Generador de retardo digital

Un generador de retardo digital (también conocido como convertidor digital a tiempo ) es un equipo de prueba electrónico que proporciona retardos precisos para activar, sincronizar, retrasar y activar eventos. Estos generadores se utilizan en muchos experimentos, controles y procesos donde se necesita la sincronización electrónica de un solo evento o múltiples eventos con una referencia de sincronización estándar. El generador de retardo digital puede iniciar una secuencia de eventos o ser activado por un evento. Lo que lo diferencia de la sincronización electrónica ordinaria es la sincronicidad de sus salidas entre sí y con el evento iniciador.

Un convertidor de tiempo a digital realiza la función inversa.

El generador de retardo digital es similar a un generador de pulsos en su función, pero la resolución de tiempo es mucho más fina y la fluctuación del retardo y del ancho es mucho menor.

Algunos fabricantes, que denominan a sus unidades "generadores de pulsos y retardo digitales", han añadido un control de nivel y polaridad de amplitud independiente a cada una de sus salidas, además del control de retardo y ancho. Ahora, cada canal proporciona su propio control de retardo, ancho y amplitud , con el disparo sincronizado con una fuente externa o un generador de frecuencia de repetición interno, como un generador de pulsos de uso general .

Algunos generadores de retardo proporcionan retardos precisos (bordes) para activar dispositivos. Otros proporcionan retardos y anchos precisos también para permitir una función de compuerta. Algunos generadores de retardo proporcionan un solo canal de temporización, mientras que otros proporcionan múltiples canales de temporización.

Las salidas de los generadores de retardo digitales suelen ser de nivel lógico, pero algunos ofrecen voltajes más altos para hacer frente a entornos con interferencias electromagnéticas . Para entornos muy hostiles, algunos fabricantes también ofrecen como opciones salidas y/o entradas ópticas con conectores de fibra óptica . En general, un generador de retardo funciona en un entorno de línea de transmisión de 50 Ω con la línea terminada en su impedancia característica para minimizar las reflexiones y las ambigüedades de sincronización.

Históricamente, los generadores de retardo digitales eran dispositivos de un solo canal con retardo únicamente (consulte la referencia DOT a continuación). Ahora, las unidades multicanal con retardo y compuerta de cada canal son la norma. Algunas permiten hacer referencia a otros canales y combinar la sincronización de varios canales en uno para aplicaciones más complejas de activación múltiple. Se pueden activar y activar múltiples láseres y detectores. (Consulte la segunda referencia sobre "Estudio experimental de la ignición láser de una mezcla de metano/aire mediante fluorescencia inducida por láser planar de OH.)" Otro ejemplo tiene un canal que bombea un láser con una cantidad seleccionada por el usuario de pulsos de lámpara de destello . Se puede utilizar otro canal para conmutar Q ese láser. Luego, se puede utilizar un tercer canal para activar y activar un sistema de adquisición de datos o de imágenes en un momento determinado después de que se dispare el láser. (Consulte la referencia de sensorsportal.com a continuación)

La selección de pulsos o la selección de pulsos de un solo pulso láser de una corriente de pulsos láser generados mediante bloqueo de modo es otra característica valiosa de algunos generadores de retardo. Al utilizar la frecuencia bloqueada por modo como un reloj externo para el generador de retardo digital, se puede ajustar un retardo y un ancho para seleccionar un solo pulso y sincronizar otros eventos con ese solo pulso.

Un generador de retardo también puede retardar y activar fotodetectores de alta velocidad en aplicaciones de imágenes de alta velocidad. (ver la referencia sobre fotografía de alta velocidad a continuación)

Los generadores de retardo digitales suelen ser el núcleo de la sincronización de sistemas y experimentos más grandes. Los usuarios generalmente crean una interfaz gráfica de usuario GUI para proporcionar un control único a todo el sistema o experimento. Los fabricantes de generadores de retardo digitales han agregado esquemas de programación remota que facilitan la creación de dichas GUI. Los estándares de la industria como GPIB , RS-232 , USB y Ethernet están disponibles de una variedad de fabricantes.

La dinámica de fluidos experimental utiliza generadores de retardo digitales para investigar el flujo de fluidos. El campo de PIV, velocimetría de imágenes de partículas , abarca varios subconjuntos que utilizarían generadores de retardo digitales como el componente principal de su sincronización donde se pueden activar múltiples láseres. Múltiples canales pueden activar varios láseres. También se puede multiplexar la sincronización de varios canales en un canal para activar o incluso activar el mismo dispositivo varias veces. Un solo canal puede activar un láser o activar una cámara con múltiples pulsos multiplexados. Otra configuración útil es tener un canal que active lámparas de flash una cantidad preestablecida de veces, seguido de un solo interruptor Q, seguido de un retardo y una compuerta para el sistema de adquisición de datos o de imágenes.

El retardo negativo está disponible con generadores de retardo digitales que pueden seleccionar otro canal como referencia. Esto sería útil para aplicaciones en las que un evento debe ocurrir antes de la referencia. Un ejemplo sería permitir la apertura de un obturador antes de la referencia.

Se ha utilizado un generador de retardo digital en espectrometría de masas. ^[1]

Un nuevo desarrollo son los generadores de retardo digitales que tienen compuerta y activación externa, capacidades de activación dual o múltiple. La compuerta permite al usuario habilitar salidas y/o activadores con una señal electrónica. Algunas unidades tienen capacidades de compuerta o activación mediante conectores individuales o separados. Los generadores de retardo digitales de activación dual o múltiple tienen varios activadores de entrada. Estos activadores se pueden usar de forma selectiva para activar cualquiera o todos los canales.

Las versiones con disparadores múltiples tienen una funcionalidad de tipo controlador lógico programable para incorporar enclavamientos, pestillos, ajuste de retardo dinámico y supresión de ruido de disparador. Los disparadores se forman combinando lógicamente las entradas y salidas en formas And, Or, Xor y Negated.

Las aplicaciones LIDAR utilizan generadores de retardo digitales. Se utiliza un canal para activar un láser. Un segundo canal proporciona una compuerta retardada para el sistema de adquisición de datos . La compuerta permite procesar y almacenar regiones de interés mientras se ignora la mayor parte de los datos no deseados.

Los generadores de retardo digital de doble disparador proporcionan dos generadores de retardo digital disparados independientemente en un solo paquete. Dado que los generadores de retardo digital de sobremesa ahora son multicanal, es posible tener dos o más disparadores de entrada y seleccionar los canales que responden a cada disparador. Un concepto interesante para proporcionar capacidad de doble disparador convierte un instrumento con entradas de disparador y compuerta independientes para permitir que la compuerta funcione como un segundo disparador.

Una cuestión fundamental en el diseño de los DDG es generar retardos activados que tengan la precisión de un oscilador de cristal pero que no estén cuantificados en los bordes del oscilador de referencia. Existen varias técnicas que se utilizan en la generación de retardos digitales.

• El esquema más sencillo utiliza un contador digital y un oscilador de cristal de funcionamiento libre para cronometrar intervalos con ambigüedad de 1 reloj, lo que da como resultado una fluctuación de borde de salida de un período de reloj pico a pico en relación con un disparador asincrónico. Esta técnica se utiliza en los instrumentos Quantum Composers y Berkeley Nucleonics.
• Los osciladores de cristal, LC o de línea de retardo activados pueden iniciarse en el momento del disparo y contarse para realizar retardos gruesos, seguidos de un retardo fino analógico o "vernier" para interpolar entre períodos de reloj. Una mejora es utilizar un bucle de enganche de fase para bloquear el oscilador activable a un oscilador de cristal de funcionamiento continuo más preciso utilizando una técnica que conserva la alineación del disparador original. El sintetizador de tiempo clásico Hewlett Packard 5359A utilizaba un oscilador de línea de retardo ECL activado sincronizado con un oscilador de cristal utilizando una técnica de enganche de fase heterodino; la técnica se utilizó posteriormente en varios generadores de retardo de Berkeley Nucleonics y LeCroy. Highland Technology utiliza un oscilador LC activado y un esquema de enganche de fase DSP. Se puede lograr una fluctuación por debajo de diez ps RMS en relación con un disparador externo.
• Es posible diseñar un generador de retardo de rampa analógico que abarque un rango de retardo de algunas decenas de nanosegundos utilizando una fuente de corriente para cargar un condensador. A continuación, se puede suspender la corriente de rampa durante un número entero de ciclos, tal como lo cronometra un oscilador de cristal. La congelación de la rampa extiende el rango de retardos sin necesidad de sincronizar el oscilador con el disparador. Esta técnica se describe en la patente estadounidense 4.968.907 y se utilizó en el instrumento de recuperación de señal. Es posible lograr una baja fluctuación de retardo, pero la corriente de fuga se convierte en un importante contribuyente a errores en los retardos del rango de milisegundos.
• Se puede utilizar un sincronizador de doble rango basado en flip-flop para sincronizar un disparador externo con un generador de retardo basado en contador, como en el caso (1) anterior. Entonces es posible medir la desviación entre el disparador de entrada y el reloj local y ajustar el retardo vernier disparo por disparo, para compensar la mayor parte de la fluctuación entre el disparador y el reloj. Se puede lograr una fluctuación de decenas de picosegundos RMS con una calibración cuidadosa. Stanford Research Systems utiliza esta técnica.

• Controlador lógico programable
• Convertidor de tiempo a digital

• Simulador de velocidad objetivo basado en un generador de retardo digital - Departamento de Transporte de EE. UU. DOT HS 809 811 Sección 4.10.
• "Estudio experimental de la ignición láser de una mezcla de metano y aire mediante fluorescencia de OH inducida por láser planar"
• "Medición de la fuerza local en una capa límite turbulenta utilizando PIV"
• http://www.sensorsportal.com/HTML/DIGEST/february_06/Pulse_Generator.htm
• "Láseres de rubí pulsados ​​repetidamente como fuentes de luz para aplicaciones de fotografía de alta velocidad"
• "Módulo detector de fotón único"
• "Teledetección lidar"
• "Generador de secuencia programable con múltiples salidas" ^{[ enlace muerto permanente ‍ ]}
• Barnett, Cleon; Cahoon, Erica; Almirall, José R. (2008). "Dependencia de la longitud de onda en el análisis elemental del vidrio mediante espectroscopia de ruptura inducida por láser". Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy . 63 (10): 1016– 1023. doi :10.1016/j.sab.2008.07.002.
• "Sincronización de sincrotrón: múltiples canales"

• http://www.berkeleynucleonics.com/resources/575_Multiplexing(1).pdf "Sincronización, retardo y activación de múltiples trenes de pulsos"
• https://www.keysight.com/es/pd-1000001406%3Aepsg%3Apro-pn-5359A/time-synthesizer?nid=-536900193.536882162&cc=US&lc=eng
• http://www.quantumcomposers.com/
• http://www.greenfieldtechnology.com/
• http://www.signalrecovery.com/9650Apage.htm
• http://www.thinksrs.com/products/DG645.htm
• http://www.highlandtechnology.com/DSS/T560DS.html
• http://zone.ni.com/devzone/cda/epd/p/id/6131 Basado en FPGA