Измеритель временных интервалов

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Измеритель содержит: 2 элемента задержки (1), (2), 2 схемы сравнения (3), (4), 3 схемы совпадения второй группы (5), (6). (7). 3 блока запоминающих элементов (8), (9), (10) второй группы, 3 схемы совпадений первой группы (11), (12),

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

rsi)s G 04 F 10/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СС(Р) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕННАЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760935/21 (22) 21.11.89 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (71) Научно-производственное объединение

"Персей" (72) Д,АЛОпинов (56) Авторское свидетельство СССР № 563714, кл. 6 04 F 10/08, 1975. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕР ВАЛОВ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Измеритель содерЫ2 1777118 А1 жит: 2 элемента задержки (1), (2), 2 схемы сравнения (3), (4), 3 схемы совпадения второй группы (5), (6). (7), 3 блока запоминающих элементов (8), (9), (10) второй группы, 3 схемы совпадений первой группы (11), (12), (13), 3 блока запоминающих элементов первой группы (14), (15), (16), 1 триггер разрешения счета (17), 1 вентильную схему-расширитель импульсов (18), 1 счетчик эталонных интервалов (19), 1 схему дифференцирования (20), 1 блок индикации (21), 3 ил.

1777110

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при измерении временных интервалов в наносекундном диапазоне.

Известно устройство. содер>кащее измерительные линии задержки, выходы которых соединены с первыми входами схем совпадений. вторые входы которых соединены со входом импульса конца измерения, выходы схем совпадений соединены с кодирующим устройством.

Недостаткам данного измерителя явля. ется малая величина измерительного диапазона, что сужает область применения 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 связан одновременно со входами всех пиний задержки первого блока непосредственно, а второго блока через генератор-рециркулятор. Входы всех схем совпадений соединены и подкл очены ко входу стоп-импульсов. Недостатком данного устройства является большое кол:.«ество линий задержки.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному измерителю временных интеt>oofloo является преобразователь интервалов времени в цифровой код. содержащий счетчик эталонных интервалов, триггер уг1равления счетом, триггеры разрядов повышенной точности, саединен11ые со схемой формирования младших разрядов двоичнога кода измерения комбинационным способом, Недостатком данного измерителя является ограниченная область применения, обусловленная необходимостью обеспечения совпадения старт-импульса с импульсом эталонной частоты для устранения ошибки в начале измерения, что накладывает соответствующие ограничения на схемы генераторов э1алонных импульсов.

Целью изобретения является повышение точности измерителя за счет усIpRHeHèß Ошибки квантования в нача 1е измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в иэмерител временных интервалов, содержащий счетчик эталонных интервалов, триггер управления счетом, запоминающие элементы первой группы, установочные входы которых соединены с выходами схем совпадений первой группы. элементы задержки младших комбинационных разря25

55 дов, вентильную схему, управляющий вход которой соединен с выходом триггера управления счетом, а выход — со счетным входом счетчика эталонных интервалов, введены схемы совпадений второй группы. запоминающие элементы второй группы И схема дифференцирования, при этом первый информационный вход первой схемы сравнения соединен с входом первого элемента задержки, входом эталонной частоты, входом схемы дифференцирования, выход которой соединен с информационным входом вентильной схемы, первым информационным входом первых схем совпадений первой и второй групп, второй информационный вход первой схемы сравнения соединен с выходбм первого элемента задержки, выход первой схемы сравнения соединен с первым информационным входом второй схемы сравнения, входом второго элемента задержки, первым информационным входом вторых схем совпадений первой и второй групп, второй информационный вход второй схемы сравнения соединен.с выходом второго элемента задержки, выход второй схемы сравнения соединен с первыми информационными входами третьих схем совпадений первой и второй групп, выходы схем совпадений второй группы соединены с установочными входами запоминающих элементов второй группы, вторые информационные входы схем совпадений второй группы обьединены и соединены с входом импульса начала измерения и входом установки триггера разрешения счета, вторые информационные входы схем совпадений первой группы обьединены и соединены са входом импульса конца измерения и входом сброса триггера разрешения счета, вентильная схема дополнительно выполняет функцию расширения импульсов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя; на фиг. 2 — пример конкретного выполнения схем 3, 4, 6, 7, 17, 18, 20 измерителя; на фиг. 3 — временная диаграмма работы измерителя.

Измеритель временных интервалов (фиг. 1) содержит элементы 1 и 2 задержки. схемы 3 и 4 сравнения, схемы 5-7 совпадений второй группы, запоминающие элементы 8-10 второй группы, схемы 11 — 13 совпадений первой группы, запоминающие элементы 14-16 первой группы, триггер 17 разрешения счета, вентильную схему — расширитель 18 импульсов, счетчик 19 эталонных интервалов, схему 20 дифференцирования, блок 21 индикации, Вход элемента 1 задержки соединен с входом 30 эталонной частоты, входом схемы

20 дифференцирования, первым информа1777118 ционным входом схемы 3 сравнения, первыми информационными входами первых схем 5 и 11 совпадения второй и первой групп, выход схемы дифференцирования соединен с информационным входом вентильной схемы 18, Выход элемента 1 задержки соединен со вторым информационным входом схемы

3 сравнения, Выход схемы 3 сравнения соединен с входом элемента 2 задержки, первым информационным входом схемы 4 сравнения, первыми информационными входами вторых схем 6 и 12 совпадений второй и первой групп.

Выход элемента 2 задержки соединены с вторым информационным входом схемы 4 сравнения, Выход схемы 4 сравнения 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 измеряемого интервала времени и который соединен также с входом установки триггера 17 разрешения счета.

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

Выходы второй схемы 6 и третьей схемы

7 совпадений второй группы соединены соответственно с установочными входами элементов 9 и 10 запоминания второй группы, выходы которых соединены, соответственно, с выходами 24 и 25 измерителя и входами блока 21 индикации.

Вторые информационные входы схем

11-12 совпадений первой группы соединены с входом 22. с которого поступает импульс конца измеряемого интервала времени и который соединен также со входом сброса трь.г ера 17 разрешения счета.

Выход первой схемы 11 совпадений первой группы соединен с установочным входом элемента 14 запоминания первой группы, выход которого соединен с выходом

26 измерителя и входом блока 21 индикации.

Выходы второй схемы 12 и третьей схемы 13 совпадений первой группы соединены соответственно со входами элементов 15 и 16 запоминания первой группы, выходы которых соединены соответственно с выходами 27 и 28 измерителя и входами блока 21 индикации. В::оды установки в состояние

"0" 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 измерителя и входами блока 21 индикации, Схемы 3 и 4 сравнения являются логическими элементами, реализующими логическую функцию

"эквивалентность" Y = Х Y + X Y.

В качестве запоминающих элементов

14 — 16, 8 — 10 первой и второй групп на фиг. 1 показаны RS-триггеры. До начала измерения все триггеры устанавливаются в нулевое состояние (вход установки в состояние

"0" на фиг. 1 не показан).

Схема 20 дифференцирования выполняет функцию логического дифференцирования — при переходе логического состояния на входе схемы из "1" в "0" на выходе схемы выдае гся короткий импульс с амплитудой, равной единичному логическому уровню, и длительностью, минимально достаточной для прохождения через вентильную схему — расширитель 18 импульсов.

Вентильная схема — расширитель 18 импульсов при наличии единичного потенциала на управляющем входе и при наличии на информационном входе импульса, поступающего с выхода схемы 20 дифференцирования, выдает импульс с длительностью, достаточной для обрабатывания счетчика

19. Известны стандартные устройства. выполняющие вентильную функцию и функцию расширения импульса, например микросхема 133АГ1.

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

Схема сравнения 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 пропускания не менее 25 ГГц.

Задер>к ки данн ых элементов

Лгз =Лтзз =Атэс= 50 — 100 пс. Элементы

34, 35, 37 выполнены на стандартных микросхемах и имеют типовь е задержки распространения сигналов Ьт = 1 нс.

Элементы 40, 41, 42 являются общими для схем 4 и 7. В схему 4 входят 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 выполняемая ими логическая функция одна и та же:

Y=U V Z+О (/ Z.

Элементы 44 и 45 — RS-триггер, элементы 46, 47 — инвертирующие усилители эле1777118

25 одом Т в виде меандра, т.е. длительность единичного логического уровня равна дли- 30 тельности нулевого логического уровня (см.

40

50 входы данных схем. Данные импульсы по- 55 ступают на соответствующие элементы 810 запоминания интервалов второй группы, мент 48 — линия задержки, определяющая величину эоны совпадений при формирова нии длительности импульса в элементах 49, 50, при разрешении формирования, поступающем с элемента 44.

Элементы 44, 45, 49 — стандартные микросхемы с типовой задержкой распространения сигналов 1 нс. . Задержки распространения сигналов во всех указанных элементах могут быть скомпенсированы задержкой в схеме формирования импульса начала измерения (на фиг, 1 данная схема не показана) и регули ровкой порога срабатывания логических элементов. Таким образом неопределенности формирования временных интервалов измерительной сетки младших комбинационных разрядов и эона неопределенности формирования — неформирования счетных импульсов измерителя могут быть сделаны достаточно малыми и достоверность младших разрядов измерителя (комбинационных и первого счетного) будет близка к

100%.

Измеритель работает следующим образом.

С входа 30 на первый вход схемы 3 сравнения поступает эталонная частота с перифиг. 3). Данная частота на втором входе схемы 3 сравнения сдвинута по времени на величину Т/4 за счет элемента 1 задержки.

В результате на выходе схемы 3 сравнения формируется частота в виде меандра с длительностью полупериода Т/4 (см. фиг, 3).

Аналогичным образом на выходе схемы

4 сравнения формируется частота в виде меандрэ с длительностью полупериода Т/8 (см. фиг. 3).

С выходов схем 4 и 3 сравнения, 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 измеряемого интервала (на фиг. 3—

"Старт" ) на вторые входы схем 5 — 7 совпадений второй группы на выходах схем совпадений 5 — 7 выдаются импульсы в случае совпадения старт-импульса с единичным логическим уровнем полупериодэ соответствующей частоты, поступающей на первые выходы которых являются выходами 23, 24, 25 измерителя. По данным выходам выдаются значения младших разрядов кода на5

15 чала измерения. формируемые несчетным способом. Вес разряда 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 разрешения счета в состояние "1" и вентильная схема — расширитель 18 импульсов пропускает эталонную частоту с выхода схемы 20 дифференцирования на счетчик 19, s котором фиксируется количество переходов из состояния "1" в "0" потенциала на входе 30 и, таким образом, формируется двоичный код счетных разрядов кода измерения на выходах 29, младший разряд которого имеет вес Т, т.е. равен величине периода эталонной частоты на входе 30, В момент прихода с входа 22 импульса конца измеряемого интервала в схемах 1113 совпадений первой группы и элементах

14-16 зэйоминания первой группы, которые соединены с выходами 26, 27, 28. формируются несчетным способом значения разрядов кода конца измерения. Вес разряда на выходе 26 равен T/2, на выходе 27 равен

Т/4, на выходе 28 равен Т/8. Кроме того, с приходом стоп-импульса триггер 17 разрешения счета устанавливается в состояние

"0" и вентильная схема 18 не пропускает импульсы эталонной частоты Т в счетчик 19.

На фиг. 3 показан случай измерения, 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 соответствует числу 2 в десятичной системе счисления. Вес младшего разряда данного кода равен Т. С учетом наличия в измерителе еще трех младших разрядов с весами Т/2.

Т/4, Т/8, которые формируются несчетным. способом, счетная часть кода измерения для рассматриваемого примера записывается кодом 10000, Момент прихода старт-импульса на фиг.

3 совпал с единичным полупериодом меандров 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 разрядов кода начала измерения, полученные несчетным способом. и соответствующий код начала измерения будет

011.

Момент прихода стоп-импульса на фиг, 3 совпал с единичными полупериодами меандра 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 разрядов кода конца измерения. полученные несчетным способом, и соот I777i!8

10 ветствующий код конца измерения будет

101.

Результат измерения в общем виде:

Кизм = Ксч Кн + Кк. где К з и — двоичный код результата измере- 5 ния;

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

Ки — двоичный код начала измерения, 10 зафиксированный в схемах 8 — 10 запоминания и выданный по выходам 23-25;

К» — двоичный код конца измерения, зафиксированный в схемах 14 — 16 запоминания и выданный по выходам 26-28. 15

Для рассмотреннога примера результат измерения в двоичном коде:.

Кизм = Ксч - Ки+ Кк =

=10000-0«+ 101 = 10010 или, учитывая веса двоичных разрядов, ре- 20 зультат измерения для рассмотренного случая в единицах эталонного интервала будет:

Кизм = 10010 = 1 2 Т+ 0 2О Т +

+О 2 . T + 1 2 2. Т + 0.2 . Т = (2 + 1/4jT.

Для индикации результата измерения 25 используется блок 21 индикации. Коды К«, Кк, Ки индицируются на табло блока 21 в цифровом виде, причем код Ксч — как основная величина, код Кк.— как положительная поправка, код KH — как отрицательная по- 30 правка.

Таким образом, в предложенном измерителе измеряется время между старт-импульсом и первым эталонным импульсом несчетным методом, при этом ошибка кван- 35 тования в начале измерения уменьшается почти на порядок (в 8 раэ) по сравнению с известными измерителями, не использующими синхронизацию генератора эталонной частоты старт-импульсами. 40

Формула изобре гения

Измеритель временных интервалов, содержащий счетчик эталонных интервалов, триггер управления счетом, запоминающие 45 элементы первой группы, установочные входы которых соединены с выходами схем совпадения первой группы, элементы задержки младших комбинационных разрядов, вентильную схему, управляющий вход которой соединен с выходом триггера управления счетом. а выход — со счетным входом счетчика эталонных интервалов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первая и вторая схемы сравнения, схемы совпадения второй группы. запоминающие элементы второй группы и схема дифференцирования, первый информационный вход первой схемы сравнения соединен с входом первого элемента задержки. входом эталонной частоты, входом схемы дифференцирования, первыми информационными входами первых схем совпадения первой и второй групп, второй информационный вход первой схемы сравнения соединен с выходом первого элемента задержки, выход первой схемы сравнения соединен с первым информационным входом второй схемы сравнения, входом второго элемента задержки, первыми информационными Вхо.дами вторых схем совпадения первой и второй групп, второй информационный вход второй схемы сравнения соединен с выходом второго элемента задержки, выход второй схемы сравнения соединен с первыми информационными входами третьих схем совпадения первой и второй групп, выходы схем совпадения второй группы соединены с установочными входами запоминающих элементов второй группы, вторые информационные входы схем совпадений второй группы объединены и соединены с входом импульса начала измерения и входом установки триггера управления счетом, вторые информационные входы схем совпадения первой группы объединены и соедине ;ы с входом импульса конца измерения и входом сброса триггера управления счетом. информационный вход вентильной схемы соединен с выходом схемы дифференцирования, причем вентильная схема дополнительно выполняет функцию расширителя импульсов.

1777118 777118!

2Г

ВхоЪ| З/,ZZ

0 Pmo+m

Cmon

Ь РВ cyemvu a.

19 0

Составитель Д. Юпинов

Редактор О, Стенина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Петрова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4121 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5