Измеритель времени задержки импульсов Советский патент 1988 года по МПК G04F10/00 

-55

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении времени задержк сигнала зз пассивных электрических цепях..

Цепью изобретения является повыше нпе быстродействия измерения.

На фиг, 1 представлена функционал пая схема измерителя времени задерж- :ки импульсов; на фиг. 2 - функционалная схема блока стрсбирования; на фиг, 3 - функциональная схема блока управления; на фиг. 4 - диаграмма ра бо7Ъ измерителя.

Измеритель (фиг. 1) содержит пер

вый генератор 1 импульсов, элемент ШШ 2, второй генератор 3 импульсов, блок 4 задержкИд блок 5 стробирова- 1ия, выходную шину 6, амплитудный 20 компаратор 7, делитель 8 напряженияj электронный ключ 9, элемент И 10, счетчш : 1 1 циклов, элемент-ИЛИ 12, счетчшс 13 тактов, дешифратор 14,блозс 15 управления, третий и четвертый 25 генераторы 16, 17 импульсов, второй блок 18 задержки, триггер 19, блок 2.0 измерения задержки, которьй содержит .последовательно соединенные реверсивto

5

0 5

циклов соединен с выходом генератора 3 импульсов. Первый, второй, третий выходы счетчика 13 тактов подключены соответственно к первому, второму и третьему входам дешифратора 14. Второй, третий, четвертый, пятый вьгхсды дешифратора 14 подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому входам блока 15 управления. Выходы генераторов импульсов 16, 17 подключены соответственно к пятому и шестому входам блока 15 управления.

Первый выход блока 15 управления соединен с управляющим входом электронного ключа 9, второй выход - с третьим входом блока 5 стробирования, третий и четвертый выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока 20 измерения задержки. Выход блока 18 задержки соединен с четвертым входом блока 20 изм ерения задержки.

Блок 5 стробирования состоит . (фиг. 2) из первого инвертора 24,двух элементов И-НЕ 25, 26 второго инвертора 27, согласующего каскада 28.Согласующий каскад 28 выполнен в виде

Изобретение относится к измери- тельнЬй технике. Цель изобретения - повышение быстродействия измерения. Измеритель времени задержки импульсов содержит первый генератор 1 импульсов, элемент ИЛИ 2, второй генератор 3 импульсов, блок 4 задержки, блок 5 стробирования, выходную шину 6, амплитудный компаратор 7, делитель 8 напряжения, электронный ключ 9.С целью повьшения быстродействия измерения в измеритель введены элемент И 10, счетчик 11 циклов, элемент ИЛИ 12, счетчик 13 тактов, дешифратор 14, блок 15 управления, третий и четвер- тьм генераторы 16, 17 импульсов, второй блок 18 задержки, триггер 19, блок 20 измерения задержки. Блок 5 стробирования предназначен для запрета прохождения падакнцих импульсов на вход внешнего запуска генератора 3 импульсов fe цикле измерения. Блок 15 управления предназначен для: управления переключением электронного ключа 9, управления блоком 5 стробирования, пepeкJШ)чeния реверсивного счетчика 21 из режима сложения в ре жим вычитания и наоборот. В описании приведены примеры реализации блока 5 стробирования и блока 15 управления. 4 ил.

ный счетчик 21, блок 22 переписи, ин- 30 эмиттерного повторителя, согласовандикатор 23,

Генератор 1 импульсов, элемент :йПИ 2, генератор 3 импульсов, блок 4 задержки, амплитудный компаратор 7, блок 5 стробирования и элемент И 10 соединены последовательно, Первьш выход блока 4 задержки соединен с выходной шиной 6 устройства, а, второй выход - с вторым входом блока 5 стробирования. Первьш и второй выходы делителя 8 напряжения подключены соответственно к первому и второму входам эл ктронного ключа 9, выход которого соед,инен с вторым входом амплитудного компаратора 7. Выход генератора 1 импульсов соединен с первьп ш входами счетчика 11.циклов, блока 20 измерения задержки, триггера 19, элемента 1ШИ 12 и с входом блока 18 заБлок 15 управления (фиг. 3) предназначен для управления переключением электронного ключа 9 (подключения уровня 0,5 или 0,25 с выхода дедержки. Первый выход дешифратора 14

подключен к вторым входам триггера лителя 8); управления блоком 5 строга элемента ИЛИ 12. выход триггера 19

бирования (включение режимов измерение или Калибровка); переклкг- чения реверсивного счетчика 21 из режима сложения в режим вычитания и 55 наоборот и состоит из элементов И 29- 32, элементов ИЛИ 33-36.

соединен с. вторым входом элемента И iO, Выход.элемента и Ю соединен с вторым входом .элемента ИЛИ 2. Выход ИЛИ 12 подключен к первому входу счетчика 13 тактов, второй вход которого соединен с выходом счетчика II циклов. Второй вход счетчика 11

5

0

5

ного с волновым сопротивлением исследуемого тракта. Второй выход блока 4 задержки соединен с входом инвертора 24, выход которого соединен с первым входом элемента Й-НЕ 25 на второй вход которого подается сигнал с четвертого выхода блок 15 управления. Первый выход элемента И-НЕ 25 соединен с первым входом элемента И-НЕ 26, второй вход которого соединен с вьрсодом амплитудного компаратора 7. Выход элемента Й-НЕ 26 соединен с входом инвертора 27, выход которого соединен с входом согласую- щего каскада 28, выходом подклю-чен- ного к первому входу элемента И 10.

Блок 15 управления (фиг. 3) предназначен для управления переключением электронного ключа 9 (подключения уровня 0,5 или 0,25 с выхода делителя 8); управления блоком 5 стробирования (включение режимов измерение или Калибровка); переклкг- чения реверсивного счетчика 21 из режима сложения в режим вычитания и наоборот и состоит из элементов И 29- 32, элементов ИЛИ 33-36.

Первый вход элемента И 29 соединен с первым вькодом дешифратора 14,.

31420598

второй вход - с выходом генератора ,16. Первый вход элемента И 30 Соединен с третьим выходом дешифратора 14, второй вход - с выходом генератора 17. Первый вход элемента И 31 . соединен с четвертым выходом дешифратора 14, второй вход - с выходом генератора 17. Первый вход элемента И 32 соединен с вторым выходом депшф- Q

ратора 14, второй вход - с выходом генератора 16. Первый вход элемента ИЛИ 33 соединен с первым выходом дешифратора 14, второй вход - с вторым вькодом дешифратора 14. Первый вход элемента ИЛИ 34 соединен с вторым выходом дешифратора 14, второй вход - с третьим вькодом дешифратора 14. Первый вход элемента ИЛИ 35 соединен с выходом элемента И 29, второй вход - с выходом элемента И 30. Выход элемента. ИЛИ 35 соединен с первым входом реверсивного счетчика 20. Первый вход элемента ИЛИ 36 соединен с выходом элемента И 31, второй вход - с выходом элемента И 32.

Генераторы 1, 16, 17 импульсов представляют собой автоколебательные импульсные генераторы.

Генератор 3 импульсов предназначен для формирования длительности и амплитуды импульсов и задержки их относительно запускающих импульсов. Он должен удовлетворить следующим требованиям: длительность импульса 0,1-1,0 МКС,обеспечение режима внешнего запуска, наличие устройства точной фазной привязки формируемых импульсов относительно запускающих, обеспечении задержки 1-100 мкс.

Блок 4 задержки предназначен для создания задержки импульсов в цепи обратной связи импульсного генератора, состоящего из соединенных в кольцо генератора 3, блока 4 задержки, амплитудного компаратора 7, блока 5 стробирования, элемента И 10, элемента ИЛИ 2. Блок 4 задержки реализует- ся последовательным соединением ли- НИИ задержки по типовой схеме.Выходной каскад блока 4 задержки должен быть согласован с волновым сопротивлением исследуемого тракта.

Блок 5 стробирования предназначен .для запрета прохождения падающих импульсов на вход внешнего запуска генератора 3 имхгульсов в цикле измерения.

30

40

45

15 7

20

25 в

35

50

55

Устройство работает следующим образом.

Импульс (фиг. 4а) генератора 1 устанавливает исходное состояние счетчика 11 1Ц1КЛОВ, реверсивного счетчика 21, триггера 19 и через элемент ИЛИ 12 счетчика 13 тактов На выходах дешифратора 14 устанавливаются О (фиг. 4, м-р). Блок 15 управления

запрещает прохождение импульсов с генераторов 16, 17 на вход реверсивного счетчика 21 (фиг. 4с,т) и подключает к амплитудному компаратору 7 Зыход О, 25 делителя 8 напряжения, а О на втором выход-е блока 15 управлё ния (фиг. 44) ° переводит по третьему входу блок 5 стробирования в режим калибровки.

В режиме Калибровка инвертор 24

не пропускает стробирующий имщ льс, поступающий на второй вход блока 5, поэтому на выходе блока 5 стробиро- вания присутствуют как отраженньш, так и падающий импульсы, которые через элементы И 10 и ИЛИ 2 поступают на вход генератора 3. При этом на второй вход элемента И 10 поступает

разрешающий сигнал (1) с выхода триггера 19. Принцип построения генератора 3 выбран таким, что при выполнении услов1гя

35

0

5

0

5

где С

тр

гек

время задержки исследуемого

тракта;

время задержки генератора 3, генератор запускается только первыми импульсами из пары, поступающей на его вход, т.е. только падающими импульсами. Поэтому задерж1са генератора 3 выбирается заведомо больше величины . На первом такте счетчика 13 тактов в автогенераторе, состоящем из генератора 3, блока 4 задержки, амплитудного компаратора 7, блока 5 стробирования, элемента И 10 и элемента ИЛИ 2, циркулирует падающий импульс. Это означает, что в кольцо ав- автогенератора не входит исследуемый тракт. Так как импульсы не поступают на счетные входы реверсивного счетчика 21, первый такт является холостым. Он предназначен для того, чтобы после окончания четырех тактов измерения (когда счетчик тактов обнуляется) запретить прохождение счетных

(фиг.Ан) устанавливается 1, которая через блок 15 управления разре514205986

:импульсов на входы реверсивного счет- В третьем такте работы устройства чика 21„.на третьем выходе дешифратора 14

Счетчик 11 циклов считает количество падающих импульсов, циркулирующих в автогенераторе. При поступлении п-го импульса счетчик 11 формирует на Ьвоем выходе (фиг. 4) первый импульс Переполнения, который, поступая на второй вход счетчика 13 тактов, переводит его в состояние 001 (фиг. 4и-л).

шает прохождение на вычитающий вход реверсивного счетчика 21 тактовых импульсов с генератора 16 (фиг. 4т). Блок 15 управления включает режим 10 Измерение, по третьему входу блока 5 стробирования (фиг.4ф), а срабатывание амплитудного компаратора 7 по уровню 0,5 (фиг.4у).

На этом заканчивается первый-такт работы устройства.

На втором выходе дешифратора 14

устанавливается 1 (фиг. 4м), кото- щ импульс с второго выхода блока 4 зарая через блок 15 управления разрешает прохождение на суммирующий вход реверсивного счетчика 21 тактовых импульсов с генератора 16 (фиг. 4с),

держки проходит через инвертор 24 и элемент И-НЕ 25 блока 5 стробиро- вания и далее поступает на первый вход элемента И-НЕ 26, на второй вход

одновременно 1 на первом выходе -20 которого поступает пара импульсов - (фиг. 4у) блока 15 управления подклю- падающая и отраженная с выхода ампли- чает к амплитудному компаратору 7 вы тудного компаратора 7. Полярности ход 0, делителя 8 напряжения, а импульсов на входах элемента И-НЕ 26 О на.втором выходе блока 15 управ- такие, что на его выход проходит пения (фиг.4ф) оставляет блок 5 стро- 25 только отраженный импульс, который бирования в режиме Калибровка. через инвертор 27, согласующий касВо втором такте счетчика 13, так- кад 28 поступает.на выход блока 5 же как и в первом такте, в автогене- стробирования. С выхода блока 5 от- раторе циркулируют падающие импульсы. раженный импульс через элементы И 10 В кольцо автогенератора не входит не- gQ и ИЛИ 2 поступает на вход генера- следуемый тракт. Период Т на втором тора 3. В это время на втором входе

элемента И 10 находится разрешающий сигнал, который поступает на него с выхода триггера 19.,

такте определяется соотношением

пОг5

„ 1 о

КАЛ- ч +Ч

0,5 1

U

to 9

Ч

где D,j, , Sj., г4 , % - времена задержки элемента ИЛИ 2, генератора 3, блока 4 задержки, амплитудного компаратора 7, блока 5 стробйрования и элемента И 10 соответственно.

После появления на выходе счетчика 11 (фиг. 4) второго импульса переполнения, счетчик 13 тактов пере35

40

элемента И 10 находится разрешающий сигнал, который поступает на него с выхода триггера 19.,

Таким образом, в третьем такте счетчика 13 тактов в автогенераторе циркулируют отраженные импульсы.Уровень срабатывания амплитудного компа ратора 7 остается 0,5.

Период Т.°з„ в третьем такте опре деляется соотношением

rpO.s

«ЗМ

+ 2,

+ 11

Р

+«

ходит в ,состояние 01 о (фйг.4и-А). На йтом заканчивается второй такт работы где i, , J, 2 , - времена задержки: элемента ИЛИ 2, генератора

3, блока 4 задерзкки, исследуемого тракта, амплитудного компаратора 7, блока 5 и элемента И 10 соответстустройства.

. Во втором такте импульсы генератора 16 (фиг. 4с) поступают на вход прямого счета блока 20 измерения задержки (вход 41 реверсивного счетчика 21). Количество N импульсов, поступакшщх на вход прямого счета счетчика 21, равна

50

венно.

После появления на выходе счетчика 11 (фкг.ж) третьего импульса переполнения счетчик 13 тактов переходит в состояние 011 (фиг.4м-л). На этом заканчивается третий такт работы устройства.

NK)A

. т,о,5

П Д к ДА ТДКТ U

Т.... период тактовых импульсов

АКТ л f

генератора 16j п - емкость счетчика 11 хцсклов,

(фиг.Ан) устанавливается 1, которая через блок 15 управления разрешает прохождение на вычитающий вход реверсивного счетчика 21 тактовых импульсов с генератора 16 (фиг. 4т). Блок 15 управления включает режим Измерение, по третьему входу блока 5 стробирования (фиг.4ф), а срабатывание амплитудного компаратора 7 по уровню 0,5 (фиг.4у).

В режиме Измерение стробирующий

импульс с второго выхода блока 4 задержки проходит через инвертор 24 и элемент И-НЕ 25 блока 5 стробиро- вания и далее поступает на первый вход элемента И-НЕ 26, на второй вход

кад 28 поступает.на выход блока 5 стробирования. С выхода блока 5 от- раженный импульс через элементы И 10 Q и ИЛИ 2 поступает на вход генера- тора 3. В это время на втором входе

5

0

элемента И 10 находится разрешающий сигнал, который поступает на него с выхода триггера 19.,

Таким образом, в третьем такте счетчика 13 тактов в автогенераторе циркулируют отраженные импульсы.Уровень срабатывания амплитудного компаратора 7 остается 0,5.

Период Т.°з„ в третьем такте определяется соотношением

rpO.s

«ЗМ

+ 2,

+ 11

Р

+«.

где i, , J, 2 , - времена задержки: элемента ИЛИ 2, генератора

№

венно.

После появления на выходе счетчика 11 (фкг.ж) третьего импульса переполнения счетчик 13 тактов переходит в состояние 011 (фиг.4м-л). На этом заканчивается третий такт работы устройства.

В третьем такте импульсы генератора 16 (фиг. 4т) поступают на вход обратного счета блока 20 измерения

задержки (вход -1 реве счетчика 21). Количество сов, поступающих на вход счета счетчика 21, равно

.0,5

N

0,5

п

U3iy

такт К

В четвертом такте работы устройства на четвертом выходе дешифратора 14 (фиг.4о) устанавливается 1, которая через блок 15 управления разре-г шает прохождение на суммирующий вход реверсивного счетчика 21 тактовых импуль сов с генератора 17 (фиг.4е),

Блок 15 управления включает режим Измерение по третьему входу блока 5 стробирования (фиг.44), а срабаты-; вание амплитудного компаратора 7 - по уровню 0,25 (фиг. 4). В четвертом такте в автогенераторе циркулирует отраженный импульс аналогично третьему такту. Уровень срабатьшания амплитудного компаратора 7 0,25.

О 2,

.Период Т u av в четвертом такте от ределяется соотношением

+ 2 +21 p+0; +0, ч. г, .

После появления на, выходе счетчи- ,ка 11 (фиг.4ж) четвертого импульса переполнения счетчик 13 тактов переходит в состояние 100 (фиг.4и-л). На этом заканчивается четвертый такт работы устройства

В четвертом такте импульсы генератора 17 (фиг, 4с) поступают на вход прямого счета блока 20 измерения задержки (вход +1 реверсивного счет- чика 21). j,,j5

Количество N ц импульсов, поступающих на вход прямого счета счетчика 21, равно

wO. п

T,°--iS 1 U3M

И5М

Т«кт п

где период тактовых импульсо

генератора 17.

- В пятом такте работы устройства на пятом выходе дешифратора 14 (фиг. 4п) устанавливается 1, которая через блок 15 управления разрешает прохождение на вычитающий вход реверсивного счетчика 21 тактовых импульсов с генератора 17 (фиг.4т).

Блок 15 управления включает режим Калибровка по третьему входу блока 5 стробирования (фиг.4у), а срабаты988

вание амплитудного компаратора 7 - по уровню 0,25 (фиг.), В пятом такте в автогенераторе циркулирует па- дакяций импульс аналогично первом такту. Уровень срабатьшаиия амплитудного компаратора 7 - 0,25.

Период Т в пятом такте определяется соотношением:

10

, .о.гГ.

+ Сс +«,

После появления на выходе счетчшш 11 (фиг.4х) пятого импульса перепол- 15 нения счетчик 13 тактов переходит в состояние 101 (фиг. 4«-л).на первом выходе дешифратора 14 (фиг. 4р)устанавливается 1, которая через второй вход элемента ИЛР1 12 устанавли- 20 вает счетчик 13 снова в состояние 000, кроме того, 1 с выхода де .шифратора 14 поступает на R-вход триггера 19 и устанавливает его в состояние О (фиг. |з). О с выхода

5

0

5 триггера 19 пост пает на второй вход элемента И 10 и запрещает циркулиро- вание Импульсов в цепи автогенератора.

На этом заканчивается полньй цикл 0 измерения.

Количество.и IП шьcoв, пост т:1а-с.ш,ш на вход обратного счета счетчика 2t,, на пятом такте равно

0,25

N

0,TS kAA

п

ll

Tj

КАЛ 17

К окончанию пятого п;ккла на реверсивном счетчике 21 записывается v;ir.i;o

0. „0,5 . ,,о,5„ ,.-0,55

N N - +

КААUiM

N

изм

N

к 5

которое переписывается в индикатор импульсом опроса (фиг.4«), поступающим с блока 18 задержки.

Формула изобрете ния

Измеритель времени задержки хж- пульсов, содержащий последовательно соединенные первый генератор импульсов, первый элемент ИЛИ, второй генератор импульсов, блок задержки, амплитудный компаратор и блок строби™ рования, первый выход блока задержки подключен к клемме исследуемого тракта, второй выход блока задержки соединен с вторым входом блока стробирования, первый и второй выходы делителя напряжения соединены соответственHO с первым и вторым входами электронного ключа, выход которого соединен с вторым входом амплитудного компаратора,- о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия измерения, в него введены счетчик циклов, счетчик тактов, вто- |рой элемент ШШ, дешифратор, блок уп равления, третий и четвертый генераторы импульсов, блок измерения задержки, второй.блок задержки, RC- григгер, элемент И, при этом выход первого генератора импульсов подключен к первым, входам счетчика циклов, Ьлока из1 1ерения задержки,, S-входу :триггера, через второй элемент ИЛИ - к второму входу счетчика тактов и через второй блок задержки - к второму ;входу блока измерения задержки, первый выход дешифратора подключен к :К-входу триггера и BTopoiyfy входу второго элемента ИШ, выход триггера подключен к второму входу элемента И,

fffajoofte vxoKT Sfff V tHIU

Qmdsiu.Kty 0m KH. rs о

От8еш.г(у. Отген.Г7о

От деш.. От tfff.17 о

От fttt. От tCff. rs о

Omdeat.ifo, отйеш.1 о

От deia. «о От дсшм о

5

0

выход элемента И подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход второго элемента ШШ подключен к первому входу счетчика тактов, второй вход которого подключен к выходу счетчика циклов, второй вход счетчика циклов подключен к выходу второго генератора импульсов, выходы счетчика тактов подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы дешифратора, за исключением первого, подключены к соответствующим входам блока управления, выходы третьего и четвертого генераторов импульсов подключены соответственно к пятому и шестому входам блока управления, первый выход блока управления подключен к третьему входу электронного ключа, второй выход - к третьему входу блока стробирования, третий и.четвертый выход - соответственно к третьему и четвертому входам блока измерения задержки.

.1

Натретии Вход о

электронного Kntovo

Иапсцбый вход о

блока 5 cmpoSapO Ьания

Фиг.З