RU1777118C - Измеритель временных интервалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Измеритель содержит: 2 элемента задержки (1), (2), 2 схемы сравнени  (3), (4), 3 схемы совпадени  второй группы (5), (6). (7). 3 блока запоминающих элементов (8), (9), (10) второй группы, 3 схемы совпадений первой группы (11), (12),

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при измерении временных интервалов в наносекундном диапазоне.

Известно устройство, содержащее измерительные линии задержки, выходы которых соединены с первыми входами схем совпадений, вторые входы которых соединены со входом импульса конца измерени , выходы схем совпадений соединены с кодирующим устройством.

Недостатком данного измерител   вл етс  мала  величина измерительного диапазона , что сужает область применени  устройства.

Известен измеритель временных интервалов времени наносекундного диапазона, содержащий первый и второй блоки линии задержки, подключенные своими выходами параллельно через соответствующие схемы совпадений к первому и второму блокам запоминающих элементов, при этом вход стартовых импульсов св зан одновременно со входами всех линий задержки первого блока непосредственно, а второго блока через генератор-рециркул тор. Входы всех схем совпадений соединены и подключены ко входу стоп-импульсов. Недостатком данного устройства  вл етс  большое кол че- ство линий задержки.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному измерителю временныхинтервалов вл етс  преобразователь интервалов времени в цифровой код содержащий счетчик эталонных интервалов, триггер управлени  счетом , триггеры разр дов повышенной точности, соединенные со схемой формировани  младших разр дов двоичного кода измерени  комбинационным способом.

Недостатком данного измерител   вл етс  ограниченна  область применени , обусловленна  необходимостью обеспечени  совпадени  старт-импульса с импульсом эталонной частоты дл  устранени  ошибки в начале измерени , что накладывает соответствующие ограничени  на схемы генераторов эталонных импульсов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерител  за счет устранени  ошибки квантовани  в начале измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий счетчик эталонных интервалов, триггер управлени  счетом, запоминающие элементы первой группы, установочные входы которых соединены с выходами схем совпадений первой группы элементы зз- держчи младших комбинационных разр дов , вентильную схему, управл ющий вход которой соединен с выходом триггера управлени  счетом, а выход -- со счетным входом счетчика эталонных интервалов,

введены схемы совпадений второй группы, запоминающие элементы второй группы и схема дифференцировани , при этом первый информационный вход первой схемы сравнени  соединен с входом первого эле0 мента задержки, входом эталонной частоты, входом схемы дифференцировани , выход которой соединен с информационным входом вентильной схемы, первым информационным входом первых схем совпадений

5 первой и второй групп, второй информационный вход первой схемы сравнени  соединен с выходом первого элемента задержки, выход первой схемы сравнени  соединен с первым информационным входом второй

0 схемы сравнени , входом второго элемента задержки, первым информационным входом вторых схем совпадений первой и второй групп, второй информационный вход второй схемы сравнени  соединен с выхо5 дом второго элемента задержки, выход второй схемы сравнени  соединен с первыми информационными входами третьих схем совпадений первой и второй групп, выходы схем совпадений второй группы соединены

0 с установочными входами запоминающих элементов второй группы, вторые информационные входы схем совпадений второй группы объединены и соединены с входом импульса начала измерени  и входом уста5 новки триггера разрешени  счета, вторые информационные входы схем совпадений первой группы объединены и соединены со входом импульса конца измерени  и входом сброса триггера разрешени  счета, вентиль0 па  схема дополнительно выполн ет функцию расширени  импульсов.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема измерител ; на фиг. 2 - пример конк- ретиого выполнени  схем 3,4, б, 7,17,18, 20

5 измерител ; на фиг. 3 - временна  диаграмма работы измерител .

Измеритель временных интервалов (фиг. 1) содержит элементы 1 и 2 задержки, схемы 3 и 4 сравнени , схемы 5-7 совпаде0 ний второй группы, запоминающие элементы 8-10 второй группы, схемы 11-13 совпадений первой группы, запоминающие элементы 14-16 первой группы, триггер 17 разрешени  счета, вентильную схему- рас5 ширитель 18 импульсов, счетчик 19 эталонных интервалов,схему 20 дифференцировани ,блок 21 индикации.

Вход элемента 1 задержки соединен с входом 30 эталонной частоты, входом схемы 20 дифференцировани , первым информационным входом схемы 3 сравнени , первыми информационными входами первых схем 5 и 11 совпадени  второй и первой групп, выход схемы дифференцировани  соединен с информационным входом вен- тильной схемы 18.

Выход элемента 1 задержки соединен со вторым информационным входом схемы 3 сравнени . Выход схемы 3 сравнени  соединен с входом элемента 2 задержки, пер- вым информационным входом схемы 4 сравнени , первыми информационными входами вторых схем 6 и 12 совпадений второй и первой групп.

Выход элемента 2 задержки соединены с вторым информационным входом схемы 4 сравнени . схемы 4 сравнени  соединен с первыми информационными входами схем 7 и 13 совпадений второй и первой групп.

Вторые информационные входы схем 5-7 совпадений второй группы соединены с входом 31, с которого поступает импульс начала измер емого интервала времени и который соединен также с входом установ- ки триггера 17 разрешени  счета.

Выход первой схемы 5 совпадений второй группы соединен с установочным входом первого элемента 8 запоминани  второй группы, выход которого соединен с выходом 23 измерител  и входом блока 21 индикации.

Выходы второй схемы б и третьей схемы 7 совпадений второй группы соединены соответственно с установочными входами эле- ментов 9 и 10 запоминани  второй группы, выходы которых соединены, соответственно , с выходами 24 и 25 измерител  и входами блока 21 индикации.

Вторые информационные входы схем 11-12 совпадений первой группы соединены с входом 22. с которого поступает импульс конца измер емого интервала времени и который соединен также со входом сброса триггера 17 разрешени  счета.

Выход первой схемы 11 совпадений первой группы соединен с установочным входом элемента 14 запоминани  первой группы, выход которого соединен с выходом 26 измерител  и входом блока 21 индика- ц им.

Выходы второй схемы 12 и третьей схемы 13 совпадений первой группы соединены соответственно со входами элементов 15 и 16 запоминани  первой группы, выходы которых соединены соответственно с выходами 27 и 28 измерител  и входами блока 21 индикации. В :оды установки в состо ние О запоминающих элементов 14-16, 8-10 первой и второй групп и счетчика 19 на фиг.

1 не показаны. Выходы счетчика 19 соединены с внешними выходами 29 измерител  и входами блока 21 индикации. Схемы 3 и 4 сравнени   вл ютс  логическими элементами , реализующими логическую функцию эквивалентность Y X Y + X Y.

В качестве запоминающих элементов 14-16, 8-10 первой и второй групп на фиг. 1 показаны RS-триггеры. До начала измерени  все триггеры устанавливаютс  в нулевое состо ние (вход установки в состо ние О на фиг. 1 не показан).

Схема 20 дифференцировани  выполн ет функцию логического дифференцировани  - при переходе логического состо ни  на входе схемы из 1 в О на выходе схемы выдаетс  короткий импульс с амплитудой, равной единичному логическому уровню, и длительностью, минимально достаточной дл  прохождени  через вен- тидьную схему - расширитель 18 импульсов. Вентильна  схема - расширитель 18 импульсов при наличии единичного потенциала на управл ющем входе и при наличии на информационном входе импульса, поступающего с выхода схемы 20 дифференцировани , выдает импульс с длительностью, достаточной дл  обрабатывани  счетчика 19. Известны стандартные устройства, выполн ющие вентильную функцию и функцию расширени  импульса, например микросхема 133АП,

На фиг. 2 раскрыто построение схем 3, 4. 6, 7. 17, 18, 20 фиг. 1 на стандартных элементах. Группы элементов, составл ющие указанные схемы, на фиг. 2 обведены пунктирной линией с указанием соответствующих номеров схем фиг. 1.

Схема сравнени  3 состоит из элементов 32...37. Элементы 32, 33, 36 - инвертирующие усилители, элементы 34, 35 - логические элементы И, элемент 37 - логический элемент ИЛИ. Элементы 32, 33, 36 имеют полосу пропускани  не менее 25 ГГц. Задержкиданныхэлементов

Д гз2 А 7зз А гзб 50-100 пс. Элементы 34, 35, 37 выполнены на стандартных микросхемах и имеют типовые задержки распространени  сигналов не.

Элементы 40, 41, 42  вл ютс  общими дл  схем 4 и 7. В схему 4 вход т также элементы 38, 39 - инвертирующие усилители и элемент 43 - неинвертирующий усилитель . Схемы 4 и 7 на фиг. 2 эквивалентны схемам 4 и 7 на фиг. 1, так как выполн ема  ими логическа  функци  одна и та же:

Y U V-Z + U 7-Z.

Элементы 44 и 45 - RS-триггер, элементы 46, 47 - инвертирующие усилители элемент 48 - лини  задержки, определ юща  величину зоны совпадений при формировании длительности импульса в элементах 49, 50, при разрешении формировани , поступающем с элемента 44.

Элементы 44, 45, 49 - стандартные микросхемы с типовой задержкой распространени  сигналов 1 не.

Задержки распространени  сигналов во всех указанных элементах могут быть скомпенсированы задержкой в схеме формировани  импульса начала измерени  (на фиг. 1 данна  схема не показана) и регулировкой порога срабатывани  логических элементов. Таким образом неопределенности формировани  временных интервалов измерительной сетки младших комбинационных разр дов и зона неопределенности формировани  - неформировани  счетных .импульсов измерител  могут быть сделаны достаточно малыми и достоверность младших разр дов измерител  (комбинационных и первого счетного) будет близка к 100%.

Измеритель работает следующим образом .

С входа 30 на первый вход схемы 3 сравнени  поступает эталонна  частота с периодом Т в виде меандра, т.е. длительность единичного логического уровн  равна длительности нулевого логического уровн  (см. фиг. 3). Данна  частота на втором входе схемы 3 сравнени  сдвинута по времени на величину Т/4 за счет элемента 1 задержки. В результате на выходе схемы 3 сравнени  формируетс  частота в виде меандра с длительностью полупериода Т/4 (см. фиг. 3).

Аналогичным образом на выходе схемы 4 сравнени  формируетс  частота в виде меандра с длительностью полупериода Т/8 (см. фиг. 3).

С выходов схем 4 и 3 сравнени , а также с тактового входа 30 частоты с полупериодами соответственно Т/8, Т/4, Т/2 поступают на первые входы схем 5-7 и 11-13 совпадений .,

В момент прихода с входа 31 импульса начала измер емого интервала (на фиг. 3 - Старт) на вторые входы схем 5-7 совпадений второй группы на выходах схем совпадений 5-7 выдаютс  импульсы в случае совпадени  старт-импульса с единичным логическим уровнем полупериода соответствующей частоты, поступающей на первые входы данных схем. Данные импульсы поступают на соответствующие элементы 8- 10 запоминани  интервалов второй группы, выходы которых  вл ютс  выходами 23, 24, 25 измерител . По данным выходам выдаютс  значени  младших разр дов кода начала измерени , формируемые несчетным способом Вес разр да на выходе 23 равен Т/2, на выходе 24 равен Т/4, на выходе 25 равен Т/8. Старт-импульс, кроме того, устанавливает триггер 17 разрешени  счета в состо ние 1 и вентильна  схема - расширитель 18 импульсов пропускает эталонную частоту с выхода схемы 20 дифференцировани  на счетчик 19, в котором фиксируетс 

0 количество переходов из состо ни  1 в О потенциала на входе 30 и, таким образом, формируетс  двоичный код счетных разр дов кода измерени  на выходах 29, младший разр д которого имеет вес Т, т.е. равен

5 величине периода эталонной частоты на входе 30.

В момент прихода с входа 22 импульса конца измер емого интервала в схемах 11- 13 совпадений первой группы и элементах

0 14-16 запоминани  первой группы, которые соединены с выходами 26, 27, 28. формируютс  несчетным способом значени  разр дов кода конца измерени . Вес разр да на выходе 26 равен Т/2 на выходе 27 равен

5 Т/4, на выходе 28 равен Т/8. Кроме того, с приходом стоп-импульса триггер 17 разрешени  счета устанавливаетс  в состо ние О и вентильна  схема 18 не пропускает импульсы эталонной частоты Т в счетчик 19.

0 На фиг. 3 показан случай измерени , когда в счетчик 19 поступили 2 импульса между моментами прихода старт-импульса и стоп-импульса. следовательно, по выходам 29 будет выдан двоичный код 10, что

5 соответствует числу 2 в дес тичной системе счислени . Вес младшего разр да данного кода равен Т. С учетом наличи  в измерителе еще трех младших разр дов с весами Т/2. Т/4, Т/8, которые формируютс  несчетным

0 способом, счетна  часть кода измерени  дл  рассматриваемого примера записываетс  кодом 10000.

Момент прихода старт-импульса на фиг. 3 совпал с единичным полупериодом меан5 дров Т/4, Т/8 и не совпал с единичным полупериодом меандра Т/2, поэтому по выходам 24 и 25 будет выдано единичное значение, а по выходу 23 нулевое значение младших разр дов кода начала измерени ,

0 полученные несчетным способом, и соответствующий код начала измерени  будет 011.

Момент прихода стоп-импульса на фиг. 3 совпал с единичными полупериодами ме5 андра Т/2 и Т/8 и не совпал с единичным полупериодом меандра Т/4, поэтому по выходам 26 и 28 будет выдано единичное значение , а по выходу 27 - нулевое значение младших разр дов кода конца измерени , полученные несчетным способом, и соот

ветствующий код конца измерени  будет 101.

Результат измерени  в общем виде:

Кизм Кеч Кн Кк,

где Кизм двоичный код результата измерени ;

КСч двоичный код числа интервалов Т, зафиксированных в схеме 19 счета эталонных интервалов и выданный по выходам 29;

Кн двоичный код начала измерени , зафиксированный в схемах 8-10 запоминани  и выданный по выходам 23-25:

Кк - двоичный код конца измерени , зафиксированный в схемах 14-16 запоминани  и выданный по выходам 26-28.

Дл  рассмотренного примера результат измерени  в двоичном коде:Кизм Кеч Кн + Кк

10000-011 + 101 10010 или, учитыва  веса двоичных разр дов, результат измерени  дл  рассмотренного случа  в единицах эталонного интервала будет:

Киэм 10010 1-21-Т + 0-2°.Т +

+0-2 1.Т + .Т + (2 + 1 /4)Т.

Дл  индикации результата измерени  используетс  блок 21 индикации. Коды Ксч, Кк, К индицируютс  на табло блока 21 в цифровом виде, причем код КСч - как основна  величина, код Кк - как положительна  поправка, код Кн - как отрицательна  поправка .

Таким образом, в предложенном измерителе измер етс  врем  между старт-импульсом и первым эталонным импульсом несчетным методом, при этом ошибка квантовани  в начале измерени  уменьшаетс  почти на пор док (в 8 раз) по сравнению с известными измерител ми, не использующими синхронизацию генератора эталонной частоты старт-импульсами.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Измеритель временных интервалов, содержащий счетчик эталонных интервалов, триггер управлени  счетом, запоминающие элементы первой группы, установочные входы которых соединены с выходами схем

   совпадени  первой группы, элементы задержки младших комбинационных разр дов , вентильную схему, управл ющий вход которой соединен с выходом триггера управлени  счетом, а выход - со счетным входом счетчика эталонных интервалов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены перва  и втора  схемы сравнени , схемы совпадечи  второй группы, запоминающие элементы второй группы и схема дифференцировани , первый информационный вход первой схемы сравнени  соединен с входом первого элемента задержки,

   входом эталонной частоты, входом схемы дифференцировани , первыми информационными входами первых схем совпадени  первой и второй групп, второй информационный вход первой схемы сравнени  соединем с выходом первого элемента задержки, выход первой схемы сравнени  соединен с первым информационным входом второй схемы сравнени , входом второго элемента задержки, первыми информационными входами вторых схем совпадени  первой и второй групп, второй информационный вход второй схемы сравнени  соединен с выходом второго элемента задержки, выход второй схемы сравнени  соединен с первыми

   информационными входами третьих схем совпадени  первой и второй групп, выходы схем совпадени  второй группы соединены с установочными входами запоминающих элементов второй группы, вторые информзционные входы схем совпадений второй группы объединены и соединены с входом импульса начала измерени  и входом установки триггера управлени  счетом, вторые информационные входы схем совпадени 

   первой группы объединены и соединены с входом импульса конца измерени  и входом сброса триггера управлени  счетом, информационный вход вентильной схемы соединен с выходом схемы дифференцировани ,

   причем вентильна  схема дополнительно выполн ет функцию расширител  импульсов .

   (/А

   jki ritwM4 J jh-TLr

   JlrtLrLTLTL

   о ty,

   Тг

   В ход ы 31 22

   U

   17

   i и

   О Старт

   &д счетчиха

   f9 a

   LJ-U

   ZT

   ЗГ

   Стоп

   т

   Vttt.S