Преобразователь временного интервала в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/12 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для аналого- цифрового преобразования временного интервала в код.

Целью изобретения является уменьшение .погрешностей и повышение разрешающей способности преобразователя.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг.2 - выполнение формирователя 1; на фиг. 3 - условия компенсации токов в линиях 2 и 3; на фиг. 4 - пример топологии преобразователя.

Блок-схема (фиг.1) содержит формирователь 1 старт- и стоп-импульсов, передающую линию 2 старт-импульса, передающую линию 3 стоп-импульса,индуктивно связанные 2 джозефсоновс- ких элементов 4, индуктивно соединенных с линиями 2 и 3, токоограничи- вающие элементы 5 сопротивлением R, причем длина передающей линии 2 старт-импульса в 2 раз больше дли- ны передающей линии 3 стоп-импульса, где п - число разрядов выходного кода.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Импульс измеряемой длительности поступает на вход формирователя 1 и формирует по переднему фронту старт- импульс единичной формы, который поступает в передающую линию 2. При прохождении старт-импульса по линии 2 к элементу 5 последовательно с одинаковой задержкой переключаются в состояние 1 джозефсоновские элементы 4 . По заднему фронту входного им- пульса формируется стоп-импульс единичной формы и подается в передающую линию 3 для компенсации влияния импульса в линии 2 на джозефсоновские элементы 4. Так как длина линии 3 в 2 раз меньше, то стоп-импульс догоняет старт-импульс за время, меньшее, чем старт-импульс проходит расстояние между двумя соседними джозеф соновскими элементами. Следовательно остальные джозефсоновские элементы в состояние 1 не переводятся. В зависимости от длительности входного импульса изменяется единичный код на выходе 2 джозефсоновских элементов, После считывания кода джозефсоновские элементы путем кратковременного уменьшения их тока питания при одновременном сбросе импульсов ток-а в

линиях 2 и 3 переводятся в состояние О - устройство готово к следующему измерению.

Сопротивления элементов 5 передающих линий для устранения искажения должнь равняться характеристическому сопротивлению линий. В качестве джозефсоновских элементов можно использовать туннельные одиночные джозефсоновские контакты или интерферометры на их основе,

В качестве формирователя 1 можно использовать известные схемотехнические решения. Так, на фиг. 2 приведена реализация преобразователя временного интервала в код с формирователем, использующим логический элемент НЕ. В соответствии с приведен- ными эпюрами входного напряжения и напряжения на выходе элемента НЕ ясно, что лишь во время, когда Ug О, джозефсоновским элементам разрешено переключение в состояние с напряжением.

Процесс компенсации током в линии 3 влияния волны тока в линии 2 связан с изменением местоположения рабочей точки джозефсоновского элемента на его управляющей характеристике (фиг.3) .

В случае использования в качестве джозефсоновского элемента одиночного джозефсоновского контакта его управляющая характеристика может быть сделана несимметричной. Выберем ток питания элемента величиной I (фиг.За). Тогда в случае появления в передающей линии 2 тока (где М - эффективная индуктивность, характери- зукщая магнитную связь линии с джозефсоновским контактом; k 1 - параметр, зависящий от формы управляющей характеристики) рабочая точка переместится из сверхпроводящей области (точка а) в нормальную область (т. б) и контакт переключится в состояние с напряжением, что соответствует логической I. Если теперь ток 1 уменьшится, то контакт останется в этом состоянии с напряжением, пока импульсный ток питания не уменьшится до нуля. В случае появления в линии 3 тока I,-k P/2M (в момент 12 0) рабочая точка переместится из сверхпроводящего состояния (т.а) также в сверхпроводящее (т,в). Если те.-, перь в линии 2 появится ток 1, соответствующий волне напряжения нходного сигнала U, , то контакт останется в сверхпроводящем состоянии, так как рабочая точка не выйдет за пределы сверхпроводящего состояния управляющей характеристики. По оси абсцисс рабочая точка задается величиной

(Ь

Ij) 2ll/k, причем знак тока I

отрицательный, что достигается выбором направления этого тока компенсации или топологически.

В качестве джозефсоновского элемента можно использовать не только одиночный джозефсоновский контакт, но и сквид. Управляющая характеристи- ка сквида приведена на фиг.Зб. Принцип рекомпенсации аналогичен. Однако для его реализации необходимо создать поток смещения Ф о /А за счет дополнительного постоянного тока в любой из передающих линий или за счет тока смещения в имеющейся в сквиде шине смещения. Кроме того, управляющая характеристика сквида может быть сделана несимметричной аналогично рассмотренной характеристике контакта, в этом случае поток смещения не нужен .

Длина линии 3 должна быть в 2 или более раз меньше длины линии 2, Так, если для преобразователя (фиг.2) линия 3 слишком длинная, то компенсация тока в линии 2 для последних джо- зефсоновских элементов происходит с максимальной временной задержкой распространения сигнала по линии 3: tj vl,, где V - скорость электромагнитной волны в линии 3 длиной 13. За это время волна в линии 2 длиной

Ij проходит расстояние Д1 Л1, (1), Чтобы не было ошибочного переключения еще одного элемента, требуется выполнение условия ul (2), где ul соответствует кванту времени At. Так как ul , то с учетом (1) и (2) получаем условие 1 2 2 . Таким образом, компенсация должна происходить за время, меньшее, чем старт-импульс пройдет расстояние между двумя соседними джозефсоновскими элементами, иначе потребуется учитывать возникающую ошибку (лишние переключения) дополнительными логическими блоками.

Устройство предназначено для ана- ЛОГО-1ШФРОВОГО преобразования дли

0

5

5

тельности входного импульсного напряжения в цифровой единичный код.При необходимости получения широкоиспользуемого двоичного кода требуется просуммировать все единицы на выходе AUJI с помощью известных криоэлектрон- ных сумматоров, В зависимости от принципа построения сумматоров джо- зефсоновские элементы подключаются к элементам сумматора на резистивной логике непосредственно или имеют индуктивную связь с ними.

На фиг. 4 приведен .топологический рисунок фрагмента преобразователя, включающего джозефсоновские элементы (контакты) и передающие линии 2 и 3. Пунктирными линиями обозначен размер д1 и величина л, линий 2 и 3 соответственно. Для выбранного промежутки между линиями в 10 мкм ширина меандра будет 490 мкм. Таким образом, ширина ячейки 0,5 мм. Длина меандра для 8-разрядного АЦП 1 , 7,68 мм, где il, 30 мкм одновременно длина одной ячейки меандра.

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Преобразователь временного интервала в код, содержащий формирователь старт- и стоп-импульсов, вход которого является входной шиной, отличающийся тем, что, с целью .уменьшения погрешностей и повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены 2 джозефсоновс- ких элементов, где п - число разрядов выходного кода, два токоограничиваю- щих элемента и две передающие линии соответственно старт- и сов,

джозефсоновскими элементами, выходы которых являются выходными шинами, при этом входы передающих линий старт- и стоп-импульсов соединены соответственно с одноименными выходами формирователя старт- и стоп-импульсов, а выходы - через соответствующие токо- ограничивающие элементы - с шиной нулевого потенциала, причем длина передающей линии старт-импульсов в 2 раз больше длины передающей линии стоп-импульсов,

стоп-импуль- индуктивно соединенные с 2

-czv-L

fPU8. 2

a)

упр.

.

Редактор А.Маковская

Составитель В.Солодова Техред А.Кравчук

Заказ 5200/57

Тираж 899Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Физ. 3

Корректор С, Шекмар