Измеритель длительности импульсов Советский патент 1992 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения длительности коротких импульсов а различных отраслях науки и техники, например, в качестве интерполяционных блоков в преобразователях время - код комбинированного типа.

Известно устройство для преобразования длительности короткого импульса в более длинный временной интервал, использующее метод заряда в течение длительности измеряемого импульса накопительного конденсатора с последующим его разрядом меньшим по величине током до заданного уровня напряжения.

Недостатком этого устройства является большое время преобразования информации. .

Наиболее близким к предлагаемому является хронометрическая система, содержащая два триггера, ключ, два управляемых генератора тока, накопительный конденсатор, компаратор, схему И, счетчик и микропроцессор. Это устройство позволяет преобразовывать короткие временные интервалы в цифровой код путем расширения входного интервала с последующим его измерением прямым счетно-импульсным методом.

. Недостатком этой системы также является большое время измерения длительности интервалов времени.

Целью изобрете.ния является повышение быстродействия измерителя длительности импульсов.

Поставле 1ная цель достигается тем, что в измеритель длительности импульсов, содержащий общую шину, шину входного сигнала, шину времязадающей последовательности, шину опорного напряжения, два триггера, ключ, два управляемых генератора тока, накопительный конденсатор, компаратор, первую схему И, счетчик, причем выход первого триггера подключен к входу ключа, первый вывод ключа соединен с общей шиной, инверсный выход второго триггера подключен к входу управления первого генератора тока, выход которого соединен с выходом второго генератора тока, с вторым выводом ключа, инверсным входом первого компаратора и первой обкладкой накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с общей шиной, прямой вход первого компаратора соединен с первой шиной опорного напряжения, шина времязадающей последовательности связана с третьим входом первой схемы И, выход которой подключен к суммирующему вхойу рчетчика, введены три триггера, управляемый генератор тока, два компаратора, три схемы И, инвертор, три линии задержки, входная шина приведения устройства в исходное состояние Сброс, выходная шина Запрос, информационные выходные шины и две шины опорного напряжения, причем шина входного сигнала через инвертор соединена в С-входом первого триггера, а через линию задержки - с С-входами второго и третьего триггеров, прямой

0 выход второго триггера подключен к первым входам первой и второй схем И и к D-входу пятого триггера, выход которого связан с D-входами первого и второго триггеров и через третью линию задержки - с

5 выходной шиной Запрос, инверсный выход третьего триггера соединен с входом управления второго генератора тока и вторым входом первой схемы И, прямой выход третьего триггера соединен с входом управления третьего генератора тока и вторым входом схемь И, третмй вход которой связан с шиной времязадающей последовательности а выход - с вычитающим входом счетчика, выход третьего генератора тока

5 связан с первой обкладкой накопительного конденсатора и прямыми входами второго и третьего компараторов, инверсныевходы которых подключены к второй и третьей шинам опорного напряжения соответственно,

0 прямой выход первого компаратора Связан с первым входом четвертой схемы И и через вторую линию задержки - с первым входом третьей схемы И, выход которой подключен к R-входам первого, второго и третьего триггеров, прямой выход второго компаратора соединен с С-входом четвертого триггера, инверсный выход которого подключен к вторым входам третьей и четвертой схем И, выход четвертой схемы И связан с С-входом

0 пятого триггера, прямой выход третьего компаратора подключен к D-входу третьего триггера, входная шина сброса подключена к R-входам четвертого и пятого триггеров, к третьему входу третьей схемы И и к входу

5 сброса счетчика, выходы которого связаны с выходными информационными шинами, на D-вход четвертого триггера подан сигнал логической единицы.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого измерителя; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая принцип его работы; на фиг.З и 4 принципиальнная электрическая схема управляемых генераторов тока.

5Измеритель длительности импульсов

содержит общую шину, шину входного сигнала, шину времязадающей последовательности, шину приведения устройства в исходное состояние Сброс, выходную шину Запрос, информационные вы,ходнь1е

шины, шины 1 - 3 опорного напряжения, триггеры 4 - 8, ключ 9, управляемые генераторы тока 10-12, компараторы 13-15, накопительный конденсатор 16, инвертор 17, схемы И 18-21, счетчик 22, линии задержки 23-25.

Выход триггера 4 подключен к входу ключа 2, первый вывод ключа соединен с общей шиной, инверсный выход триггера 5 подключен к входу управления генератора тока 10, выход которого соединен с выходом генератора тока 11, вторым выводом ключа 9, инверсным входом компаратора 13 и первой обкладкой накопительного конденсатора 16, вторая обкладка которого соединена с общей шиной. Прямой вход компаратора 13 соединен с шиной 1 опорного напряжения, шина времязадающей последовательности связана с третьим входом схемы И 18, выход которой подключен к суммирующему входу счетчика 22. Шина входного сигнала через инвертор 17 соединена с С-входом триггера 4, а через линию задержки 23 - с С-входами триггеров 5 и 6. Прямой выход триггера 5 подключен к первым входам схем И 18, 19 и к D-входу триггера 8, выход которого связан с D-входами триггеров 4, 5 и через линию задержки 25 - с выходной шиной Запрос. Инверсный выход триггера 6 соединен с входом управления генератора тока 11 и вторым входом схемы И 18. Прямой выход триггера 6 соединен с входом управления генератора тока 12 и вторым входом схемы И 19, третий вход которой связан с шиной времязадающей последовательности, а выход - с вычитающим входом счетчика 22. Выход генератора тока 12 связан с первой обкладко накопительного конденсатора 16 и прямыми входами компаратора 14, 15, инверсные входы которых подключены к шинам 2, 3 опорного напряжения соответственно. Прямой выход компаратора 13 связан с-первым входом схемы И 21 и через линию задержки 24 - с первым входом схемы И 20, выход которой подключен к R-входам триггерЬв 4-6, Прямой выход компаратора 14 соединен с С-входом триггера 7, инверсный выход которого подключен к вторым входам схем И 20 и 21. Выход схемы И 21 связан с С-в)одом триггера 8, прямой выход компаратора 15 подключен к.р-входу триггера 6, входная шина сброса подключена к R-входам триггеров 7, 8, к третьему входу схемы И 20 и к входу сброса счетчика 22, выходы которого связаны с выходными информационными шина|Ли. На D-вход триггера 7 подан сигнал логической единицы.

Измеритель работает следующим образом.

После включения источников питания устройства на шинах 1-3 опорного напряжения устанавливаются постоянные пороги срабатывания компараторов 13-15 соответственно. Порог срабатывания комиаратора 13 определяет верхнюю границу рабочего диапазона, порог срабатывания

0 компаратора 14 - его нижнюю границу, а порог срабатывания компаратора 15 соответствует середине полного рабочего диапазона преобразования.

Перед началом цикла измерения измеритель приводится в исходное состояние импульсом, поступающим с входной шины Сброс на R-входы триггеров 7-8, счетчика 22 и через схему И 20 на R-входы триггеров 4-6.

0 В результате триггер 4.открь вает ключ 9, поддерживая накопительный конденсатор 16 в разряженном состоянии. При поступлении на вход устройства измеряемого импульса триггер 4 устанавливается в состояние логической единицы по переднему фронту входного сигнала. При этом ключ закрывается и начинается линейный заряд конденсатора 16. Ток заряда определяется разностью токов управляемых генераторов

0 тока 10 и 12. По заднему фронту входного импульса, поступившему через линию задержки 23 на С-вход триггера 5, последний устанавливается в единичное состояние, снимая потенциал, блокировавший прохождение импульсор времязадающей последовательности через схему И 18 или схему И 19 на один из счетных входов счетчика 22. Одновременно с этим триггер 6 фиксирует текущее состояние компаратора 15.

0 Линия задержки 23 обеспечивает исключение из процесса преобразования начального нелинейного участка заряда конденсатора 16.

В результате прекращается заряд конденсатора 16 током генератора 10 и начинается, в зависимости от длительности регистрируемого импульса, его разряд током генератора 12 либо дозаряд током генератора 11.

0Если длительность входного импульса

не превысила половины рабочего диапазона измерений (см. первый случай на фиг.2), то сигнал на прямом выходе компаратора 15 будет иметь н1/1зкий уровень, и таким образом будет разрешена работа генератора 12. При зтом разблокируется схема И 18, обеспечивая поступление импульсов времязадающейпоследовательностинасуммирующий вход счетчика 22. При этом схема И 19 будет заблокирована низким

уровнем сигнала с прямого выхода триггера 6. Таким образом начнется разряд током генератора 12 конденсатора 16 до уровня срабатывания компаратора 14. В момент срабатывания последний формирует отрицательный перепад напряжения, по которому триггер 7 устанавливается в состояние логического нуля. Сигнал с выхода триггера 7 через схему И 20 приводит в исходное состояние триггеры 4-6, в результате чего открывается ключ 9, разряжается конденсатор 16, блокируется поступление импульсов времязадающей последовательности на счетчик 22, а также через схему И 21 устанавливается в состояние логического нуля триггер 8. В результате произойдет блокировка триггеров 4-5 по D-входу на время, необходимое для считывания информации. Для организации считывания на шине Запрос формируется сигнал, фиксирующий готовность измерителя к считыванию данных.

Линия задержки 25 обеспечивает формирование сигналов запроса только после установления цифрового кода на выходных информационных шинах.

Если длительность входного импульса превысила половину рабочего диапазона измерений (см. второй случай на фиг.2), то на выходе компаратора 15 будет высокий уровен,ь сигнала и, следовательно, будут разрешены работа генератора 11 и разблокирована схема и 19 для прохождения импульсов времязадающей последовательности на вычитающий вход счетчика 22. При этом схема И 18 будет заблокирована низким уровнем сигнала с инверсного выхода триггера 6. Таким образом начнется дозаряд конденсатора 16 током генератора 11 до уровня срабатывания компаратора 13. При пересечении порога срабатывания на выходе компаратора 13 появится сигнал логического нуля, который, пройдя через линию задержки 24 и схему И 20, приведет в исходное состояние tpиггepы 4-6, а через схему И 21 сформирует сигнал для считывания информации.

После считывания результата измерений сигналом Сброс устройство приводится в исходное состояние готовности к следующему циклу измерений.

При работе во второй половине рабочего диапазона длительность входного импульса связана обратно пропорциональной зависимостью с длительностью расширенного временного интервала. Для обеспечения однозначности получаемых результатов измерений счетчик 22 в данном случае работает в режиме вычитания. Так как в этом режиме, как и в первом случае, счет начинается при нулевом состоянии счетчика, а не при состоянии, соответствующем его максимальной емкости, то для компенсации систематической ошибки в одну единицу младшего разряда с помощью линии задержки 24, которая задерживает сброс триггера 5 на один период времязадающей последовательности, из содержимого счетчика вычитается дополнительная единица.

При поступлении на вход измерителя импульса с длительностью, превышающей максимально измеряемую, измеритель произведет внутренний сброс сигналом с выхода компаратора 13 Сигнал запроса для считывания данных при этом вырабатываться не будет из-за отсутствия разрешающего сигнала на D-входе триггера 8.

Оценивают среднее время преобразования для предлагаемого измерителя. С учетом того, что при равномерном распределении длительностей входных сигналов в пределах рабочего диапазона объем выборок для обеих его половин одинаков, получают

-р Тер -Ь tcp

Тер

где Тер - среднее время преобразования в первой половине диапазона;

тУр- среднее время пребывания во второй половине диапазона.

В виду того, что Тер Тср 0,25 К Гмакс,

где Тмакс максимальная длительность импульса:

К- коэффициент преобразования, то

Тер 0,25 К Гмакс

Среднее же время преобразования для известного измерителя определяется выражением

TCP 0,5 К ТГмакс

Таким образом, изобретение позволяет в среднем в два раза повысить быстродействие измерителя за счет сокращения времени преобразования информации в нижней части его рабочего диапазона преобразования.

Формула изобретения Измеритель длительности импульсов, содержащий общую шину, шину входного сигнала, шину времязадающей последовательности, первую Щину опорного напряжения, два триггера, ключ, два управляемых генератора тока, накопительный конденсатор, первый компаратор, первую схему И, счетчик, Г1ричем выход первого триггера подключен к входу ключа, первый вывод ключа соединен с общей шиной, инверсный

выход второго триггера подключен к входу управления первого генератора тока, выход которого соединен с выходом второго генератора тока, с вторым выводом ключа, инверсным входом первого компаратора и первой обкладкой накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с общей шиной, шина времязадающей последовательности связана с первым входом первой схемы И, выход которой подключен к суммирующему входу счетчика, прямой вход первого компаратора подключен к первой шине опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия за счет уменьшения времени преобразования, в него введены три триггера, управляемый генератор тока, два компаратора, три схемы И, инвертор, три линии задержки, шина Сброс, шина Запрос и две шины опорного напряжения, причем шина входного сигнала через инвертор соединена с С-входом первого триггера, а через линию задержки - с С-входами второго и третьего триггеров, прямой выход второго триггера подключен к третьему входу первой и первому входу второй схем И и к D-входу пятого триггера, выход которого связан с D-входами первого и второго триггеров и через третью линию задержки - с шиной Запрос, инверсный выход третьего триггера соединен с входом управления второго генератора тока ивторым входом первой схемы И, прямой выход третьего триггера соединен с входом управления третьего генератора тока и вторым входом второй схемы И, третий вход которой связан с шиной времязадающей последовательности, а выход - с вычитающим входом счетчика,, выход третьего генератора тока связан с первой обкладкой накопительного конденсатора и прямыми входами второго и третьего компараторов, инверсные входы которых подключены к второй и третьей шинам опорного напряжения соответственно, прямой выход первого компаратора связан с первым входом четвертой схемы И и через вторую линию задержки с первым входом третьей схемы И, выход которой подключен к R-входам первого, второго и третьего триггеров, прямой выход второго компаратора соединен С С-входом четвертого триггера, инверсный выход которого подключен к вторым входам третьей и четвертой схем И, выход четвертой схемы И связан с С-входом пятого триггера, прямой выход третьего компаратора подключен к D-входу третьего триггера, шина Сброс подключена к R-входам четвертого и пятого триггеров, к третьему входу третьей схемы И и к входу сброса счетчика, выходы которого являются выходами измерителя, на Dвход четвер/ого триггера подан сигнал логической единицы.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть ио-пользовано для измерения длительности коротких импульсов, а также в качестве интерполяционных блоков в преобразователях время - код комбинированного типа. Целью изобретения является повышение быстродействия измерителя длительности' импульсовза счет сокращения времени преобразования информации в нижней части- рабочего диапазона измерителя. Длительность входного импульса в измерителе преобразуется в расширенный временной интервал по методу заряд - разряд либо заряд - дозаряд. Расширенный временной интервал заполняется импульсами времяза- дающей последовательности, число которых подсчитывается кодирующим счетчиком. 2 ил.слсЬ^СРВ1>&енязаданщая nocAe^oSameAtfiocmbСброс25Запрос•^!^ слCJслФиг.1

Фие.2