مذبذب خط التأخير Delay-Line Oscillators

إنّ أبسط نمط لمذبذب خط التأخير عندما يتم إنشاؤه بشكل صحيح، وسوف يتأرجح مع فترة ضعف فترة التأخير لخط التأخير بالضبط، كما يمكن اشتقاق النواتج الإضافية المتعلقة بالتردد مع المنتج الرئيسي ولكنّها تختلف في المرحلة باستعمال صنابير إضافية من داخل خط التأخير.

ما هو مذبذب خط التأخير Delay-Line Oscillators؟

مذبذب خط التأخير “Delay-Line Oscillators”: هو شكل من أشكال المذبذب الإلكتروني الذي يستخدم خط تأخير كعنصر توقيت رئيسي، حيث يتم ضبط الدائرة على التأرجح عن طريق عكس ناتج خط التأخير وتغذية تلك الإشارة مرة أخرى إلى إدخال خط التأخير مع التضخيم المناسب.

كيفية عمل مذبذب خط التأخير Delay-Line Oscillators:

تتألف خطوط التأخير الأولى من مولد منحدر قائم على “RC” ودائرة مقارنة تنقل ناتج خط التأخير عند الوصول إلى مستوى جهد معين لمولد المنحدر، حيث تم إجراء المعايرة في المصنع على مستوى الرقاقة باستخدام الليزر لتفجير سلسلة من الصمامات حتى يتم تحقيق التأخير المطلوب، ولم يكن هناك طريقة لتعويض درجة الحرارة.

والجيل الحالي من الخطوط أكثر تعقيداً، حيث تحتوي خطوط تأخير “Maxim / Dallas” من السيليكون على دائرة جديدة تتكون من خط تأخير يتم التحكم فيه بالجهد “VCDL”، ويستخدم بالاقتران مع دائرة تعويض لتقليل اختلافات التأخير الناتجة عن التغيرات في العملية ودرجة الحرارة والجهد.

وبناء خط تأخير من السيليكون ليس بالأمر الصعب للغاية، أي بوابة منطقية لها تأخير انتشار ويمكن استخدامها كخط تأخير، كما يتمثل الجزء الصعب في بناء خط تأخير يمكن ضبطه بدقة على فترة تأخير محددة تبقى متسقة عبر التغيرات في العملية ودرجة الحرارة والجهد، كما يتطلب تثبيت أوقات التأخير هذه خطة تعويض مستقلة عن هذه المعلمات.

تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في استخدام الملاحظات وتحديد خطأ التأخير واستخدام هذا الخطأ لإنشاء إدخال تصحيحي مرة أخرى في خط التأخير، كما يتطلب هذا طريقة لقياس خطأ التأخير وطريقة للتحكم في وقت التأخير، وهناك طريقة بسيطة للتحكم في وقت التأخير في البوابة المنطقية وهي تغيير جهد الإمداد، حيث كلما زاد الجهد كلما كان التأخير أقصر عبر البوابة.

مطلوب المزيد من العمل لقياس وقت التأخير وتحديد خطأ التأخير، وأسهل طريقة لقياس وقت التأخير هي تحويله إلى شيء يسهل قياسه مثل التردد، حيث إذا أخذت الناتج من خط التأخير اقلبه وأدخله مرة أخرى في مدخلاته، ولديك مذبذب بتردد “1/2 td”، حيث “td” هو إجمالي التأخير عبر خطوط التأخير، وفي هذه الحالة يكون مذبذب يتم التحكم فيه بالجهد “VCO” على أساس “VCDL”.

إذا كان هناك مرجع تردد دقيق وهو ما لم نقم به، فيمكن تنفيذ حلقة مغلقة بالطور لقفل تردد “VCO” على التردد المرجعي ممّا يمنحه نفس الدقة، وهذا ما يسمى حلقة تأمين التأخير “DLL” كما تتوفر مراجع أخرى في عالم السيليكون، مثل مراجع الجهد التي يمكن معايرتها في وقت الإنتاج إلى مستويات دقيقة للغاية.

في الدائرة يتم تغذية ناتج المذبذب مرة أخرى في مقاومة يتحكم فيها الجهد متحيزة بواسطة مصدر تيار ثابت، والمقاومة المتحكمة بها هي في الواقع دائرة مكثف بتبديل لها مقاومة “DC” تتناسب عكسياً مع تردد التغذية المرتدة، ومع زيادة التردد ينخفض ​​الجهد، كما تتم مقارنة هذا الجهد بمرجع جهد ثابت يتكون من مصدر تيار مطابق ومقاومة ثابتة “Rref”، وتتم معايرة “Rfreq” لتتناسب مع خصائص “Rref” على درجة الحرارة والجهد.

يتم ترشيح ناتج المقارنة ويوفر جهد محرك “VCO’fs”، ومع زيادة التردد يتناقص “Vfreq” فيما يتعلق بـ “Vref” ممّا يقلل من جهد المحرك في “VCO” وممّا يقلل التردد، ومع انخفاض التردد يحدث العكس وزيادة التردد، واستقرار التردد يساوي استقرار “Rref”، حيث أنّ “Rref” هو مرجع دقيق مستقر على الجهد ودرجة الحرارة والجهد، كما تجبر حلقة التحكم “Rfreq” على تساوي “Rref”، وتعمل حلقة التحكم هذه أيضاً على إبطال التغييرات في جزء التأخير من الدائرة الناتجة عن الاختلافات في العملية ودرجة الحرارة والجهد.

لكن هذه الدائرة وحدها لا يمكن استخدامها كخط تأخير، حيث إنّها تصنع مذبذباً مستقراً وهي الدائرة المستخدمة في شركة “Dallas Semiconductors Econ Oscillators”، كما إنّ الخلايا المتأخرة الموجودة على نفس قطعة السيليكون ولها خصائص متطابقة تقريباً لخلية التأخير المستخدمة في “VCO”، وإنّ جهد التحكم الذي يتم تغذيته في “VCDL” وتم تكوينه على شكل “VCO” له تأثير مماثل على خلايا التأخير المستقلة الأخرى هذه.

لذلك على الرغم من أنّها تعمل في حلقة مفتوحة، فإنّ جهد التحكم المطبق عليها له نفس التأثير الذي يحدث على خلية التأخير التي تم تكوينها في “VCO”، وممّا يوفر تعويضاً عن التغييرات التي تسببها العملية ودرجة الحرارة والجهد.

يمكن ربط خلايا التأخير الفردية هذه ببعضها البعض وإنشاء خط تأخير مضغوط مثل “DS1100” أو يمكن استخدامها بشكل مستقل كما هي في “DS1135″، كما يستخدم “DS1077 Econ Oscillators” قسم المذبذب فقط بالاقتران مع سلسلة مقسم قابلة للبرمجة لمنح العميل كل مذبذب السيليكون القابل للتكوين، ودمج هذه الدائرة مع “DAC” الذي يتحكم في جهد التحكم في “VCO” ويتم إنتاج مُركب تردد كامل النطاق مثل “DS1085”.

• “RC” هي اختصار لـ “resistor-capacitor”.

• “VCO” هي اختصار لـ “voltage-controlled oscillator”.

• “VCDL” هي اختصار لـ “Voltage Controlled Delay Line”.

• “DC” هي اختصار لـ “direct current”.

• “DAC” هي اختصار لـ “Digital-to-analog converter”.

المذبذبات باستخدام خطوط تأخير SSBW:

تناسب خطوط تأخير ومرنانات “SSBW” بشكل خاص تطبيقات المذبذب، ولتوضيح ذلك فإنّ المذبذبات القائمة على “SSBW”، والتي تستخدم خطوط تأخير التردد الأساسية على “35.5 °” وبالقرب من “AT” تدور حول الكوارتز المقطوع بشكل “Y”، ومع خسارة إدخال لا مثيل لها تبلغ “34 ديسيبل” أسفرت عن “Qs” تتراوح من “2200” إلى “2600”، كما تم الحصول على نفس المدى “Q” باستخدام خطوط تأخير “SSBW” خامس متناسق على “BT-quartz” مع خسارة إدخال مقدارها “35 ديسيبل”.

كما يعمل المذبذب الذي يستخدم هياكل الكوارتز “AT” عند “3.1 جيجاهرتز”، بينما يعمل ذلك باستخدام الكوارتز “BT” وجهاز “SSBW” خامس التوافقي عند “2.2 جيجاهرتز”، كما يُفضل استخدام “BT-quartz” في المواقف التي يوجد فيها تأرجح كبير في درجة الحرارة، حيث كان انزياح التردد لمذبذب “2.2 جيجاهرتز” على مدى درجة حرارة “100 درجة مئوية” و”15 جزء في المليون فقط”.

وهو حوالي 10 عامل أفضل ممّا يمكن تحقيقه باستخدام خطوط تأخير “ST-quartz”، وعلاوةً على ذلك فإنّ ناتج وقت التردد البالغ حوالي “6.8 × 1012” لجهاز “AT” يتجاوز بشكل كبير، وتلك التي تم الإبلاغ عنها لمذبذبات باستخدام خطوط تأخير “SAW”.

• “SAW” هي اختصار لـ “Surface Acoustic Wave”.

• “SSBW” هي اختصار لـ “Surface Skimming Bulk Waves”.

خصائص خطوط تأخير الموجة الضخمة في المذبذب:

يجب أن تتمتع خطوط التأخير المستخدمة ببساطة لتأخير إشارة بوقت تأخير محدد T بالسمات التالية:

• عرض نطاق كبير بما يكفي لتمرير نطاق التردد الكامل للإشارة مع استجابة المرحلة الخطية لتجنب التشويه في المجال الزمني.

• الحد الأدنى من خسارة الإدراج في النطاق المتوسط ​​لتجنب إضعاف النطاق الديناميكي للإشارة أو نسبة الإشارة إلى الضوضاء الخاصة بها.

• التحرر من التداخل الكهربائي والإشارات الزائفة بسبب الانعكاسات غير المرغوب فيها.

• درجة حرارة مناسبة واستقرار زمني للحفاظ على البيانات ضمن تفاوتات التوقيت المحددة.

• بنية بسيطة وقابلية تصنيع وصغر حجمها وتوافقها مع دوائرها الخارجية، لإبقاء التكاليف منخفضة.