デジタル遅延ジェネレータ

デジタル遅延ジェネレータ(デジタル - 時間コンバータとも呼ばれる) は、イベントのトリガー、同期、遅延、ゲートに正確な遅延を提供する電子テスト機器です。これらのジェネレータは、単一のイベントまたは複数のイベントを標準のタイミング基準に合わせて電子的にタイミングする必要がある多くの実験、制御、プロセスで使用されます。デジタル遅延ジェネレータは、一連のイベントを開始したり、イベントによってトリガーされたりします。通常の電子タイミングとの違いは、出力同士および開始イベントの同期性です。

時間-デジタル変換器は逆の機能を実行します。

デジタル遅延ジェネレーターは機能的にはパルスジェネレーターに似ていますが、タイミング解像度ははるかに細かく、遅延と幅のジッターははるかに少なくなります。

一部のメーカーは、自社のユニットを「デジタル遅延およびパルス ジェネレーター」と呼んでおり、遅延と幅の制御に加えて、各出力に独立した振幅極性とレベル制御を追加しています。現在、各チャネルは遅延、幅、および振幅の制御を提供し、トリガーは外部ソースまたは内部繰り返しレート ジェネレーター (汎用パルス ジェネレーターなど) に同期されます。

一部の遅延ジェネレーターは、デバイスをトリガーするための正確な遅延 (エッジ) を提供します。また、正確な遅延と幅を提供し、ゲーティング機能を可能にするものもあります。遅延ジェネレーターには、単一のタイミング チャネルを提供するものもあれば、複数のタイミング チャネルを提供するものもあります。

デジタル遅延ジェネレータの出力は通常はロジック レベルですが、電磁干渉環境に対応するために高電圧を提供するものもあります。非常に過酷な環境向けに、一部のメーカーでは光ファイバーコネクタ付きの光出力や入力もオプションとして提供しています。一般に、遅延ジェネレータは 50 Ω 伝送ライン環境で動作し、反射やタイミングの曖昧さを最小限に抑えるために、特性インピーダンスでラインが終端されます。

歴史的に、デジタル遅延ジェネレータは遅延のみの単一チャネルデバイスでした (以下の DOT 参照を参照)。現在では、各チャネルから遅延とゲートを備えたマルチチャネル ユニットが標準です。一部のデバイスでは、他のチャネルを参照したり、複数のチャネルのタイミングを 1 つに組み合わせて、より複雑なマルチトリガー アプリケーションを実現できます。複数のレーザーと検出器をトリガーおよびゲートできます (「OH の平面レーザー誘起蛍光によるメタン/空気混合物のレーザー点火の実験的研究」の 2 番目の参照を参照)。別の例では、ユーザーが選択した数のフラッシュ ランプパルスでレーザーをポンピングするチャネルがあります。別のチャネルは、そのレーザーのQ スイッチングに使用できます。次に、3 番目のチャネルを使用して、レーザーが発射された後の特定の時間にデータ取得システムまたはイメージング システムをトリガーおよびゲートできます (以下の sensorsportal.com 参照を参照)。

モードロックによって生成されたレーザー パルスのストリームから単一のレーザー パルスを選択する、またはパルスを拾うことは、一部の遅延ジェネレータのもう 1 つの貴重な機能です。モードロック レートをデジタル遅延ジェネレータの外部クロックとして使用することで、遅延と幅を調整して単一のパルスを選択し、他のイベントをその単一のパルスに同期させることができます。

遅延ジェネレータは、高速イメージング アプリケーションで高速光検出器を遅延およびゲートすることもできます。(下記の高速写真撮影に関する参考資料を参照してください)

デジタル遅延ジェネレータは、通常、大規模なシステムや実験のタイミングの中核を担います。ユーザーは通常、システム全体または実験全体を 1 つの制御で制御できるように GUI グラフィカル ユーザー インターフェイスを作成します。デジタル遅延ジェネレータのメーカーは、このような GUI の作成を容易にするリモート プログラミング スキームを追加しています。GPIB 、RS-232、USB、イーサネットなどの業界標準は、さまざまなメーカーから提供されています。

実験流体力学では、デジタル遅延発生器を使用して流体の流れを調べます。PIV (粒子画像速度測定)の分野には、複数のレーザーをトリガーできるタイミングの主要コンポーネントとしてデジタル遅延発生器を使用するいくつかのサブセットが含まれます。複数のチャネルがさまざまなレーザーをトリガーできます。また、複数のチャネルのタイミングを 1 つのチャネルに多重化して、同じデバイスを複数回トリガーまたはゲートすることもできます。1 つのチャネルで、複数の多重化されたパルスを使用してレーザーをトリガーしたり、カメラをゲートしたりできます。もう 1 つの便利なセットアップは、1 つのチャネルでフラッシュ ランプを事前に設定された回数駆動し、その後に単一の Q スイッチ、その後にデータ取得またはイメージング システム用の遅延とゲートを設定することです。

負の遅延は、他のチャネルを基準として選択できるデジタル遅延ジェネレータで利用できます。これは、基準より前にイベントが発生する必要があるアプリケーションに役立ちます。例としては、基準より前にシャッターを開けることが挙げられます。

デジタル遅延発生器は質量分析に使用されている。^[1]

新しく開発されたのは、ゲーティングと外部トリガー、デュアルまたはマルチトリガー機能を備えたデジタル遅延ジェネレータです。ゲートを使用すると、ユーザーは電子信号で出力やトリガーを有効にすることができます。一部のユニットには、単一または個別のコネクタを使用したゲートまたはトリガー機能があります。デュアルまたはマルチトリガーのデジタル遅延ジェネレータには、複数の入力トリガーがあります。これらのトリガーは、任意のチャネルまたはすべてのチャネルをトリガーするために選択的に使用できます。

マルチトリガー バージョンには、インターロック、ラッチ、動的遅延調整、トリガー ノイズ抑制を組み込むためのプログラマブル ロジック コントローラー タイプの機能があります。トリガーは、And、Or、Xor、および Negated 形式で入力と出力を論理的に組み合わせることによって形成されます。

LIDARアプリケーションでは、デジタル遅延ジェネレータを使用します。チャネルはレーザーをトリガーするために使用されます。2 番目のチャネルは、データ取得システムに遅延ゲートを提供します。ゲーティングにより、不要なデータの大部分を無視しながら、関心領域を処理および保存できます。

デュアルトリガー デジタル遅延ジェネレーターは、独立してトリガーされる 2 つのデジタル遅延ジェネレーターを 1 つのパッケージにまとめたものです。ベンチトップ デジタル遅延ジェネレーターはマルチチャンネルになっているため、2 つ以上の入力トリガーを用意し、各トリガーに応答するチャンネルを選択できます。デュアルトリガー機能を提供する興味深いコンセプトは、個別のトリガー入力とゲート入力を持つ機器を変換して、ゲートを 2 番目のトリガーとして動作できるようにすることです。

DDG の設計における重要な問題は、水晶発振器の精度を持ちながら、基準発振器のエッジに量子化されないトリガー遅延を生成することです。デジタル遅延生成にはいくつかの手法が使用されます。

• 最も単純な方式では、デジタル カウンターとフリーランニング水晶発振器を使用して、1 クロックのあいまいさで間隔を計測し、非同期トリガーに対して 1 クロック周期のピークツーピークの出力エッジ ジッターを生成します。この手法は、Quantum Composers および Berkeley Nucleonics 機器で使用されています。
• トリガーされた水晶、LC、または遅延ライン発振器は、トリガー時間で起動され、粗い遅延を作成するためにカウントされ、その後、アナログの細かい遅延または「バーニア」遅延がクロック周期間の補間に続きます。拡張機能は、元のトリガー アラインメントを維持する技術を使用して、起動可能な発振器をより正確な連続実行水晶発振器にロックするために位相ロック ループを使用することです。古典的な Hewlett Packard 5359A タイム シンセサイザーは、ヘテロダイン位相ロック技術を使用して水晶発振器に同期されたトリガーされた ECL 遅延ライン発振器を使用していました。この技術は、その後、いくつかの Berkeley Nucleonics および LeCroy 遅延ジェネレータで使用されました。Highland Technology は、トリガーされた LC 発振器と DSP 位相ロック スキームを使用しています。外部トリガーに対して 10 ps RMS 未満のジッターを実現できます。
• 電流源を使用してコンデンサを充電することで、数十ナノ秒の遅延範囲をカバーするアナログ ランプ遅延ジェネレータを設計できます。その後、水晶発振器でタイミングを計り、ランプ電流を整数クロック分停止できます。ランプを凍結すると、発振器をトリガーに同期させる必要がなく、遅延範囲が広がります。この技術は米国特許 4,968,907 に記載されており、Signal Recovery 機器で使用されました。遅延ジッタを低く抑えることは可能ですが、リーク電流はミリ秒単位の遅延では重大なエラーの原因となります。
• フリップフロップベースのデュアルランク同期装置を使用すると、上記のケース (1) のように、外部トリガーをカウンターベースの遅延ジェネレーターに同期させることができます。これにより、入力トリガーとローカル クロック間のスキューを測定し、ショットごとにバーニア遅延を調整して、トリガーとクロック間のジッターの大部分を補正することができます。慎重に調整すれば、数十ピコ秒 RMS のジッターを実現できます。スタンフォード リサーチ システムズではこの手法を使用しています。

• プログラマブルロジックコントローラ
• 時間-デジタルコンバータ

• デジタル遅延ジェネレータに基づくターゲット速度シミュレータ - 米国運輸省 DOT HS 809 811 セクション 4.10。
• 「OHの平面レーザー誘起蛍光によるメタン/空気混合物のレーザー点火の実験的研究」
• 「PIV を用いた乱流境界層に対する局所力の測定」
• http://www.sensorsportal.com/HTML/DIGEST/february_06/Pulse_Generator.htm
• 「高速写真撮影用光源としての繰り返しパルスルビーレーザー」
• 「単一光子検出モジュール」
• 「LIDARリモートセンシング」
• 「複数の出力を備えたプログラム可能なシーケンス ジェネレーター」^{[永久リンク切れ‍ ]}
• Barnett, Cleon; Cahoon, Erica; Almirall, José R. ( 2008). 「レーザー誘起ブレークダウン分光法によるガラスの元素分析における波長依存性」。Spectrochimica Acta Part B: 原子分光法。63 (10): 1016–1023. doi :10.1016/j.sab.2008.07.002。
• 「シンクロトロンタイミング - 複数チャンネル」

• http://www.berkeleynucleonics.com/resources/575_Multiplexing(1).pdf 「複数のパルス列による同期、遅延、ゲーティング」
• https://www.keysight.com/en/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 FPGAベース