Дискриминатор совпадений нониусного измерителя временных интервалов Советский патент 1987 года по МПК G04F10/04 

11305626

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в нониусных измерителях временных интервалов,

Цель изобретения - расширение динамического диапазона измеряемых интервалов путем уменьшения разрешающего времени.

На фиг.1 приведена схема дискриминатора; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы.

Дискриминатор содержит первый и второй D-триггеры 1 и 2, линию 3 задержки, элемент И-НЕ 4 и элемент НЕ- И 5. D-ВХОДЫ триггеров 1 и 2 соединены со старт-входом и первым входом элемента И-НЕ 4, второй вход которого соединен со стоп-входом устройства, С-входов первого D-триггера 1 и

W

15

старт- и стоп-импульсы в это время присутствуют на обоих входах элемента 4, на его выходе О /фиг.2е1 Таким образом, на входах элемента НЕ-И 5 О, и на его выходе появляется единичный импульс (фиг.2ж), который сбрасывает D-триггер 1, устанавливающий, в свою очередь, D-триггер 2 в Сфиг.2в,г). Длительность выходного импульса определяется задержками в D-триггерах и 2 и элементе НЕ-И 5.

Требуемая задержка линии 3 определяется формулой

t -бр + ut(,,

где - разность требуемых времен перекрытия для триггеров 1 и 2 (должна быть положитегльной) . Для уменьшения йСц триггеры для дискриминатора через линию 3 задержки с С-входом вто- - рекомендуется выбирать на одном крисрого D-триггера 2. Прямой выход первого D-триггера 1 соединен с его же S-входом, а инверсньш вьрсод - с первым входом элемента НЕ-И 5 и S-входом второго D-триггера 2, прямой выход которого соединен с вторым входом элемента НЕ-И 5, третий вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ 4, а выход - с R-входом первого D- триггера 1 и образует выход устройства. Дискриминатор может быть реализован на микросхемах серии К500.

Устройство работает следующим образом.

Пусть период следования старт-импульсов больше периода следования стоп-импульсов (фиг.2а,б). В началь- ньй момент D-триггер 1 установлен в состояние О, а D-триггер 2 - в состояние 1 (фиг.2в-д). Как только фронт стоп-импульса придется на единичный уровень старт-импульса, первый D-триггер 1 перейдет в состояние

25

30

талле. При минимальном измеряемом времени Т, нониусным измерителем, со держащим предлагаемьй дискриминатор, серия импульсов, поступающая на счет всегда должна иметь два импульса,так как на первом импульсе срабатывает триггер 1, а на втором - триггер 2. Наличие в счетной серии больщого количества импульсов свидетельствует о неверно подобранной линии 3 задержки .

Высокое временное разрешение обеспечивается крутой характеристикой переключения D-триггеров, на которых 35 собрана схема, а малое разрешающее время достигается схемным решением. До совпадения дискриминатор имеет характеристику згщержанных совттаде- ний, определяемую триггером . После срабатывания триггера I, который работает как ячейка памяти, запоминающая фазовое состояние старт- и стоп-импульсов, предшествующее совпадению,

40

..,,., л кривая задержанных будет определятьГ (фиг.2в, г). Тем самым схема под-

готовлена к индикации совпадения фронтов, так как разрешен переход второго D-триггера 2 в О. Через несколько периодов фронт стоп-импульса будет отставать от фронта старт-импульса на минимальное время перекрытия, еще достаточное для того, чтобы первый D-триггер 1 удерживался в

50

ся триггером 2. Узкая область перекрытия этих характеристик и определяет малое разрешающее время дискриминатора ( пс) .

Такое разрешающее время удается достичь, используя дифференциальные схемы совпадений, построенные на D- триггерах. Однако эти схемы, имеющие узкую характеристику задержанных сов падений в пикосекундной области, являются чувствительными и фазовым отклонениям фронтов совпадающих старт- и стоп-импульсов ut(p. При д t,та кая схема выделяет совпадения с масостоянии 1. при этом благодаря линии 3 задержки фронт стоп-импульса на С-входе второго D-триггера 2 появляется, когда на его D-входе уровень О, и D-триггер 2 переходит в состояние О (фиг.2д). Так как

5

старт- и стоп-импульсы в это время присутствуют на обоих входах элемента 4, на его выходе О /фиг.2е1. Таким образом, на входах элемента НЕ-И 5 О, и на его выходе появляется единичный импульс (фиг.2ж), который сбрасывает D-триггер 1, устанавливающий, в свою очередь, D-триггер 2 в Сфиг.2в,г). Длительность выходного импульса определяется задержками в D-триггерах и 2 и элементе НЕ-И 5.

Требуемая задержка линии 3 определяется формулой

t -бр + ut(,,

где - разность требуемых времен перекрытия для триггеров 1 и 2 (должна быть положитегльной) . Для уменьше5

0

талле. При минимальном измеряемом времени Т, нониусным измерителем, содержащим предлагаемьй дискриминатор, серия импульсов, поступающая на счет, всегда должна иметь два импульса,так как на первом импульсе срабатывает триггер 1, а на втором - триггер 2. Наличие в счетной серии больщого количества импульсов свидетельствует о неверно подобранной линии 3 задержки .

Высокое временное разрешение обеспечивается крутой характеристикой переключения D-триггеров, на которых 5 собрана схема, а малое разрешающее время достигается схемным решением. До совпадения дискриминатор имеет характеристику згщержанных совттаде- ний, определяемую триггером . После срабатывания триггера I, который работает как ячейка памяти, запоминающая фазовое состояние старт- и стоп-импульсов, предшествующее совпадению,

0

ся триггером 2. Узкая область перекрытия этих характеристик и определяет малое разрешающее время дискриминатора ( пс) .

Такое разрешающее время удается достичь, используя дифференциальные схемы совпадений, построенные на D- триггерах. Однако эти схемы, имеющие узкую характеристику задержанных совпадений в пикосекундной области, являются чувствительными и фазовым отклонениям фронтов совпадающих старт- и стоп-импульсов ut(p. При д t,такая схема выделяет совпадения с малои степенью вероятности, т.е. является непригодной для применения ее в нониуслых измерителях. Предлагаемый дискриминатор является независимым от фазовых отклонений фронтов совпадающих импульсов, так как в каждый отдельный момент времени он имеет характеристику задержанных совпадений одного из триггеров с utg,

10

произошло бы выделение совпадения

и измеряемый интервал был бы опробиро

ван с большой погрешностью. Элемент И-НЕ 4 не допускает ложных срабатываний схемы при наличии фазовых не- стабильностей старт- и стоп-импульсов в момент, когда начинается их п рекрытие. Реально существующие фазо вые нестабильности генераторов дают погрешность измерения не более одно го импульса.

Для того, чтобь иметь разрешение нониусного измерителя на уровне it необходимо обеспечить разницу в периодах старт- и стоп-генераторов, равную ut, и иметь величину разрешающего времени дискриминатора совпаде- (5 Дискриминатор совпадений нониусФормула изобретени

НИИ Ор , также равную fit. Выполнение условия ut L. t. позволяет увелиного измерителя временных интервалов, содержащий первый и второй D-тригге- ры, элемент И-НЕ и линию задержки, отличающий ся тем, что.

чить динамический диапазон измеряемых

временных интервалов при сохранении

высокого разрешения нониусного изме- 20с целью расширения динамического дирителя.апазона измеряемых интервалов путем

Назначение элемента И-НЕ 4 иллюст-уменьшения разрешающего времени, в рирует временная диаграмма, (фиг.З),него введен элемент НЕ-И, выход кото- на которой представлен процесс выде-рого соединен с R-входом первого триг- ления совпадений при наличии фазовых -5гера, инверсный выход которого соеди- нестабильностей старт- и стоп-импуль-нен с первым входом элемента НЕ-И, с сов. Б нониусных измерителях обычноS-входом второго триггера, при этом используются генераторы ударного воз-прямой выход первого триггера под- буждения, которым в момент разгонаключен к его же S-входу, а D-вход свойственна фазовая нестабильность 30первого триггера объединен с D-BXO- импульсов utq-,. Точками на шкаледом второго триггера, с первым вхо- стоп-импульсов показаны положения им-дом элемента И-НЕ и подключен к старт- пульсов, соответствзпощие идеальномувходу дискриминатора, при этом стоп- случаю (без фазовых нестабильностей).вход дискриминатора соединен с вхо- Отклонения стоп-импульсов от идельно-35ДО линии задержки, с С-входом первого положения приводят к тому, чтого триггера и с вторым входом элементриггер 2 срабатывает дважды, причем срабатьшание на 3-м стоп-импульсе (фиг.З) является неверным. В этот момент еще нет совпадения фронтов старт- и стоп-импульсов. При отсутствии элемента И-НЕ 4 в этот момент

произошло бы выделение совпадения

и измеряемый интервал был бы опробирован с большой погрешностью. Элемент И-НЕ 4 не допускает ложных срабатываний схемы при наличии фазовых не- стабильностей старт- и стоп-импульсов в момент, когда начинается их перекрытие. Реально существующие фазовые нестабильности генераторов дают погрешность измерения не более одного импульса.

Дискриминатор совпадений нониус Дискриминатор совпадений нониусФормула изобретения

ного измерителя временных интервалов, содержащий первый и второй D-тригге- ры, элемент И-НЕ и линию задержки, отличающий ся тем, что.

та И-НЕ, выход которого подключен к второму входу элемента НЕ-И, третий вход которого соединен с прямым вы- ходом второго триггера, С-вход которого соединен с выходом линии задержки.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть исйользова- но в нониусных измерителях временных интервалов .Цель изобретения - уменьшение разрешающего времени дискриминатора совпадений - достигается введением элемента НЕ-И 5. Кроме того, дискриминатор содержит D-триггеры 1 и 2, линию 3 задержки, элемент И-НЕ 4. Элемент И-НЕ 4 не допускает ложных срабатываний схемы при наличии фазовых нестабильностей старт- и стоп- импульсов в момент, когда начинается их перекрытие. Реально существующие фазовые нестабильности генераторов дают погрешность измерения не более одного импульса. 3 ил. S СЛ Выход

и

Фиг. 2

П--нП

и

и

JL

Фиг.З