Стробоскопический измеритель временных интервалов Советский патент 1983 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике и может быть использовано при измерени периодической последовательности нано- и пикосекундных интервалов вре мени. Известен измеритель временных ин тервалов, содержащий формирователи строб-импульсов, стробоскопические смесители, генераторы, блоки сравне ния, формирователи импульсов запуска, использующие стробоскопическое преобразование частоты исследуемого сигнала и измерение путем времяимпульсного преобразования временного интервала между моментами достижения транспортированным сигналом заданных уровней отсчета Cl3. Данный стробоскопический измеритель временных интервалов имеет недостаточно высокую точность и быстродействие, характерные для времяимпульсного преобразования и стробо С1Лэпического преобразования частоты Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель временных интервалов, содер жащий детектор сигнала биений, два кварцевых генератора, два стробоскопических смесителя, формирователь строб-импульсов, два усилителя, блок управления, два блока измерения амплитуд, два коммутатора, два блока сравнения, два триггера, блок задержек, формирователь импульсов запуска и блок отсчета 12. Недостатками известного измерителя временных интервалов являются низкое быстродействие, разрешаюсая способность и точность измерений, так как для измерения с разрешающей способностью, равной At временного интервала , необходимо время измерения, превышаквдее пТ, где Т - период строб-импульсов, ut - разность периодов частот кварцевых генераторов, п - количество точек считывания в измеряемом интервале. Быстродействие измерений временного интервала определяется количеством точек считывания в измеряемом временном интервале и обратно пропорционально требуемой разрешающей способности. С увеличением разрешающей способности пропорционально увеличивается время измерений. Низкая точность измерений обусловлена применением времянмпульсного ,преобразования и отсутствием

статистической обработки результатов измерения.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем,ЧТО в стробоскопический измеритель временных интервалов, содержащи два стробоскопических смесителя, первые входы кбторых подключены к соответствующим входным шинам измерителя, первый и второй блоки измерени амплитуд, выходы которых соединены с первыми входами соответственно пер- . вого и второго блоков сравнения,кварцевый генератор, выход которого соединен с входом формирователя импульсов запуска, формирователь стробимпульсов, выход которого подключен к второму входу первого стробоскопического смесителя, введены второй формирователь строб-импульсов, генератор высокой частоты, фазометр,два блока управляемой задержки и два дополнительных стробоскопических смесителя,первые входы которыхподключены к выходу генератора высокой частоты, а выходы - к входам фазометра, первые входы первого и второго блоков управляемой задержки соединены с выходами соответственно первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходами первого и второго стробоскопических смесителей соответственно, выход кварцевого генератора подключен к вторым входам блоков управляемой задержки и управляющим вхоДс1М блоков измерения амплитуд, входы которых соединены с соответствующими входными шинами измерителя, выход первого блока управляемой задержки через первый формирователь строб-импульсов подключен к второму входу первого дополнительного стробоскопического смесителя, выход второго блока управляемой задержки через второй формирователь строб-импульсов соединен с вторым входом второго стробоскопического смесителя и вторым входом второго дополнительного стробоскопического смесителя.

На фиг. 1 приведена схема стробоскопического измерителя временных интервалов / на фиг, 2 - временные диаграммы.

Измеритель содержит стробоскопические смесители 1 и 2 , блоки 3 и 4 измерения амплитуд, формирователи 5 и 6 строб-импульсов, дополнительные стробоскопические смесители 7 и 8, блоки 9 и 10 сравнения,кварцевый генератор 11, блоки 12 и 13 управляемой задержки, формирователь 14 импульсов запуска,генератор 15 высокой частоты и фазометр 16.

Устройство работает следующим образом.

На входы блоков 3 и 4 измерения амплитуд и на первые входы стробоскопических смесителей 1 и 2 поступают исследуемые сигналы (фиг. 2а, формируемые схемой (на фиг. 1 не показана, которая запускается формирователем 14 импульсов запуска, синхронизируемым сигналом кварцевого генератора 11 (фиг. 2б. На первые входы дополнительных стробоскопических смесителей 7 и 8 поступает сигнал генератора 15 высокой частоты (фиг 2ж). На вторые входы всех стробоскопических смесителей подаются короткие строб-импульсы (фиг.2д,е), формируемые из выходного сигнала кварцевого генератора 11, задержанного блоками 12 и 13 управляемой задерки (фиг. 2в, г). Таким образом, выходными импульсами каждого формирователя строб-импульсов осуществляется одновременное стробирование сигнала генератора 15 высокой частоты и мгновенных значений исследуемого сигнала, определяемых временами задерлсек блоков 12 и 13 управляемых задержек . Фазовый сдвиг выходных сигналов блоков 12 и 13 управляемой задержки, из которых формируются стробимпульсы, равен

-«if -i- a) (1

где - частота кварцевого генератора 11; t - время задержки блока 12 управляемой задержки) Т2 - время задержки блока 13 управляемой задержки.

Фазовый сдвиг Ч сигналов на выходе дополнительных стробоскопических смесителей 7 и 8, измеренный фазометром 16 (фиг. 2з, и), равен

,

(2

О)

гдет- - коэффициент умножения фазового сдвига,U) - частота генератора высокой частоты uj, Частота „ выходах дополнительных стробоскопических смесите7 и

равна

uj -чпЯ.

:з) и

пр

и теоретически имеет максимальное значение до . В моменты времени, определяемые воздействием фронта и среза сигнала кварцевого генератора 11 на управляющие входы блоков 3 и 4 измерения амплитуд, в них осуществляется измерение и запоминание амплитудного и нулевого уровней исследуемого входного сигнала. После измерения и запоминания уровней в блоках 3 и 4 измерения амплитуд осуществляется определение амплитуды исследуемого,сигнала (разности измеренных уровней)и фиксация соответствующих уровней начал и конца отсчета интервала. Их уровн выставляются при помощи переключателя. В блоках 9 и 10 сравнения про исходит определение знака и уровня разности сигналов, задаваемых в бло ках 3 и 4 измерения амплитуд и значения сигналсз, поступающих с выход стробоскопических смесителей. Выход ные сигналы блоков 9 и 10 сравнения поступают на управляющие входы блоков 12 и 13 управляемой задержки и изменяют время задержки t проходящего через них сигнала кварцевого генератора 11, из которого формируются строб-импульсы до равенства зн чений входных напряжений блоков 9 и 10 сравнения. Таким образом осу ществляется временная привязка .строб-импульсов к заданным уровням отсчета исследуемых сигналов, при этом измеренный временной интервал между заданными уровнями отсчета ст новится равным временному интервалу между строб-импульсами и равным разности времен задержек блоков 12 и 13 управляемой задержки 4- -Т f иэм- 2 Фазовый сдвиг, измеренный фазомет ром 16, связан с измеряемым временным интервалом соотношениями ( 1 ) и (2). При стробировании сигнала генератора 15 высокой частоты стробиьтульсами, временное положение которчлх привязано к отсчетным точкам Измеряемого временного интервала, на выходах дополнительных стробоскопических смесителей 7 и 8 формйруют ся низкочастотные напряжения,разность фаз между которыми определяется как измеряемым временным интервалом, так и отношением частот кварцевого генератрра 11 и генератора 15 высокой частоты. Таким образом, при стробировании сигнала генератора 15 высоко частоты осуществляется умножение раз ности фаз в m раз,.что эквивалентно повышению разрешающей способности также в m раз. Время измерения временного интервала предлагаемым измерителем составляет 5-10 периодов строб-импульсов для осуществления временной привязки строб-импульсов к заданнЕЛи уровням отсчета исследуемого сигнала плюс один период выходной частоты дополнительных стробоскопических смесителей для измерения фазового сдвига, пропорционального измеряемому временному интервалу. Период выходного сигнала дополнительных стробоскопических смесителей 7 и 8 согласно уравнению (3 ) можес быть выбран соизмеримым с периодом строб-импульсов. Учитывая то, что предлагаемый измеритель имеет значительно меньшее время измерения по сравнению с известным и более высокую разрешаю щую способность, при заданном измерения в нем может быть выделено значительное время на статистическую обработку результатов измерения) В результате чего достигается значительно более высокая точность измерения. Предлагаемый измеритель может найти широкое применение на заводахизготовителях микросхем, на приборостроительных предприятиях при осуществлении входного контроля комплектующих интегральных микросхем. Формула изобретения Стробоскопический измеритель вре-менных интервалов, содержащий два стробоскопических смесителя, первые входы которых подключены к соответствующим входным шинам измерителя, первый и второй блоки измерения амплитуд, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго блоков сравнения, кварцевый генератор, выход которого соединен с входом формирователя импульсов запуска, формирователь стробимпульсов , выход которого подключен к второму входу первого стробоскопического смесителя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введены второй формирователь строб-импульсов, генератор высокой частоты, фазометр, два блока управляемой задержки и два дополнительных стробоскопических смесителя, первые входы которых под-ключены к выходу генератора высокой частоты, а выходы - к входам фазометра, первые входы первого и второго блоков управляемой задержки соединены с выходами соответственно первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходами первого и ВТОРОГО стробоскопических смесителей соответственно, выход кварцевого генератора подключен к вторым входам блоков управляемой задержки и управляющим входам блоков измерения амплитуд, которых соединены с соответствующими входными шинами измерителя, выход первого блока управляемой задержки через первый формирователь стробимпульсов подключен к второму входу первого дополнительного стробоскопического смесителя, выход второго блока управляемой задержки через второй формирователь строб-импульсоЯ соединен с вторым входом второго стробоскопического смесителя и вторым входом второго дополнительного стробоскопического смесителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 600454, кл. G, 04 F 10/04, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР №,699439, кл. d 04 F 10/02, 1979.