Generador de retardo digital

Un generador de retardo digital (también conocido como convertidor digital-temporal ) es un equipo de prueba electrónico que proporciona retardos precisos para activar, sincronizar, retrasar y controlar eventos. Estos generadores se utilizan en numerosos experimentos, controles y procesos donde se requiere la temporización electrónica de uno o varios eventos con respecto a una referencia de tiempo estándar. El generador de retardo digital puede iniciar una secuencia de eventos o ser activado por un evento. Lo que lo diferencia de la temporización electrónica convencional es la sincronización de sus salidas entre sí y con el evento que la inicia.

Un convertidor de tiempo a digital realiza la función inversa.

El generador de retardo digital es similar a un generador de pulsos en su funcionamiento, pero la resolución temporal es mucho más precisa y la fluctuación del retardo y del ancho de banda es mucho menor.

Algunos fabricantes, que denominan a sus unidades "generadores digitales de retardo y pulsos", han añadido control independiente de amplitud, polaridad y nivel a cada una de sus salidas, además del control de retardo y ancho. Ahora, cada canal proporciona su 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 (flancos) para activar dispositivos. Otros proporcionan retardos y anchos exactos para permitir una función de compuerta. Algunos generadores de retardo ofrecen un único canal de temporización, mientras que otros ofrecen múltiples canales.

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

Históricamente, los generadores de retardo digital eran dispositivos monocanal con retardo únicamente (véase la referencia DOT más abajo). Actualmente, las unidades multicanal con retardo y puerta de activación para cada canal son la norma. Algunas permiten referenciar otros canales y combinar la temporización de varios canales en uno solo para aplicaciones de disparo múltiple más complejas. Se pueden activar y controlar varios láseres y detectores (véase la segunda referencia sobre "Estudio experimental de la ignición láser de una mezcla de metano/aire mediante fluorescencia planar inducida por láser de OH"). Otro ejemplo consiste en un canal que bombea un láser con un número de pulsos de lámpara de destello seleccionado por el usuario . Otro canal puede utilizarse para la conmutación Q de dicho láser. Un tercer canal puede utilizarse para activar y controlar un sistema de adquisición de datos o de imágenes en un momento determinado después del disparo del láser (véase la referencia sensorsportal.com más abajo).

La selección de pulsos, o la elección de un único pulso láser dentro de una secuencia de pulsos láser generados mediante sincronización de modos, es otra característica valiosa de algunos generadores de retardo. Utilizando la frecuencia de sincronización de modos como reloj externo para el generador de retardo digital, se puede ajustar el retardo y la duración para seleccionar un único pulso y sincronizar otros eventos con dicho pulso.

Un generador de retardo también puede retardar y controlar fotodetectores de alta velocidad en aplicaciones de imagen de alta velocidad. (Véase la referencia sobre fotografía de alta velocidad a continuación).

Los generadores de retardo digitales suelen ser el componente principal de la sincronización en sistemas y experimentos de mayor envergadura. Generalmente, los usuarios crean una interfaz gráfica de usuario (GUI) para controlar de forma centralizada todo el sistema o experimento. Los fabricantes de generadores de retardo digitales han incorporado esquemas de programación remota que facilitan la creación de dichas GUI. Existen estándares industriales como GPIB , RS-232 , USB y Ethernet, disponibles a través de diversos fabricantes.

La dinámica de fluidos experimental utiliza generadores de retardo digital para investigar el flujo de fluidos. El campo de la velocimetría de imágenes de partículas (PIV ) abarca varios subconjuntos que emplean generadores de retardo digital como componente principal de su sincronización, donde se pueden activar múltiples láseres. Múltiples canales pueden activar diversos láseres. También es posible multiplexar la sincronización de varios canales en uno solo para activar o incluso controlar el mismo dispositivo varias veces. Un solo canal puede activar un láser o controlar una cámara con múltiples pulsos multiplexados. Otra configuración útil consiste en que un canal active lámparas de destello un número preestablecido de veces, seguido de un conmutador Q, y posteriormente un retardo y una puerta para el sistema de adquisición de datos o de imágenes.

Los generadores de retardo digital ofrecen retardo negativo, ya que permiten seleccionar otro canal como referencia. Esto resulta útil en aplicaciones donde un evento debe ocurrir antes que la referencia. Un ejemplo sería permitir la apertura de una persiana antes de que se produzca la referencia.

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

Una novedad son los generadores de retardo digital con funciones de activación y disparo externo, y capacidades de disparo dual o múltiple. La función de activación permite al usuario habilitar salidas y/o disparos mediante una señal electrónica. Algunas unidades incorporan funciones de activación o disparo mediante conectores individuales o separados. Los generadores de retardo digital de disparo dual o múltiple disponen de varios disparadores de entrada. Estos disparadores pueden utilizarse selectivamente para activar cualquiera o todos los canales.

Las versiones multidisparador cuentan con funcionalidad de controlador lógico programable para incorporar enclavamientos, pestillos, ajuste dinámico de retardo y supresión de ruido de disparo. Los disparadores se forman combinando lógicamente las entradas y salidas en formatos AND, OR, XOR y negado.

Las aplicaciones LIDAR utilizan generadores de retardo digital. Un canal se usa para activar el láser. Un segundo canal proporciona una ventana de retardo para el sistema de adquisición de datos . Esta ventana permite procesar y almacenar las regiones de interés, ignorando la mayor parte de los datos no deseados.

Los generadores de retardo digital de doble disparo ofrecen dos generadores de retardo digital con disparo independiente en un solo paquete. Dado que los generadores de retardo digital de sobremesa ahora son multicanal, es posible tener dos o más entradas de disparo y seleccionar los canales que responden a cada una. Un concepto interesante para proporcionar capacidad de doble disparo consiste en convertir un instrumento con entradas de disparo y puerta separadas para que la puerta funcione como un segundo disparo.

Un aspecto crucial en el diseño de generadores de retardo digital (DDG) es la generación de retardos activados con precisión de oscilador de cristal, pero sin cuantificar los flancos del oscilador de referencia. Existen diversas técnicas para la generación de retardo digital.

• El esquema más sencillo utiliza un contador digital y un oscilador de cristal de funcionamiento libre para medir intervalos de tiempo con una ambigüedad de un ciclo de reloj, lo que resulta en una fluctuación de fase en el flanco de salida de un ciclo de reloj de pico a pico con respecto a un disparador asíncrono. 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 generar retardos gruesos, seguidos de un retardo analógico fino o "vernier" para interpolar entre los periodos del reloj. Una mejora consiste en utilizar un bucle de enganche de fase para sincronizar el oscilador de arranque con un oscilador de cristal de funcionamiento continuo más preciso, mediante una técnica que conserva la alineación original del disparo. El clásico sintetizador de tiempo Hewlett Packard 5359A utilizaba un oscilador de línea de retardo ECL activado, sincronizado con un oscilador de cristal mediante una técnica de bloqueo de fase heterodino; esta 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 bloqueo de fase DSP. Se puede lograr una fluctuación de fase inferior a diez ps RMS con respecto a un disparo externo.
• Es posible diseñar un generador de retardo de rampa analógica que abarque un rango de retardo de decenas de nanosegundos utilizando una fuente de corriente para cargar un condensador . Posteriormente, se puede suspender la corriente de rampa durante un número entero de ciclos de reloj, sincronizados por un oscilador de cristal. La congelación de la rampa amplía 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. Se puede lograr una baja fluctuación de retardo, pero la corriente de fuga se convierte en un factor de error importante para retardos en el rango de los milisegundos.
• Un sincronizador de doble rango basado en biestables puede utilizarse para sincronizar un disparador externo con un generador de retardo basado en contador, como en el caso (1) anterior. De este modo, es posible medir la desviación entre el disparador de entrada y el reloj local, y ajustar el retardo vernier disparo a disparo para compensar la mayor parte de la fluctuación entre el disparador y el reloj. Con una calibración precisa, se puede lograr una fluctuación del orden de decenas de picosegundos RMS. Stanford Research Systems utiliza esta técnica.

• Controlador lógico programable
• Convertidor de tiempo a digital

• Simulador de velocidad objetivo basado en 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/aire mediante fluorescencia planar inducida por láser de OH"
• "Medición de la fuerza local sobre una capa límite turbulenta mediante 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 fotones individuales"
• "Teledetección LiDAR"
• "Generador de secuencias programable con múltiples salidas"
• 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 Parte B: Espectroscopia atómica . 63 (10): 1016– 1023. Bibcode : 2008AcSpB..63.1016B . 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 control con múltiples trenes de pulsos"
• https://www.keysight.com/en/pd-1000001406%3Aepsg%3Apro-pn-5359A/time-synthesizer?nid=-536900193.536882162&cc=US&lc=eng
• http://zone.ni.com/devzone/cda/epd/p/id/6131 Basado en FPGA