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。高時(shí)鐘頻率驅(qū)動(dòng)的數(shù)字脈沖發(fā)生器穩(wěn)定性好，但需要一個(gè)周期和脈沖寬度相比擬的時(shí)鐘源，在脈沖持續(xù)時(shí)間較短時(shí)，將面臨極高的造價(jià)。超短光脈沖經(jīng)過(guò)光電器件產(chǎn)生的光電超短脈沖需要一個(gè)超短激光器和光電轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)架構(gòu)較為復(fù)雜，且脈沖寬度不可以任意調(diào)制。
[0004]由于以上方法通常需要較高的成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，有必要提出一種制備時(shí)間短、器件數(shù)字化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低廉、運(yùn)行費(fèi)用低的可調(diào)超短脈沖發(fā)生裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，該裝置能在低成本和低運(yùn)行成本的條件下，并可由現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(Field Programmable GateArray, FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)直接產(chǎn)生，產(chǎn)生脈沖寬度較短的電脈沖信號(hào)。由于該裝置不需要分立的模擬電路組合，且輸出脈沖寬度和重復(fù)頻率可調(diào)，在實(shí)際系統(tǒng)中具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，包括:時(shí)鐘模塊、移相模塊、進(jìn)位鏈模塊、組合邏輯模塊，粗時(shí)鐘選通模塊，其中:
時(shí)鐘模塊，提供一個(gè)低成本時(shí)鐘頻率；
移相模塊，通過(guò)移動(dòng)相位，獲取兩束頻率一致，相位不同的時(shí)鐘信號(hào)；
進(jìn)位鏈模塊，提供一個(gè)數(shù)字行波傳輸?shù)穆窂剑?br> 組合邏輯模塊，組合數(shù)字行波邏輯，獲得一個(gè)快速的電脈沖；
粗時(shí)鐘選通模塊，通過(guò)設(shè)定原始時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的時(shí)序狀態(tài)機(jī)，選通單時(shí)鐘周期內(nèi)的脈沖，可用于調(diào)節(jié)重復(fù)頻率和重復(fù)模式。
[0007]優(yōu)選地，在上述的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器中，所述的移動(dòng)的相角不能使上升沿和下降沿重合，除此以外的相角都滿足要求。
[0008]優(yōu)選地，在上述的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器中，所述的輸出的脈沖寬度小于時(shí)鐘周期的長(zhǎng)度。
[0009]優(yōu)選地，在上述的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器中，所述的通過(guò)設(shè)計(jì)粗時(shí)鐘選通模塊，輸出的脈沖重復(fù)頻率可大于原始時(shí)鐘，并可以含有一定的模式，例如雙周期模式、三周期模式和多周期模式(周期數(shù)大于3)。
[0010]從上述技術(shù)方案可以看出，通過(guò)采用本發(fā)明的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，能在低成本和低運(yùn)行成本的條件下，產(chǎn)生脈寬小于時(shí)鐘周期的超短脈沖。該裝置可以由現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)直接產(chǎn)生，因而具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(1)低成本:本發(fā)明不需要額外的激光器或者高頻率的時(shí)鐘源及其配套數(shù)字器件；
(2)數(shù)字化穩(wěn)定性:本發(fā)明可全部由數(shù)字器件構(gòu)成，具有數(shù)字電路的可靠性和穩(wěn)定性；
(3)較高的一致性和可重復(fù)性:本發(fā)明的輸出在不同制造個(gè)體間具有較高的一致性和可重復(fù)性；
(4)靈活性:該發(fā)明方法可以靈活地在不同的數(shù)字器件中根據(jù)應(yīng)用的需要做臨時(shí)裁剪；
(5)可控可觀性:該發(fā)明方法可以在設(shè)計(jì)時(shí)靈活地調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)規(guī)模，并對(duì)可能發(fā)生的干擾有較強(qiáng)的偵測(cè)能力。
【附圖說(shuō)明】
[0012]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1為本發(fā)明亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器的流程圖；
圖2為本發(fā)明亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器的裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明公開(kāi)了一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，該裝置能在有限的成本下，產(chǎn)生脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于時(shí)鐘周期的電脈沖序列，并且調(diào)控脈沖出現(xiàn)的相位和模式。
[0015]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器通過(guò)以移相時(shí)鐘在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)制造電信號(hào)跳躍邊沿后，用組合邏輯編程單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間和出現(xiàn)的相位，再用時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)機(jī)編程時(shí)鐘周期以上的脈沖模式，實(shí)現(xiàn)電脈沖序列脈沖寬度、周期、脈沖出現(xiàn)模式的控制，具體的模塊結(jié)構(gòu)為:
時(shí)鐘模塊100，提供一個(gè)低成本時(shí)鐘頻率；
移相模塊200，通過(guò)移動(dòng)相位，獲取兩束頻率一致，相位不同的時(shí)鐘信號(hào)； 進(jìn)位鏈模塊300，提供一個(gè)數(shù)字行波傳輸?shù)穆窂剑?br> 組合邏輯模塊400，組合數(shù)字行波邏輯，獲得一個(gè)快速的電脈沖；
粗時(shí)鐘選通模塊500，通過(guò)設(shè)定原始時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的時(shí)序狀態(tài)機(jī)，選通單時(shí)鐘周期內(nèi)的脈沖，可用于調(diào)節(jié)重復(fù)頻率和重復(fù)模式。
[0017]以上亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器中，所述的移動(dòng)的相角不能使上升沿和下降沿重合，除此以外的相角都滿足要求。
[0018]以上亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器中，所述的輸出的脈沖寬度小于時(shí)鐘周期的長(zhǎng)度。
[0019]以上亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器中，所述的通過(guò)設(shè)計(jì)粗時(shí)鐘選通模塊，輸出的脈沖重復(fù)頻率可大于原始時(shí)鐘，并可以含有一定的模式，例如雙周期模式、三周期模式和多周期模式(周期數(shù)大于3)。
[0020]圖1為本發(fā)明亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器的流程圖；圖2為本發(fā)明亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器的裝置結(jié)構(gòu)圖；結(jié)合圖1、圖2，通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器做進(jìn)一步描述。本發(fā)明提出的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，其涉及到的移相相角、脈沖起始相位、進(jìn)位鏈長(zhǎng)度和步長(zhǎng)、時(shí)鐘周期以上的脈沖重復(fù)模式。此處列出所涉及的應(yīng)用實(shí)施例處理數(shù)據(jù)的參數(shù)。
[0021 ]實(shí)例1:脈沖持續(xù)時(shí)間為1/90的200Mhz重復(fù)頻率的電脈沖此處列出本實(shí)施例1處理數(shù)據(jù)的參數(shù):
時(shí)鐘模塊100采用200Mhz有源時(shí)鐘；
移相模塊200采用FPGA的數(shù)字時(shí)鐘管理器產(chǎn)生移相90度，時(shí)鐘頻率不變的移相時(shí)鐘； 進(jìn)位鏈模塊300采用90階有效長(zhǎng)度進(jìn)位鏈(實(shí)際長(zhǎng)度105階)，每階進(jìn)位鏈為5000/90
ps ；
組合邏輯模塊400采用在1-45階和47-90階的進(jìn)位鏈扇出采用直連緩沖器輸出，在第46階扇出采用第45階和第46階的異或邏輯；
粗時(shí)鐘選通模塊500采用全部直連的方式選通所有脈沖，即不添加任何有效時(shí)序邏輯。
[0022]實(shí)例2:脈沖持續(xù)時(shí)間為1/90的200Mhz時(shí)鐘源重復(fù)周期為10 ns間隔和30 ns間隔交替的電脈沖
此處列出本應(yīng)用實(shí)例2處理數(shù)據(jù)的參數(shù):
時(shí)鐘模塊100采用200Mhz有源時(shí)鐘；
移相模塊200采用FPGA的數(shù)字時(shí)鐘管理器產(chǎn)生移相90度，時(shí)鐘頻率不變的移相時(shí)鐘； 進(jìn)位鏈模塊300采用90階有效長(zhǎng)度進(jìn)位鏈(實(shí)際長(zhǎng)度105階)，每階進(jìn)位鏈為5000/90
ps ；
組合邏輯模塊400采用在1-45階、47-65階和67-90階的進(jìn)位鏈扇出采用直連緩沖器輸出，在第46階扇出采用第45階和第46階的異或邏輯，在66階扇出采用第65階和66階進(jìn)位鏈的異或邏輯；
粗時(shí)鐘選通模塊500采用3位編碼的狀態(tài)機(jī)，在狀態(tài)機(jī)的第2個(gè)狀態(tài)和第8個(gè)狀態(tài)輸出脈沖，而在其他的狀態(tài)掩蓋單周期的脈沖。
[0023]實(shí)例3:脈沖持續(xù)時(shí)間為1/90的200Mhz時(shí)鐘源重復(fù)周期為10 ns間隔和30 ns間隔交替的電脈沖
此處列出本應(yīng)用實(shí)例2處理數(shù)據(jù)的參數(shù): 時(shí)鐘模塊100采用200Mhz有源時(shí)鐘；
移相模塊200采用FPGA的數(shù)字時(shí)鐘管理器產(chǎn)生移相90度，時(shí)鐘頻率不變的移相時(shí)鐘； 進(jìn)位鏈模塊300采用90階有效長(zhǎng)度進(jìn)位鏈(實(shí)際長(zhǎng)度105階)，每階進(jìn)位鏈為5000/90
ps ；
組合邏輯模塊400采用在1-45階、47-65階和67-90階的進(jìn)位鏈扇出采用直連緩沖器輸出，在第46階組合邏輯扇出采用第45階和第46階的異或邏輯，在66階組合邏輯扇出采用第65階和66階進(jìn)位鏈的異或邏輯，在第47階進(jìn)位鏈扇入采用第46階的組合邏輯扇出邏輯，在第67階進(jìn)位鏈扇入采用第66階的組合邏輯扇出邏輯，其余進(jìn)位鏈的扇入均采用前一級(jí)進(jìn)位鏈的扇出；
粗時(shí)鐘選通模塊500采用3位編碼的狀態(tài)機(jī)，在狀態(tài)機(jī)的第2個(gè)狀態(tài)和第8個(gè)狀態(tài)輸出脈沖，而在其他的狀態(tài)掩蓋單周期的脈沖。
[0024]本發(fā)明實(shí)例I是僅用時(shí)鐘跳變編碼超短脈沖在單時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)生的相位，在時(shí)鐘周期以上沒(méi)有采用特殊的狀態(tài)機(jī)制作單時(shí)鐘周期內(nèi)超短電脈沖的掩模，由此產(chǎn)生的超短電脈沖的重復(fù)頻率是等于時(shí)鐘源的頻率的。編制實(shí)例I旨在說(shuō)明粗時(shí)鐘選通模塊500中采取全選通的方式是落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的。
[0025]本發(fā)明實(shí)例2是用時(shí)鐘跳變編碼超短脈沖在單時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)生的相位，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)有兩處不同相位的脈沖，在時(shí)鐘周期以上采用了 3位的狀態(tài)機(jī)制作單時(shí)鐘周期內(nèi)超短電脈沖的掩模，由此產(chǎn)生的超短電脈沖的重復(fù)頻率是兩個(gè)頻率的疊加。編制實(shí)例2旨在說(shuō)明采取特定的粗時(shí)鐘選通模塊500，或者在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)由組合邏輯模塊400編輯亞時(shí)鐘超短脈沖的相位，都是落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的。
[0026]本發(fā)明實(shí)例3是采用時(shí)鐘跳變編碼超短脈沖在單時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)生的相位，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間由組合邏輯和進(jìn)位鏈扇入共同調(diào)控，在時(shí)鐘周期以上采用了 3位的狀態(tài)機(jī)制作單時(shí)鐘周期內(nèi)超短電脈沖的掩模，由此產(chǎn)生的超短電脈沖的重復(fù)頻率是兩個(gè)頻率的疊加。編制實(shí)例3旨在說(shuō)明粗時(shí)鐘選通模塊500中采取特定的方式或者單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)由組合邏輯模塊400編輯亞時(shí)鐘超短脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間是落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的。
[0027]綜上所述，調(diào)節(jié)單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)電脈沖的持續(xù)時(shí)間由組合邏輯模塊400完成，持續(xù)時(shí)間等于進(jìn)位鏈階數(shù)乘以進(jìn)位鏈的步長(zhǎng)。調(diào)節(jié)單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)電脈沖的相位可以由組合邏輯模塊400完成也可以由時(shí)鐘移相模塊200完成。調(diào)節(jié)時(shí)鐘重復(fù)頻率可以由組合邏輯模塊400完成也可以由粗時(shí)鐘選通模塊500完成。
[0028]本發(fā)明涉及數(shù)字可編程器件的應(yīng)用、超快電子學(xué)和電信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種亞時(shí)鐘周期的超短脈沖發(fā)生器。
[0029]通過(guò)采用本發(fā)明的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，能在低成本和低運(yùn)行成本的條件下，產(chǎn)生脈寬小于時(shí)鐘周期的超短脈沖。該裝置可以由現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FieldProgrammable Gate Array, FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable LogicDevice，CPLD)直接產(chǎn)生，因而具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(1)低成本:本發(fā)明不需要額外的激光器或者高頻率的時(shí)鐘源及其配套數(shù)字器件；
(2)數(shù)字化穩(wěn)定性:本發(fā)明可全部由數(shù)字器件構(gòu)成，具有數(shù)字電路的可靠性和穩(wěn)定性；
(3)較高的一致性和可重復(fù)性:本發(fā)明的輸出在不同制造個(gè)體間具有較高的一致性和可重復(fù)性；
(4)靈活性:該發(fā)明方法可以靈活地在不同的數(shù)字器件中根據(jù)應(yīng)用的需要做臨時(shí)裁剪；
(5)可控可觀性:該發(fā)明方法可以在設(shè)計(jì)時(shí)靈活地調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)規(guī)模，并對(duì)可能發(fā)生的干擾有較強(qiáng)的偵測(cè)能力。
[0031]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0032]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，其特征在于包括:時(shí)鐘模塊、移相模塊、進(jìn)位鏈模塊、組合邏輯模塊，粗時(shí)鐘選通模塊，其中: 時(shí)鐘模塊，提供一個(gè)低成本時(shí)鐘頻率； 移相模塊，通過(guò)移動(dòng)相位，獲取兩束頻率一致，相位不同的時(shí)鐘信號(hào)； 進(jìn)位鏈模塊，提供一個(gè)數(shù)字行波傳輸?shù)穆窂剑?組合邏輯模塊，組合數(shù)字行波邏輯，獲得一個(gè)快速的電脈沖； 粗時(shí)鐘選通模塊，通過(guò)設(shè)定原始時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的時(shí)序狀態(tài)機(jī)，選通單時(shí)鐘周期內(nèi)的脈沖，可用于調(diào)節(jié)重復(fù)頻率和重復(fù)模式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，其特征在于:移動(dòng)的相角不能使上升沿和下降沿重合，除此以外的相角都滿足要求。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，其特征在于:輸出的脈沖寬度小于時(shí)鐘周期的長(zhǎng)度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞時(shí)鐘超短脈沖發(fā)生器，其特征在于:通過(guò)設(shè)計(jì)粗時(shí)鐘選通模塊，輸出的脈沖重復(fù)頻率可大于原始時(shí)鐘，并可以含有一定的模式，例如雙周期模式、三周期模式和多周期模式(周期數(shù)大于3)。
【文檔編號(hào)】G06F1/08GK105871357SQ201610154977
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】鄧貞宙, 謝慶國(guó)
【申請(qǐng)人】南京瑞派寧信息科技有限公司