Устройство для задержки импульсов Советский патент 1981 года по МПК H03K5/13 

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДЕРЖИ ИМПУЛЬСОВ Изобретение относится к измерител ной и импульсной технике и может быть использовано для точной задержки импульсных сигналов, а также для формирования интервалов времени в широком диапазоне величин с большой точностью, например, маркерных меток в осциллографии или старт-стопных отметок в измерителях временных интервалов. Известно устройство, в котором дл задания задержки используется метод сравнения дискретных чисел - времяэадахщего (в рабочем счетчике) и управ фиксированногоСв управляющем счетчике 1 Выходной импульс вырабатывается в момент равенства этих чисел t1. Однако в этом устройстве возникае необходимость привязки задерживаемого импульса к одному из иьтульсов квантовой последовательности,имеет место недостаточная точность установ ки требуемой задержки, обусловленная ограниченным значением периода внутренней последовательности Ш4пульсов. Известно устройство формирования времени задержки, содержащее кольцо рециркуляции, образованное лииией задержки с элементом ИЛИ на входе, усилителем и блокирующим элементом,а также счетчик импульсов и детв ратор Однако это устройство имеет иедостаточную точность и большую дискретность устанавливаемой задержки.Кроме .того, при установке требуемой задержки имеет место изменение начальной зддержки устройства, величина которой велика и включает в себя задержку элементов в последовательной цепи от В}&)да до выхода устройства (в том числе и линию задержан . Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее элемент ИЛИ, элемент НЕТ, две линии зл-, держки, два усилителя, переключатель, счетчик, дешифратор, блок измерения периода з. Известное устройство имеет большую начальную задержку в цепи входвыход. Эта задержка является суммой задержек элементов этой цепи:элемента ИЛИ, линии задержки,счетчика, дешифратора, регулируемой задержки, усилителя. Основными элементами,определяющими эту задержку, являются ли. кия задержки, счетчик, дешифратор. Величина задержки линий задержки выбирается близкой к периоду рециркуляции в первом кольце и существенно больше задержки остальных элементов, При установке требуемого значения задержки в устройстве, когда, образуется второе кольцо рециркуляции,на выходе устройства присутствует импульс с периодом, равным периоду рециркуляции. Этот импульс воздействует на внешний объект, запускаемый с известного устройства задержки. Поскольку в общем случае период рециркуляции не равен периоду запускающих известмое устройство, а значит и внешний объект импульсов, то возможна перегрузка вне него объекта по частоте запуска во время установки величины задержки Кроме того, для условий применения когда необходимо знать точную величину задержки между двумя последователь но задаваемыми значениями задержки, известное устройство неудобно в использовании, так как необходимы ручные операции, связанные с созданием условий для возбуждения второго кольца, установкой регулируемой линии задержки на нужное значение и вычислением разности периодов оециркуляции Применение в таких условиях возможно, например, в стробируемых изме рителях временных интервалов,когда отсчет интервала производа1тся за два такта, в первом - отсчет начала интервала, а во втором - конца. В этом случае устройство задержки обеспечивает перемещение стробирующего импул са в эти точки интервала, а затем определяется величина интервала как разность задержек начала и конца интервала. Второй вариант такого применения формирование перемещаемых по сигналу маркерных меток в осциллографии и определение временного интервала меж этими метками как разности их задержек относительно начала сдвига. Большая начальная задержка, отсутствие блокировки выходного сигнала во время установки задержки в устройстве и неудобство, связанное с применением в режиме последовательного задания двух значений задержки и вычисления разности между ними являются недостатками известного устройства, ограничивакщими его функциональные возможности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет устранения известньпс недостатков. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для задержки импульсов, содержащее регулируемую линию задержки, линию задержки, счетчик, выходы которого соединены с входами дешифратора, элемент ИЛИ, дополнительно введены датчик задержки, триггер, вход установки в единицу которого соединен -с выходом элемента ИЛИ, а выход - с первым входом управления генератора импульсов и через регулируемую линию задержки второй вход управления генератора импульсов - с счетным входом счетчика и через аер-вый вход первого элемента И - с первым входом перезаписи с установочных входов счетчика, тактовым входом триггера, первым входом второго элемента И, через первый вход третьего элемента И, линию задержки - с измерительным входом бЛока измерения разности периодов и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен ,с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с первым входом блока управления и шиной Вход, а второй вход - с первым выходом блока управления и через второй вход второго элемента И - с шиной Выход, второй вход блока управления соединен с Пуск , третий вход г. выходом конца измерения блока измерения разности периодов, а второй выход - с вторым входом третьего элемента И и через формирователь - с третьим входом элемента ИЛИ, третий выход блока управления соединен с входом управления блока измерения разности периодов, а четвертый выход с вторым входом перезаписи с установочных входов счетчика и входом управления датчика задержки, выходы старших разрядов которого соединены с установочными входами счетчика, а выходы младших разрядов - с входами управления регулируемой линии задержки, выход дешифратора соединен с вто рым входом первого элемента И и входом запрета счета в счетчике. На чертеже изображена функциональ ная схема устройства. Устройство задержки импульсов содержит регулируемую линию 1 задержки, линию 2 задержки, счетчик 3, выходы которого соединены с входами де пшфратора 4, элемент ИЛИ 5, дополнительно введенные датчик 6 задержки, триггер 7, вход установки в единицу которого соединен с вьгходом элемента ИЛИ 5, а выход - с первым входом управления генератора 8 импульсов И через регулируемую линию I задержки, второй вход управления генератора 8 импульсов - с счетньм входом счетчика 3 и через первый вход первого эле мента И 9 - с первым входом перезапи си с установочных входов счетчика 3, тактовым входом триггера 7, первым входом второго элемента И 10 и через первый вход третьего элемента И П, линию 2 задержки - с измерительным входом блока 12 измерения разности периодов и первым входом элемента ШШ 5 второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И 13, первый вход которого соединен с первым входом блока 14 управления и шиной Вход, а второй вход - с первым выходом блока 14 управления и через второй вход второго элемента И 10 - с шиной Выход. Второй вход блока 14 управления соединен с шиной Пуск, третий вход - с выходом конца измерения бло ка 12 измерения разности периодов, а второй выход - с вторым входом треть го элемента И 11 и через формирователь 15 - с третьим входом элемента ШШ 5. Третий выход блока 14 управления соединен с входом управления блока 12 измерения разности периодов, а четвер тый выход - с вторым входом перезаписи с установочных входов счетчика 3 и входом управления датчика 6 задерж1(и, выходы старших разрядов которого соединены с установочными входам счетчика 3, а выходы младтих разрядов - с управления регулируемой линии 1 задержки. Выход дешифратора. 4 соединен с вто рым входом первого элемента И 9 и входом 3anpeTk счета в счетчике 3, Устройство задержки импульсов рабо тает следующим образом. В датчик 6 задержки заносится два числа, соответствующие началу и концу временного интервал-г, в котором осуществляется задержка. При задании задержки от нуля одно из чисел равно нулю. Устройство работает в режиме передачи задерживаемого сигнала с входной шины на выходную ( режим а) и в режиме рециркуляции сигнала в ус.тройстве и определения разности задержки между двумя заданными значениями задержки, представленными в виде некоторых двоичных чисел (режим б), В режиме б при одном из чисел, равном нулю, изменяя второе число, с высокой точностью производится установка заданного значения задержки. Переход в режим б производится командой Пуск, а выход из режима б автоматический, по на режим а Конец измерения появлению сигнала разности периодов. В исходном состоянии устройство работает в режиме а. Рассмотрим работу в этом режиме. На первом выходе блока 14 управления в этом режиме - уровень логической I, а на втором выходе - уровень логического О. Сигналом с первого выхода разрешено прохождение сигнала через второй Ю и четвертый 13 элементы И, а с второго - блокирован третий элемент И 11. Входной импульс через четвертый элемент И 13, элемент ИЛИ 5 взводит триггер 7. С его выхода положительный перепад поступает на первый вход управления генератора 8 импульсов,создавая условия для его запуска. Генератор 8 импульсов работает в ждущем режиме и генерация в нем возникает только при поступлении уровня логической I на оба управляющих входа. При подаче хотя бы на один вход управления уровня логического О генерация прекращается. Разреш нощий перепад на второй управляющий вход генератора 8 импульсоэ поступает через время, равное величине задержки в регулируемой лиуии I задержки. С этого момента времени на выходе генератора 8 импульсов появляется импульс с периодом Т. алее, в зависимости от кода в старших азрядах датчика б задержки, возможны два варианта работы устройства. Вариант 1. Код в старших разрядЛк тличен от нуля, что соответствует 7 условию tv Т. Тогда в счетчик 3 через установочные входы записан код отличный от нуля, который на выходе дешифратора 4 создает уровень логического О Этим уровнем блокируется прохозкдение импульса через первый элемент И 9, в а счетчике 3 разрешается счет импульсов с выхода генератора 8 импульсов. Счетчик 3работает на вычитание, счет - по срезу импуль са. По И-му импульсу, соответствующему числу в старших разрядах датчика 6 задержки, произойдет обнуление счетчика 3« Это состояние счетчика 3 дешифрируется дешифратором 4. Выходной сигнал его уровнем логической 1 разрешит прохозедение И+1гго импульса через первый элемент И 9 и запретит счет в счетчике 3. п 1-й импульс проходит на шину Выходу поступает на счетчик 3 и про изводит перезапись в него кода с установочных входов, а по срезу перебрасывает триггер 7. Выходной сигнал триггера 7 срывает генерацию в генераторе 8 импульсов, Уровень логического О с выхода девшфратора 4 снимает запрет чета в счетчике 3 и бло}|анрует первый элемент И 9. С приходом следующего запусч ающего импульса цикл повторяется. Задержка выходного сигнала составит величину где К - число, заданное в младших раз; ядах датчика 6 задержки, &-fc - весов коэффициент младшего разряда кода Параметры регулируемой линии задержки выбраны в соответствии с весо вьв4и коэффициентами кода, поступающего на ее управляклдае вхоДь и выполняется условие: весовой коэффи1щент ее старшего разряда составляет 0,5 Tjj. В JTOM случае задержка в устройст ве задается двоичным числом с весом младшего разряда равным &t. Например, для пятиразрядной регулируемой хшнии I задержки с Ai; i весовой коэффициент пятого разряда составит 16 НС, а период повторения . импульсов генератора 8 импульсов сле дует взять 32 НС (6-й разряд кода тогда в седьмом разряде цбеспечивает ся весовой коэффициент 64,не, в вось мом - 128 ис и т.д.т.е. дискретом в 1 НС обеспечится задержка импульса до микросекундного диапазона и более Вариант 2, Код в старших разрядах равен нулю, что соответствует усло8 Т . В этом случае с дешифратора 4 уровнем логической 1 запретится счет в счетчике 3 и разрешится прохождение первого же импульса с генератора 8 импульсов на шину Выход, Этим импульсом подтвердится нулевое состояние счетчика 3 и срезом сбросится триггер 7, что сорвет генерацию в генераторе 8 импульсов. Величина задержки обеспечивается в соответствии с приведенной вьш1е формулой. Рассмотрим работу устройства в режиме б, По команде Пуск, с привязкой к паузе запускаювщх импульсов на первом выходе блока 14 управления появляется уровень логического О, который блокирует прохождение запускающего импульса с шины Вход через четвертый элемент И 13 и прохождение рециркулирующего импульса на шину Выход. На втором выходе блока 14 управлевдя появится уровень логической ) которым разрешится прохождение импульса через третий элемент И П и замкнется кольцо рециркуляции, а из перепада 0-1 формирователь 15 сформирует одиночный импульс, который через элемент ИЛИ 5 взведет триггер 7. Далее работа триггера 7 регулируемой линии 1 задержки, генератора 8 импульсов, элемента И 9, счетчика 3 и дешифратора 4 подобна описанной выше в режиме а (вариант l) или а (вариант 2) в зависимости от кода с 6 задержки. Импульс с выхода первого элемента И 9 через третий элемент И 11, линию задержки 2, элемент ИЛИ 5 вновь взводит триггер 7, обеспечивая рециркуляцию импульса в кольце, образованном элементами:триггер 7,регулируемая линия I задержки, .генератор 8 импульсов, первый элемент И 9, третий элемент И II, линия 2 задержки, элемент ИЛИ 5. Период рециркуляции в кольце равен Т « to-l- t, где t(j - начальиая задержка кольца при управляняцем коде с датчика 6 за держки, равном , заданное значение задержки, соответствующее текущему коду с датчика 6 задержки. Линия 2 задержки обеспечивает- ш 1держку на время установления переходных процессов в триггере 7 в генераторе 8 импульсов после сброса триггера 7 и«срыва колебаний в генераторе 8 импульсов. Величина задержки может быть достаточно малой при высоком стродействии указанных элементов. Период рециркулиругощих импульсов измеряется в блоке 12 измерения разности периодов, где он запоминается по окончании измерения, когда фор мируется сигнал конца первого полуцикла измерения. Этот сигнал поступает в блок 14 управления и по его появлению вьщается команда в датчик 6 задержки-и счетчик 3 на смену кода а в блок 12 измерения разности периодов - на переключение его в режим вычитания. На время, равное длительности переходных процессов, связанных со сменой кода, разрывается кольцо рециркуляции путем формирования отрицательного импульса на втором выходе блока 14 управления. Коль цо вновь запускается по срезу этого импульса и блок 12 измерения разности периодов, работая в режиме вычита иия, определяет разность периодов рециркуляции импульсов в кольце при первом и втором значении кода с датчика 6 задержки. По концу измерения разности, с выхода блока 12 измерения разности периодов в блок 14 управления выдает ся сигнал об окончании второго полуцикла измерения. .Блок 14 управления переводится в состояние, соответствукицее режиму работы а, и устройство начинает работать в режиме а. В блоке 12 измерения разности пер одов фиксируется величина, показываю щая точное значение задержки между двумя последовательно заданными в датчике 6 задержки кодами. Л Г - - 2-o r VV - 4-t ja где Т , Т - - период рециркулирующих импульсов в первом и втором полуцикл - обеспесоответственно, чиваемая устройством задержка соответствующая первому и второму числам с датчика 6 задержки. При необходимости для точного обе печения требуемого интервала врененной задержки коды в датчике 6 задержки могут корректироваться. Тогдй погрешностью кода временной задержки будет определяться погрешность блока I2 измерения разности периодов (десятые или сотые доли процента) и дискретностью регулируемой линии 1 за-„ держки (единицы и доли наносекундД Код, фиксируемый на выходе дат- , чика 6 задержки при выходе из режима б, определяется условиями примеие10ния устройства и устанавливается в соответствии с требованиями с блока 14 управления, Как видно из функциональной схемы и принципа работы, предлагаемое устройство имеет меньшую начальную задержку выходного сигнала по отношению к входному, так как из цепи вход выход исключены элементы, имеющие наибольшую задержку - линия задержки, счетчик, дешифратор . Введенные в эту цепь элементы И 9, 10 и 13, триггер и генератор 8 импульсов имеют задержку, сравниваемую с одним из перечисленных элементов известного устройства, например, счетчиком, В режиме б выход данного устройства блокирован, что исключает попадание на него импульсов с частотой, соответствующей периоду рециркуляции. В режиме последовательного задания двух значений задержки и вычисления разности между ними операции в данном устройстве выполняются автоматически по команде Пуск, что исключает неудобство пользования этим режимом. Предлагаемое устройствозадержки импульсов может быть полностью вьтолнено на цифровых интегральных микросхемах, что упрощает его конструкцию и повышает технологичность. Формула изобретения Устройство для задержки импульсов, содержащее регулируемую линию задержки, линию задержки, счетчик, выходы которого соединены с входами дешифратора,элемент ИЛИ,о тличающееся тем, целью расширения функциональных возможностей, дополнительно введены дат чик задержки, триггер, вход установки в единицу которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход - с первым входом управления генератора импульсов и через регулируемую линию задержки, второй вход управления генератора импульсов - с счетным входом JQ счетчика и через первый вход первого элемента И - с первым входом перезаjiHCH с установочных входов счетчика, тактовым входом триггера, первым вхо дом второго элемента -И и через первый вход третьего элемента И, линию задержКи- с измерительным входом Т1лока измерения разности периодов и первым входом элемента ИЛИ, второй вход IkoToporo соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с первым входом блока управления и шиной Вход, а второй вход - с первым выходом бло1Са управления и через второй вход второго элемента И - с шиной Выход, второй вход блока управления соединен с шиной Пуск, третий вход - с вьгеодом конца измерения блока измерения разности периодов, а второй выход - с вторым входом третьего элемента И и через формирователь - с третьим входом элемента ИЛИ, третий выход блока управления соединен с входом управления блока измерения разности периодов, а четвертый выход - с вторым входом перезаписи с установочных входов счетчика и входом управления датчика задержки, выходы старших разрядов которого соединены с установочными входами счетчика, а выходы младших разрядов - с входами управления регулируемой линии задержки, выход дешифратора соединен с вторым входом первого элемента И и входом ;запрета счета в счетчике.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ А14733, кл. Н 03 К 13/04, 27.OJ.72.

2.Патент США № 3277381 кл. 328-56, 1966.

3.Авторское свидетельство СССР № 529550, кл. Н 03 К 5/13 06.01.75 (прототип).

/% ,-внмЛ