Устройство для формирования временного интервала

 

Устройство для формирования временного интервала относится к радиотехнике и обеспечивает повышение точности формирования временного интервала. Устройство содержит линию задержки 2 с отводами, позволяющую уменьшить дискретность задания временного интервала, сумматор 8, позволяющий смещать счетную последовательность в соответствии с задаваемым кодом формируемого временного интервала, а также генератор импульсов 1, мультиплексор 5, синхронизатор 3, триггер управления 4, шифратор 6, регистры 7, 9, счетчик импульсов 10, шины кодов интервалов, шину установки, входную шину. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении измерительных систем.

Известны преобразователи цифрового кода во временной интервал, основанные на считывании заданного двоичного кода сигналами эталонной частоты и содержащие схему привязки импульсов эталонного генератора к началу формируемого интервала времени [1, 2] Недостатком данных устройств является сложность схем синхронизации, требующих коррекции сформированного временного интервала полученным кодом ошибки синхронизации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является устройство [3] содержащее эталонный генератор импульсов, счетчик, синхронизатор, триггер управления и многотактный генератор.

Недостатком данной схемы является низкая точность, т.к. синхронизация с началом формируемого интервала имеет ошибку, определяемую периодом импульсов эталонного генератора, деленным на число выходов многотактного генератора, которое ограничено частотными свойствами элементов генератора, кроме того, дискретность задаваемого временного интервала определяется периодом импульсов эталонного генератора, в результате ограниченность диапазона задаваемых интервалов времени также приводит к снижению точности.

Цель предлагаемого изобретения повышение точности формирования временного интервала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство формирования временного интервала, содержащее эталонный генератор импульсов, синхронизатор, соединенный синхронизирующим входом с шиной запуска устройства, а выходом с входом шифратора, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, триггер управления, вход установки которого соединен с шиной запуска устройства, вход сброса с шиной установки устройства, а выход с управляющим входом первого регистра, счетчик импульсов, выход которого соединен с выходом устройства, информационный вход с шиной кода интервала старших разрядов, а вход занесения с шиной установки, дополнительно введены линия задержки с отводами, вход которой соединен с выходом генератора импульсов, а выходы с входами синхронизатора, мультиплексор, выход которого соединен со счетным входом счетчика, а входы с выходами линии задержки с отводами, вход разрешения с выходом триггера управления, сумматор, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, а вход первого слагаемого соединен с выходом первого регистра, и второй регистр, выход которого соединен с входом второго слагаемого сумматора, а управляющий вход с шиной установки устройства, информационный вход соединен с шиной кода интервала младших разрядов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство содержит новые элементы: линию задержки с отводами и мультиплексор, позволяющие уменьшить счетный дискрет формируемого интервала времени без повышения частоты эталонного генератора, а также второй регистр и сумматор, обеспечивающие введение дополнительных младших разрядов кода интервала времени. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна". Для установления соответствия технического решения критерию "существенные отличия" проанализируем предлагаемое решение с существующими.

Во-первых, применение линии задержки с отводами эквивалентно применению генератора счетных эталонных импульсов с частотой, в n раз большей предельно возможной для данного генератора, где n число отводов линии задержки.

Во-вторых, возможность управлять подключением соответствующего вывода линии задержки в соответствии с кодом задаваемого интервала к счетному входу счетчика позволяет с большей точностью задавать формируемый временной интервал. Тем самым и точность, и дискретность временного интервала определяются дискретом отвода линии задержки, причем он свободно может уложиться в предел нестабильности эталонного генератора.

При сравнении заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями не обнаружены решения, обладающие сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для формирования временного интервала.

Устройство содержит генератор импульсов 1, линию задержки 2 с отводами, синхронизатор 3, триггер управления 4, мультиплексор 5, шифратор 6, второй регистр 7, сумматор 8, первый регистр 9 и счетчик 10. Выход генератора импульсов 1 соединен с входом линии задержки 2, а выходы отводов линии задержки 2 соединены с входами мультиплексора 5 и синхронизатора 6, синхронизирующий вход которого соединен с шиной запуска, а выходы через шифратор 6 и первый регистр 9 с входами первого слагаемого сумматора 8. Информационный выход мультиплексора 5 соединен с счетным входом счетчика 10, а управляющий вход с выходом сумматора 8. Выход триггера управления 4 соединен с входом разрешения мультиплексора 5 и входом занесения информации первого регистра 9. Выход второго регистра 7 соединен с входом второго слагаемого сумматора 8, а информационный вход соединен с шиной "Код интервала младшие разряды". Информационный вход счетчика 10 соединен с шиной "Код интервала старшие разряды", а выход счетчика 10 соединен с выходом устройства. Шина установки соединена с входами занесения второго регистра 7 и счетчика 10, а также с входом "Сброс" триггера управления 4, вход занесения которого соединен с шиной запуска.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Импульсы счета эталонной частоты, вырабатываемые генератором 1, распределенные во времени и в пространстве линией задержки 2, так что его период Т_о разбивается на n временных дискретов, каждый из которых ≥ Т_о/n (где n число выводов линии задержки), поступают на входы синхронизатора 3. На одном из выходов синхронизатора по сигналу "Запуск" формируется импульс, совпадающий во времени с передним фронтом импульса одноименного отвода линии задержки 2. Далее с выхода синхронизатора 3 унитарный код поступает на шифратор 6 двоичного кода, с выхода шифратора двоичный код поступает на вход регистра 9, где запоминается по переднему фронту сигнала с триггера управления 4. На второй регистр 7 с входа устройства поступает и запоминается сигналом "Установка" двоичный код временного интервала младшие разряды (код временного интервала, соответствующий части периода импульса счета с генератора 1). С выходов регистров 7 и 9 двоичные коды поступают на входы сумматора 8, с выхода которого сумма этих кодов поступает на управляющий вход мультиплексора 5, тем самым подключая соответствующий выход линии задержки 2 к счетному входу счетчика 10. На счетчике 10 по сигналу "Установка" записался код временного интервала старшие разряды (код временного интервала, соответствующий целому числу периодов импульсов счета с генератора 1). При полном считывании кода со счетчика 10 на выходе его формируется сигнал, означающий отметку заданного временного интервала, причем дробная часть этого временного интервала, меньшая периода счета, была учтена при подключении соответствующего отвода линии задержки 2.

Устройство включается в работу сигналом "Запуск", означающим начало формируемого временного интервала, и сигналом "Установка", по которому заносится код интервала и осуществляется сброс триггера управления 4. Кроме этого, по сигналу "Запуск" формируется сигнал разрешения счета на триггере 4 и формируется в регистре 9 двоичный код номера отвода линии задержки 2, на котором сигнал совпадает с сигналом запуска.

На фиг. 2 показана схема синхронизатора 3.

На каждом входе имеется схема И, на вторые входы этих схем подается сигнал "Запуск" (синхронизирующий сигнал), являющийся разрешающим, в результате чего на выходах появляются импульсы с отводов линии задержки 2, т.е. на выходах этих схем И фиксируется момент (отрезок) времени, больший периода импульсов с генератора 1, или равный ему.

Далее подключена следующая линейка схем совпадения на два входа (И), на один вход которых поступает сигнал с соответствующего выхода предыдущей схемы И, а на второй инвертированный вход cигнал с выхода предыдущей схемы И. В результате на одном из выходов схем совпадения (или на двух, если дискрет отвода линии задержки >Т_о/n) появляется сигнал, совпадающий во времени только с передним фронтом одного из импульсов с линии задержки 2 и с передним фронтом сигнала "Запуск". Сигналы с каждой схемы совпадения поступают на базу транзистора схемы выделения максимального сигнала из n сигналов. Полностью отпирается тот транзистор, на котором действует максимальный сигнал, остальные закрываются, т.е. формируется унитарный код, который далее поступает на шифратор 6.

Реализация предлагаемого устройства возможна на широко распространенных элементах (например, микросхемах серии 1500, 6500, 530 и т.д.), кроме того, линию задержки с отводами можно реализовать на цепочке элементов серии ЭСЛ, ТТЛ с задержкой несколько наносекунд на один дискрет задержки. Генератор импульсов 1 представляет собой схему генерации с кварцевым резонатором или с термостатом, подобные схемы широко распространены и имеют достаточную точность (выше 10^-5). С этой же точностью устройство позволяет формировать и временные интервалы.

Точность определяется максимальной рабочей частотой элементной базы устройства. Многотактный генератор в прототипе представляет собой последовательностную схему, т. е. содержит элементы типа триггера. Линия задержки с отводами предлагаемого устройства не имеет подобных элементов, а может содержать комбинационные элементы с быстродействием в три раза выше (например, для серии 530 триггер имеет быстродействие ≈ 70 МГц или задержку порядка 15 нs, а логический элемент имеет задержку ≈ 5 нs), т.е. дискрет счета позволяет повысить точность в три раза. При этом импульсы счета счетчика 10 проходят только через ключ (мультиплексора 5), а формируемый код управления по цепи: синхронизатор 3, шифратор 6, первый регистр 9, сумматор 8, время срабатывания этой цепи должно уложиться в период импульсов с генератора 1. Установка длительности интервала (составляющей) через сумматор 8 также не вносит погрешности.

Пример конкретного исполнения. Элементная база серия 530, генератор 1 имеет частоту 70 МГц стабильностью 10^-5, число отводов линии задержки 15 (дискрет задержки ≈ 1 нs). Тогда единица младшего разряда составляет 1 нs и для диапазона задаваемого интервала времени до 100 мкс погрешность составляет 10^-5 (для прототипа единица младшего разряда 15 нs).

Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет повысить точность задаваемого временного интервала.

(56) 1. Шполянский В.A. Хронометрические системы. M. "Машиностроение", 1980.

2. Автоматическая аппаратура контроля радиоэлектронного оборудoвания. М. "Cоветское радио", 1975.

3. Авторское свидетельство СССР N 1246045, кл. Н 03 К 5/153, 1986.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВРЕМЕННОГО ИНТЕРВАЛА, содержащее генератор импульсов, синхронизатор, соединенный синхронизирующим входом с шиной запуска, а выходами с входом шифратора, триггер управления, вход установки которого соединен с шиной запуска, вход сброса с шиной установки, счетчик импульсов, выход которого соединен с выходом устройства, информационный вход с шиной кода интервала старших разрядов, а вход занесения с шиной установки, отличающееся тем, что с целью повышения точности, в него дополнительно введены линия задержки с отводами, первый и второй регистры, сумматор и мультиплексор, выход которого соединен с счетным входом счетчика импульсов, входы с выходами линии задержки с отводами, вход которой подключен к выходу генератора импульсов, и с входами синхронизатора, вход разрешения мультиплексора подсоединен к выходу триггера управления и к управляющему входу первого регистра, информационный вход которого соединен с выходом шифратора, а выход с первым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, а второй вход с выходом второго регистра, информационный вход которого соединен с шиной кода интервала младших разрядов, а управляющий вход с шиной установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2