РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЯ-КОД Российский патент 2010 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования одиночных временных интервалов в цифровой код в широком временном диапазоне.

Известен преобразователь время-код, содержащий генератор опорной частоты, вентиль, триггер, многоотводную линию задержки, счетчик импульсов, схемы И, устройство цифровой регистрации [1]. Недостатком такого преобразователя является наличие методической погрешности преобразования, обусловленной неопределенностью расположения начала преобразуемого временного интервала ВИ относительно образцовой импульсной последовательности, вырабатываемой генератором опорной частоты.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является преобразователь время-код, содержащий рециркуляционный генератор на основе линии задержки, многоотводную линию задержки, схемы И, счетчик импульсов, устройство цифровой регистрации и триггер [2].

Недостаток преобразователя-прототипа состоит в низкой точности преобразования, обусловленной тем, что нестабильность дискретности преобразования определяется нестабильностью времени задержки линии задержки рециркуляционного генератора (РГ) и нестабильностью времени задержки многоотводной линии задержки, время задержки которой должно удовлетворять условию t_рг=t_млз/2, где t_млз - полное время задержки многоотводной линии задержки.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет уменьшения нестабильности дискретности преобразования. Цель достигается тем, что линия задержки из состава РГ исключается, а многоотводная линия задержки включается в рециркуляционный генератор и ее полное время задержки задает период следования импульсной последовательности РГ как T=2t_млз.

На фиг.1 приведена функциональная схема рециркуляционного преобразователя время-код, на фиг.2 и фиг.3 - временные диаграммы его работы.

Рециркуляционный преобразователь время-код содержит многоотводную линию задержки 1, вход которой подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ 2 и к счетному входу счетчика импульсов 3, n-выходов - к соответствующим из n сигнальных входов регистра памяти 4, а (n+1) выход к Д-входу Д-триггера 5 и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 2, второй вход которого соединен с шиной 6 «Вход» преобразователя и со входом формирователя импульсов 7, выход которого подключен к первому управляющему входу регистра памяти 4 и к С-входу Д-триггера 5, прямой выход которого соединен с первыми входами n элементов исключающее ИЛИ 8.1-8.n, выходы которых подключены к соответствующим из n входов шифратора 9, а вторые входы - к соответствующим из n выходов регистра памяти 4, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом счетчика импульсов 3, с R- входом Д-триггера 5 и с шиной 10 «Начальная установка» преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Преобразуемый ВИ в виде прямоугольного импульса длительностью t_x (см. Фиг.2а, Фиг.3а) подается на входную шину 6 и далее на второй вход элемента ИЛИ-НЕ 2.

Элемент ИЛИ-НЕ 2 и многоотводная линия задержки 1 (ее (n+1) - отвод) образуют рециркуляционный генератор, на выходе которого (выход элемента ИЛИ-НЕ 2) вырабатывается серия импульсов, длительность которой не превышает длительности t_x преобразуемого ВИ (Фиг.2б). Период следования импульсов в серии Т=2(n+1)τ, где τ - дискретность задержки между отводами многоотводной линии задержки 1, выбирается равным необходимой (по техническому заданию) дискретности преобразования, а n - число отвод многоотводной линии задержки 1.

Серия импульсов фиксируется в счетчике импульсов 3.

По окончании преобразуемого временного интервала длительностью t_x в счетчике импульсов 3 будет записан код

Из-за неоднозначности расположения импульсной последовательности с периодом Т₀ относительно окончания преобразуемого временного интервала длительностью t_x полученный результат преобразования, описываемый выражением (1), необходимо уточнить на цифровое значение временного интервала длительностью Δt_x (см. Фиг.2а, Фиг.3а). То есть функция преобразования предлагаемого преобразователя должна иметь вид

В определении значения ВИ длительностью Δt_x существует два случая: первый, когда окончание ВИ длительностью t_x приходится на положительный полупериод импульсной последовательности с периодом То (см. Фиг.2а, б), и второй - когда окончание ВИ длительностью t_x приходится на отрицательный полупериод импульсной последовательности с периодом Т₀ (см. Фиг.3а, б). Здесь под положительным и отрицательным полупериодом понимаются значения амплитуды импульсной последовательности с периодом Т₀, соответствующие состоянию логическая единица (положительный полупериод) и состоянию логический ноль (отрицательный полупериод).

В первом случае ВИ длительностью Δt_x определяется как (см. Фиг.2б)

Δt_x′=T-Δt_x,

а во втором (см. Фиг.3б)

.

Преобразование время-код ВИ длительностью Δt_x осуществляется следующим образом:

В первом и втором случаях с n выходов многоотводной линии задержки 1 снимаются n импульсных последовательностей с периодом Т₀, но задержанных относительно начала ВИ, длительностью t_x на время iτ, где i=1, 2, 3, …, n - номер соответствующего отвода многоотводной линии задержки 1 (см. Фиг.2, в-е и Фиг.3в-е).

В регистре памяти 4 осуществляется фиксация тех импульсных последовательностей, снимаемых с многоотводной линии задержки 1, положительные полупериоды которых совпадают с окончанием ВИ длительности t_x. Фиксация происходит по импульсному сигналу длительностью t_ϕ, снимаемому с выхода формирователя импульсов 7 и сформированному из заднего фронта, преобразуемого ВИ длительностью t_x (см. Фиг.2ж и Фиг.3ж). Для повышения надежности срабатывания регистра памяти 4 необходимо, чтобы t_ϕ≥t_p, где t_p - время срабатывания регистра памяти по первому управляющему входу. В первом случае на выходе регистра памяти 4 вырабатывается параллельный единичный код с расположением логических единиц в первых разрядах (см. Фиг.2в-д).

Во втором случае, то есть когда окончание ВИ длительностью t_x приходится на отрицательный полупериод импульсной последовательности с периодом Т₀, регистр памяти вырабатывает параллельный единичный код (ПЕК) с расположением логических единиц не в первых, а в более старших разрядах (см. Фиг.3д, е).

Это приводит к неоднозначности трактования цифрового результата преобразования ВИ длительностью Δt_x во втором случае по отношению к первому. Для устранения указанного недостатка введены n элементов исключающее ИЛИ 8.1÷8.n, в которых сигналом управления с прямого выхода Д-триггера 5, во втором случае происходит установка в ПЕК логических единиц в первых разрядах. Условием срабатывания Д-триггера 5 является момент совпадения импульсной последовательности с (n+1)-вывода многоотводной линии задержки 1 и импульсного сигнала длительностью t_ф, снимаемого с выхода формирователя импульсов 7 (см. Фиг.3ж, з).

Шифратор 9 преобразует ПЕК с выходов n элементов исключающее ИЛИ 8.1÷8.n в позиционный двоичный код, представляющий собой цифровой результат преобразования ВИ длительностью Δt_x.

В первом случае (см. Фиг.2) значение ВИ длительностью Δt_x описывается выражением

Δt_x=mτ,

где область изменения m∈[1÷n], а во втором

Δt_x=nτ,

где область изменения

η∈[1÷n].

Тогда функция преобразования, описываемая выражением (2), с учетом, что Т=2(n+l)τ, будет иметь вид:

в первом случае:

t_x={2(N_t-l)(n+l)+m}τ=N₁τ,

а во втором

где N₁ и N₂ - общий цифровой результат преобразования соответственно в первом и втором случаях.

Определение значений N₁ или N₂ осуществляется в арифметическо-логическом устройстве, которое на фиг.1 условно не показано.

Заметим, что перед началом преобразования триггер 5 и регистр памяти 4 сигналом «Начальная установка» должны по своим выходам устанавливаться в состояние логический ноль.

В случае преобразователя-прототипа нестабильность дискретности преобразования состоит из нестабильности δ_РГ времени задержки линии задержки рециркуляционного генератора (РГ) и нестабильности δ_МЛЗ времени задержки многоотводной линии задержки и определяется как

Так как в предлагаемом преобразователе линия задержки из состава рециркуляционного генератора исключается, а многоотводная линия задержки включается в РГ, нестабильность дискретности преобразования имеет вид

Полагая в выражении (2) δ_РГ=δ_млз, получаем

.

Из полученного выражения следует, что предлагаемый преобразователь имеет в раз меньше значение нестабильности дискретности преобразования.

Таким образом, цель изобретения - повышение точности преобразования - достигнута.

Литература

1. Измерение диагностических параметров интегральных схем / B.C.Сапрыкин, Н.И.Кузнецов, Н.И.Докучаев, Б.В.Острецов. - М: Сов. Радио, 1979. - 104 с. ил. - (Массовая библиотека инженера «Электроника») стр.10, рис.5.

2. Мелешко Е.А. Интегральные схемы в наносекундной ядерной электронике. - Изд. 2-е доп. М.: Атомиздат, 1978, стр.143, рис.3.13.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования одиночных временных интервалов в цифровой код в широком временном диапазоне. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Рециркуляционный преобразователь время-код содержит многоотводную линию задержки, счетчик импульсов, регистр памяти, Д-триггер, элемент ИЛИ-НЕ, формирователь импульсов, n элементов исключающее ИЛИ и шифратор. 3 ил.

Рециркуляционный преобразователь время-код, содержащий многоотводную линию задержки, триггер, элемент ИЛИ-НЕ и счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, вход многоотводной линии задержки подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ и к счетному входу счетчика импульсов, n выходов - к соответствующим из n-сигнальных входов регистра памяти, а (n+1) выход - к Д-входу Д-тригтера и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с шиной "ВХОД" преобразователя и со входом формирователя импульсов, выход которого подключен к первому управляющему входу регистра памяти и к С-входу Д-триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами n элементов исключающее ИЛИ, выходы которых подключены к соответствующим из n выходов шифратора, а вторые входы - к соответствующим из n выходов регистра памяти, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом счетчика импульсов, с R-входом Д-триггера и с шиной «Начальная установка» преобразователя.