EDA/PLD中的CPLD的高速可程控数字延迟线系统的设计

1．引言 　　Kicker电源是“九五”国家重大科学工程之一兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的注入引出系统中一个重要组成部分[1] ，电源系统共包括六个分电源，它们需从共同的信号源接收信号，由于要求它们接收到的信号为同步信号而又因为地理位置致使其接收的信号是不可能完全同步的，为使其接收到同步信号需要在各分电源前端各配置一高速脉冲数字延迟线，对输入信号进行调节使经过数字延迟线后所有信号达到同步的效果。数字延迟线要求其延迟时间可调，时间范围为：5ns~300ns。延迟线是用于将电信号延迟一段时间的元件或器件，其广泛使用在雷达、电子计算机、彩色电视系统、通信系统，以及测量仪器中。 【EDA/PLD中的CPLD的高速可程控数字延迟线系统的设计】 在现代电子设计自动化（EDA）领域，复杂可编程逻辑器件（CPLD）被广泛应用于各种高速、高集成度的数字系统设计中。CPLD具有纳秒级的时钟延迟能力，适合处理超高速、实时的测控任务。它以其高集成度和高可靠性，能够实现整个系统设计的单芯片化，从而大大减少设备的体积。CPLD技术的不断发展，使其在速度、集成度、功能和灵活性上都取得了显著的进步。 数字延迟线是一种关键的电子元件，它能够将电信号延迟一定的时间，这种功能在诸如雷达、电子计算机、彩色电视系统、通信系统以及测量仪器等众多应用中不可或缺。在本文的上下文中，数字延迟线被用于解决兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的注入引出系统的Kicker电源同步问题。由于地理位置的原因，六个分电源接收到的信号无法完全同步，因此需要在每个分电源前端安装高速脉冲数字延迟线，以调整输入信号，确保所有信号的同步。 设计高速可程控数字延迟线，主要目标是实现延迟时间的动态调整，范围从5ns到300ns。传统的设计方法可能通过两个参数相同的延迟模块分别处理信号的上升沿和下降沿，但由于实际存在的差异，这种方法的延迟精度受限。本文提出了一种创新的设计方案，通过单一延迟模块同时处理脉冲的前后沿，既降低了成本，又提高了延迟精度。 具体而言，该数字延迟线系统的核心是使用CPLD实现的延迟模块和逻辑控制电路。当触发信号上升沿到来时，延迟模块开始工作，逻辑控制电路根据输入脉冲的状态控制输出，触发延迟模块。同时，系统采用反馈网络结构，增强稳定性。输入信号A及其反相信号 经过逻辑控制模块，根据控制信号O1选择输入信号并将其送入可逆计数器的置位端。当输入信号A上升沿到来时，计数器开始减计数，当计数达到预设值时，输出信号CK触发T触发器，改变其输出状态Q，形成所需的延迟。当输入信号A下降沿到来时，计数器继续减计数，维持系统的稳定和同步。 这个CPLD实现的数字延迟线设计，充分利用了CPLD的并行处理能力和高速响应特性，不仅节约了硬件成本，还提升了设计效率。同时，通过数字化设计，使得系统更加紧凑，易于调试和维护，满足了HIRFL-CSR项目中对同步信号处理的严格要求。随着CPLD技术的持续进步，类似的设计将在更多领域得到应用，为解决复杂同步问题提供有效解决方案。