Устройство для измерения времени задержки импульсов в разночастотных каналах Советский патент 1989 года по МПК G04F10/04 

УР

ел si

4

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении времени задержки сигнала в пассивных электрических це- пях.

Цель изобретения расширение диапазона измерения времени задержки в сторону малых значений.

На фиг. 1 представлена функционапь нал схема устройства для измерения времени задержки импульсов в разно- частотных каналах; на фиг. 2 - функ, циональная схема блока стробирования импульсов; на фиг. 3 - электрическая принципиальная схема триггера.

Устройство (фиг. 1) содержит пер- вьй генератор 1 импульсов, элемент ИЛИ 2, второй .генератор; 3 импульсов, первый блок 4 задержки импульсов, блок 5 стробирования импульсов,, первый триггер 6, счетчик 7, второй триггер 8, первьй элемент И 9, второ элемент И 10, третий генератор 11 импульсов, второй блок 12 задержки импульсов, третий элемент И 13, второй элемент ИЛИ 14, третий блок 15 задержки импульсов (прерыватель 16), шину 17 дпя подключения исследуемого тракта, 18 измерения разности периодов импульсных последовательно- стейлсодержащий реверсивный счетчик 19, блок 20 переписи, индикатор 21, Кроме того, устройство содержит шину 22 питания.

Генератор 1 импульсов представляет собой импульсную автоколебательную схему, собранную, например, по схеме емкостной трехточки. Частота следования импульсов генератора выбирается исходя И5з условия

с

(О

где 1д,с(кс максимальная длина измеряемых ВЧ-трактов (кабелей) ;

С -; скорость распространения радиоволны в исследуемой среде;,

сх суммарная задержка сигнала в элементах 2 - 5 и 13 - 15 устройства.

Второй генератор 3 импульсов пред- назначен для формирования длительности и амплитуды импульсов и задержки Их относительно запускающих импульсов В качестве генератора 3 может быть

с

o 5

0 5 0 5

0

5

0

применен стандартный генератор, например Г5-60 или аналогичный по параметрам.

БЛОК 4 задержки импульсов предназначен для создания задержки импульсов в цепи обратной связи импульсного рециркуляционного генератора, состоящего из соединенных в кольцо генератора 3, блока 4 задержки, блока 5 стробирования, элемента И 13 и элемента ИЛИ 2. Блок 4 задержки реализуется последовательным соединением линий задержки по типовой схеме. Выходной каскад блока 4 задержки должен быть согласован с волнойым сопротивлением блока 15 задержки импульсов.

Блок 5 стробирования импульсов предназначен для запрета прохождения падающих импульсов на вход внешнего запуска генератора 3 импульсов в цикле измерения. Блок 5 стробирования состоит (фиг. 2) из первого инвертора 23, двух элементов И-НЕ 24 и 25, второго инвертора 26, входных клемм 27 - 29 и выходной клеммы 30.

Триггер 6 предназначен для формирования строба, в течение которого происходит циркуляция импульсов, отраженных от конца измеряемого тракта. Особенностью его является наличие двух входов R. Пример реализации такого триггера приведен на фиг. 3. Он содержит два элемента И-НЕ 31 и 32, причем элемент 31 имеет три входа, а элемент 32 - два. В качестве элементов 31 и 32 могут быть использованы, например, микросхемы типа 133ЛА4 для элемента 3 и 133ЛА1 для элемента 32.

Счетчик 7 предназначен для формирования длительности строба измерения триггеров 6 и 8 путем подсчета числа циркулирующих импульсов. Емкость п счетчика выбирается из условия полу- чения необходимой точности измерения. Кроме того, целесообразно выбрать п как число, кратное степени 2. Это уп- рощает построение предложенного устройства.

Генератор 11 представляетсобой автоколебательный импульсный генератор, аналогичньй генератору 1. Частота следования импульсов его выбирается из соображений точности.

Блок 15 задержки импульсов предназначен для увеличения временного интервала между падающим и отраженным импульсами в цикле калибровки внутренних задержек уотройства. Время задержки блока 15 выбирается с точки зрения исключения перекрытия во времени падающих и отраженных импульсов при выбранной дпительности t { этих импульсов.

К блоку 15 задержки предьявляется требование взаимности, т.е. параметры блока задержки не должны зависеть от направления передачи импульсов. Такому требованию удовлетворяют, например, обычные линии передачи (кабель, полосковая линия, двухпроводна линия),

Прерьюатель 16 предназначен для отключения и подключения исследуемог тракта к выходу блока 15 в циклах калибровки и измерения. Прерыватель выполнен, например, на микросхеме типа 590 КН2.

Блок 18 измерения разности перио- дов импульсных последовательностей предназначен для измерения разности временных интервалов, измеренных во время стробов триггеров 6 и 8, и со- держит реверсивный счетчик 19, блок 20 перезаписи и индикатор 21.

Реверсивньй счетчик 19 может быть реализован путем последовательного соединения микросхем типа 133ИЕ7.

Счетчик 19 имеет входы прямого и обратного счета, вход установки нулевого состояния.

Блок 20 переписи предназначен для переписи состояний триггеров счетчика 19.

Генератор 1 импульсов, элемент ИЛИ 2, генератор 3 импульсов, блок 4 задержки импульсов, блок 5 строби- рования импульсов и элемент И 13 со- единены последовательно. Выход генератора 1 импульсов подключен к первым входам счетчика 7 импульсов, триггера 8, блока Л 8 измерения разности периодов импульсных последова- тельностей и к входу блока 12 задеряскц импульсов, выход которого подключен к второму входу блока 18 измерения разности периодов импульсных последовательностей. Выход генератора 3 импульсов подключен к первому входу триггера 6 и второму .входу счетчика 7 импульсов, выходом подключенного к вторым входам триггеров 6 и 8. Первый выход триггера 8 подключен к третьему входу триггера 6, выходом подключенного к первым входам элементов И 9 и ИЛИ 14. Выход триггера 8 .подключен к первому входу элемента

И 10 и к второму входу элемента ИЛИ 14, вторые входы элементов И 9 и 10 - к выходу генератора 11 импульсов, выходы элементов И 9 и 10 - соответственно к третьему и четвертому входам блока 18 измерения разности периодов импульсных последовательностей. Второй выход блока 4 задержки импульсов подключен к второму входу блока 5 стробирования импульсов, выход элемента ИЛИ 14 - к второму входу элемента И 13, выходом подключен- .к второму входу элемента ИЛИ 2. Первый вькод блока 4 задержки импульсов пфдключен к входу блока 15 задержки импульсов, выход которого через прерьшатель 16 соединен с шиной 17 для подключения исследуемого тра- . кта. Второй вход прерьгоателя 16 подключен к выходу- триггера 6, третий вход .блока 5 стробирования импульсов подключен к шине 22 питания.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Импульс генератора I устанавливает исходное состояние счетчика 7, триггера 8 и счетчика 19 блока 18 измерения разности периодов. Кроме того, импульс генератора I проходит через элемент ИЛИ 2 и запускает генератор 3. Задержанные импульсы генератора 3 через замкнутые контакты прерывателя 16 поступают на шину 17,, распространяются тто исследуемому тракту. Отражаясь от его разомкнутого выхода, импульс возвращается на вход блока 15 и поглощается выходным со- противлением блока 4 задержки..Таким образом, на выходе блока 4 задержки образуется пара импульсов - падающий и отраженный, которая поступает на первьй вход блока 5 стробирования импульсов. В этот момент на второй вход блока 5 поступает стробирующий падающий импульс.

На третий вход блока 5 постоянно приложено напряжение питания, соответствующее логической единице. Стробирующий импульс с второго выхода блока 4 задержки проходит через инвертор 23, элемент И-НЕ 24 блока 5 стробирования (фиг. 2) и далее посту-- пает на первьй вход элемента И-НЕ 25, на второй вход которого поступает пара импульсов - падающая и отраженная с первого выхода (клемма 27, фиг. 2) блока 4 задержки..Полярности импульсов на входах элемента И-НЕ 25 такие.

что на его выход проходит только т- раженный импульс, который через ин- вер г ор 26 поступает на выходную клемму 30 блока 5 стробирования. С выхода блока 5 отраженный импульс через элементы И 13 и ИЛИ 2 запускает генератор 3. В это время на втором входе элемента И 13 имеется разрешающий сигнал, которьгй поступает с выхода Q триггера 6 через элемент ИЛИ 14. Далее процесс повторяется. Таким образом, в кольце рециркуляционного ге- Hef aTOpa, содержащего генератор 3, блоки 4 и 15, прерьшатель 16, иссле- 5 дуемый тракт, блок 5, элементы И 13, ИЛИ 2, циркулируют отраженные импульсы, период Т, которых определяется соотношением

20

,+ a+ -+ 2i

Н

4. 2

+

15 П

(2)

Я

, ( гр ;

где fj Ч 15 -ft -5

С,, - времена задержки элемента ИЛИ 2, генератора 3, блоков 4 и 15, прерывателя 16, исследуемого тракта, блока 5 и элемента И 13 соответст- . венно,

Счетчик 7 считает количество отраженных импульсов, циркулирующих в автогенераторе. После поступления п-гО импульса счетчик 7 формирует на своем выходе импульс переполнения, которьй, поступая на соответствующие входы триггеров 6 и 8, перебрасывает их в противоположные состояния. При этом на выходе триггера 6 формируется логический О, а на выходе триг- гера 8 - логическая 1. На этом заканчивается первый цикл работы устройства. В первом цикле тактовые импульсы 1 енератора 11 поступают на вход прямого счета блока 18 измерени разности периодов (вход 4-1 реверсивного счетчика 19). Количество N импульсов, поступающих на вход прямо го счета счетчика 19, равно

циркулируют отраженные импульсы. Отличие заключается в том, что импульсы отражаются не с выхода исследуемого тракта, а с выхода блока 15 задержки. Период Т 2 следования импульсов автогенератора во втором цикле определяется соотношением

-,+

ЬЭ - -4

+ -г +

V. + 2 „ + 2

15

13

U

(4)

Во втором цикле тактовые импульсы генератора 11 поступают на вход обратного счета блока 18 измерения разности периодов (вход -1 реверсивного счетчика 19). Количество N ,j импульсов, поступающих на вход обратного счета счетчика 18, равно

; (5)

После окончания второго цикла на выходах триггеров 6 и 8 устанавливаются логические О. Поэтому на выходе элемента ИЛИ 14 и на втором входе элемента И 13 устанавливается сигнал, запрещающий прохождение импульсов, циркулирующих в автогенераторе.

К окончанию второго цикла на реверсивном счетчике 19 записьшаетс я число , которое переписьшается в индикатор 21 импульсом опроса, поступающим с выхода блока 12 задержки.

После следующего импульса генератора 1 указанные два цикла повторяются и показания индикатора обновляются.

С учетом выражений (3) и (5) показание N индикатора 21 соответствует числу

N NI - N

п

тсгкг

-(Т, - Т,). (6)

Подставляя в (6) соотношения (2) и (4), получаем

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении времени задержки сигнала в пассивных электрических цепях. Целью изобретения является расширение диапазона измерения времени задержки. Устройство содержит первый генератор 1 импульсов, элемент ИЛИ 2, второй генератор 3 импульсов, первый блок 4 задержки импульсов, блок 5 стробирования импульсов, первый триггер 6, счетчик 7, второй триггер 8, первый элемент И 9, второй элемент И 10, третий генератор 11 импульсов, второй блок 12 задержки импульсов, третий элемент И 13, второй элемент ИЛИ 14, шину 17 для подключения исследуемого тракта, блок 18 измерения разности периодов импульсных последовательностей. Блок 18 содержит реверсивный счетчик 19, блок 20 переписи, индикатор 21. Введение третьего блока 15 задержки импульсов, прерывателя 16 и шины 22 питания с образованием новых связей приводит к расширению предела измерения в сторону малых значений времени задержки. 3 ил.

(3)

Такт

где Т.,гр(кт период тактовых импульсов

генератора 11.

Во втором цикле работы на второй, (управляющий) вход прерьшателя 16 по- .ступает логический О. При этом контакты прерывателя разрываются. Во втором цикле в автогенераторе также

N

(7)

Таким образом, показания индикатора 21 пропорциональны времени задержки, исследуемого тракта.

При необходимости получения истинного значения измеряемой величины с учетом масштаба Т д деление числа N

на два осуществляется путем переноса запятой на один разряд при передаче числа с выхода счетчика 19 через блок 20 переписи в индикатор 21.

Технико-экономическая эффективность устройства заключается в расширении предела измерения в сторону малых значений времен задержки.

В устройстве за счет введения до- полнительного блока задержки (блока 15) перекрытие падающих и отраженных импульсов исключено принципиально.

Формула изобретения

Устройство для измерения времени задержки импульсов в разночастотных каналах, содержащее первый генератор импульсов, первьй элемент ИЛИ, второй генератор импульсов, первый блок задержки импульсов, блок стробирования импульсов, первый триггер, счетчик импульсов, второй триггер, первый, второй элементы И, третий генератор импульсов, второй блок задержки импульсов, третий элемент И, второй элемент Ш1И, блок измерения разности периодов импульсных последовательностей, выход первого генератора импульсов через первый элемент ИЛИ подключе н к входу второго генератора импульсов, выход которого соединен с входом первого блока задержки импульсов , первый выход которого сое- динен с первым входом блока стробирования импульсов, а второй выход подключен к второму входу блока строби- рования импульсов, выход которого через первый элемент И подключен к вто- рому входу первого элемента ИЛИ, выход первого генератора импульсов подключен к первьт входам сброса счетчика импульсов и второго триггера, блока измерения разности периодов импульсных последовательностей и к входу второго блока задержки импульсов, выход которого соединен с вторым входом блока измерения разности периодов импульсных последовательностей, выход второго генератора импульсов соединен с входом установки первого триггера и со счетным входом счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу сброса - первого триггера и к счетному входу второго триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом сброса первого триггера, выход которого подключен к пер- вьм входам второго элемента ИЛИ и второго элемента И, прямой выход второго триггера подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и к первому входу третьего элемента И, вторые : входы второго и третьего элементов И подключены к выходу третьего генератора импульсов, выходы второго и . третьего элементов И подключены, соответственно к третьему и четвертому входам блока измерения разности периодов импульсных последовательностей, отличающе ее я тем, чта, с целью расширения диапазона измерения времени задержки в сторону малых значений, введены третий блок задержк1и импульсов и прерыватель, при этом вход третьего блока задержки и fпyльcoв подключен к выходу второго блока задержки импульсов, а выход через прерыватель подключен к шине для подключения исследуемого тракта, вы-. ход первого триггера подключен к второму входу прерьтателя, третий вход блока стробирования импульсов подключен к шине питания.

0

28

С Вымда CQ Второго счетч1 ка 7 Выхода S

Фие.З

Редактор В. Данко

Составитель С. Кротова

Техред А.Кравчук Корректор В. Гирняк .

3аказ 4263/44

Тираж 363

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород ул. Гагарина, 101

фие, Z

С выхода генератора 3 им- пульсов

Подписное