Устройство для измерения временных интервалов Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано преимущественно в цифровых радиоэлектронных измерительных уст ройствах.

Известно устройство для измерения временных интервалов, содержащее счетчики импульсов, генератор тактовой частоты и логические элементы tH

Однако устройство обладает невысоким быстродействием и низкой точностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения временных интервалов, содержащее генератор тактовой частоты, первЬ1й и второй суммирующие счетчики импульсов и элемент совпадения И-НЕ, входы которого соединены с первыми входами первого и второго суммируюгцих счетчиков импульсов. Кроме того, это устройство содержит блок

вывода информации, блок коммутации и триггер t2.

Недостатком этого устройства является невозможность повысить допустимую скорость счета выше скорости переключения триггера младшего разряда счетчика, который определяет максимальное быстродействие счетчика. Повьпдение скорости счета ограничивается применением однотипных

10 элементов, имеющих такое же время быстродействия, как и само устройство. Вьшод информации сосчетчиков проводится через дополнительные элементы, например регистры сдвига.

15 При этом вывод информации проводится однократно, что может привести к пропаданию частн информации в других блоках, а это приводит к уменьшению надежности измерения времен20ного интервала.

Цель изобретения - повышение точности измерения временного интервала,

Поставленная цель дост11гаатсп тем, что в устройство для измерения временных интервалов; содеркащее генератор тактовой частоты5 первый и второй суммирующие счетчики импульсов и элемент совпадения И-НЕ, входы которого соединены с первыми входами первого и второго су мирующих счетчиков импульсов, введены криотрониый переключатель5 первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой-, седьмой; восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый элементы И, блок управления счетом, блок генератора импульсов сдвига, блок установки нуля, последовательно соединенные третий, четвертый, пятый и а1еетой сум 1ирутощие счетчики импульсов р последовательно подключенные седьмой, восьмой; девятый и десятый суммирующие счетчики импульсов и последовательно соединенные сумматор и блок информации, первый выход бо1ока управления счетом подключен через генератор тактовой частоты ко входу криотронного переключателя 5 ках-сдый из двух выходов которого соединен с cooTBBTCTByTOtttHM входом элемента сов падения И-НЕ, выход которого подключен ко входам блока установки нуля и блока управления счетом, второй выход которого через блок генератора импульсов сдвига соединен с первыми входами каждого из двенадцати элементов И, первый вход первого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом третьего суммирующего счетчика импульсов, к первому выходу первого суммирующего счетчика импульсов подключен второй вход первого элемента И, второй выход первого суммирующего счетчика импульсов соединен со BTopbEvi входом второго элемента И, выход блока установки нуля подключен ко вторым входам первого, второго, четвертого, шестого, восьмого и десятого суммирующих счетчиков импульсов и к выходам второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, выход первого элемента И сое,цинен с третьим входом четвертого суМмирую1дего счетчика импульсов, первый вход которого подключен ко второму входу пятого суммирующего с етчика импульсов, первый выход четвертого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом

шестого элемента И, выход которого подключен к третьему входу шестого су Ф1ирующего счетчика импульсов, второй выход четвертого суммирующего счетчика.импульсов соединен со вторым входом третьarc элемента И, первый выход шестого csrMMHpyreniero

л

сч.етчмка импульсов подключен ко второму входу седьмого элемента И, выход которого соединен со вторым входом первого суммирующего счетчик лмпульсов, второй выход шестого суммирующего счетчика импульсов подклочен ко в 0рому. входу восьмого элмента И, выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего счетчика импульсов, со входом сумматора, с выходом девятого элемента И и с третьим входом второго суммирующего счетчика импульсов, первый вход которого подключен ко второму входу седьмого суммирующего счетчика импульсов, первый выход второго суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом десятого эЛемента И, выход которого подключен к тре--ьему входу восьмого суммирую дего счетчика импульсов, второй выход второго суммирующего счетчика 1змпульсов соединен со вторым входом четвертого элемента И, первый вход восьмого суммирующего счетчика импульсов подключен ко второму входу девятого суммир пошего счетчика импульсов, первый выход восьмого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом одиннадцатого элемента Н, выход которого подключен к третьему входу десятого сумг шрующего счетчика импульсов, второй выход восьмого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом пятого элемента И, первы выход десятого суммирующего счетчика импульсов подключен ко второму входу девятого элемента И, второй :выход десятого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом двенадцатого элемента Н, выход которого подключен ко второму входу второго суммирующего счетчика импульсов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для временных интервалов; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство для измерения временных интервалов содержит генератор 1 тактовой частоты, криотронный пе реключатель 2, элемент совпадения Н-НЕ 3, первый суммируюпщй счетчик 4 импульсов, третий суммирунщий счетчик 5.импульсов, четверты суммирукщий счетчик 6 импульсов, пятый суммирующий счетчик 7 импуль сов, шестой суммирующий счетчик 8 импульсов, первый элемеит И 9, вто poff элемеит И 10, третий элемент И И,-шестой элемент И 12, седьмой элемент И 13, восьмой элемент И 14 второй суммирующий счетчик 15 импульсов, седьмой суммирующий счетчик 16 импульсов, восьмой сумми- рукяций счетчик 17 импульсов, девятый суммирующий счетчик 18 импульсов, десятый суммирующий счетчик 19 импульсов, четвертый элемент И 20, пятый элемент И 21, девятый элемент И 22, десятый элемент; И 23 одиннадцатый элемент И 24, двенадцатый элемент И 25, блок 26 установки нуля, сумматор 27, блок 28 генератора импульсов сдвига, блок 29 информации и блок 30 управления счетом. На временной диаграмме работы ус ройства изображены: сигналы 31 начала и конца счета; сигнал 33 генератора 1 тактовой частоты с частото F ; сигнал 32 блока 28 генератора импульсов сдвига , диаграммы работы 34 (35) криотронного переключателя 2; сигнал 36 нечетных импульсов (37 - четных импульсов) генератора 1 тактовой частоты с частотой след вания д на одном из выходов криотронного переключателя 2 сигналы 38-40 (41-43) - диаграммы работы сч чиков 4, 6, 8, 5 и 7 {15, 17, 19, 16 и 18) и сигналы 44 и 45, йоступа юпще на сумматор 27. Устройство для измерения временных интервалов работает следующим образом. С поступлением импульса Начало счета 31 с блока 30 управления сче том, генератор 1 тактовой частоты в рабатывает импульсы 33 с частотой следования 1, которые поступают на криотронный переключатель 2. Крио- тронный переключатель 2 распределяет импульсы на четные 37 и нечетные 36 с частотой следования т Суммирующие счетчики импульсов 4, 6, 8, 15, J7, 19, 5, 7, 16 и 18 проводят суммирование поступакадих. импулы сов в двоичной системе. На входы элемента совпадения И-НЕ 3 поступит импульсы с частотой следования F. В результате инерционности элемента И-НЕЗ, а также по логике его работы , сигнал на его выходе отсутствует до пропадания хотя бы одного импульса. При поступлении импульса Конец счета 31 на вход генератора 1 тактовой частоты, суммирукяцие счетчики импульсов 4, 6, 8, 15, 17, 19, 5, 7, 16 и }8 прекращают суммирование поступающих импульсов. Работа счетчиков в качестве циклического регистра сдвига происходит следующим образом. При поступлении сигнала Конец счета 31 триггеры одного счетчика оказались, например, в таких положениях; 4 в О состоянии 38, 6 в 1 состоянии 39, 8.в I состоянии 40. Первый импульс сдвига 32 с блока 28 генератора импульсов сдвига поступает одновременно на все открытие входы логических элементов И 10, 12 и 14 и переведет в О состояние триггег) счетчика 6, сохранит в 1 сос оянии триггер счетчика 8 и переведет в 1 состояние триггер счетчика 4. Второй импульс сдвига 32 с блока 28 гене-, ратора импульсов сдвига поступает на открытые элементы И 9, 11 и 14 и переведет в Г состояние триггер счетчика 6, в О состояние триггера счетчика 8 и сохранит 1 состояние триггера счетчика 4. Третий импульс сдвига 32 с блока 2в генератора импульсов сдвига поступает на открытые элементы И 9, 12 и 13 и сохранит I состояние .триггера счетчика 6, переведет в .1 состояние триггер счетчика 8 и в О состояние триггер счетчика 4. Работа второго циклического регистра сдвига аналогична, причем информация с обоих регистров сдвига поступает на сумматор 27 и передается на вход блока 29 информации. Устройство для измерения временных интервалов позволяет повысить точность и надежность измерения временных интервалов, так как импульсы генератора 1 тактовой частоты более высокой частоты следоваш1Я 1, чем максимальная частота быстродействия счетчика F, разделяются криотронным переключателем 2 так, что на каждый регистр сдвига поступают импульсы с частотой следования не более ча стоты максимального быстродействия триггера счетчика импульсов нпадше го разряду « где п - количество счетчиков (в ра сматриваемом на диаграммах случае ). Разделение и порядок поступлеНИН импульсов зависит от количества применяемых криотронныХ переключателей, а также от количества и порядка счетчиков. Относительная погрешность дискретности yiw измере ния временных интервалов ut равна дискр ut- и. F где так как к - количество криотронных переключателей, т.е. это положительное целое число, то погрешность дискретности уменьшится в {к+1) раз. В качестве переключателей предлагается использовать джозефсоновские криотроны. Быстродействие их достигает 10-10 с, а стабильност .составляет в пределах 10 за две недели. При этом конструкция джозефсоновских криотронов более прос та, чем обычных криотроново Устройство для измерения временных интервалов позволяет расширить частотный диапазон работы интегральных микросхем в h раз и мож найти применение в радиолокации, например в высотомерах, а также в экспериментальной физике и других отраслях техники, где не требуется относительно большое быстродействи но требуется высокая точность изме рения временных интервалов. В данном .устройстве могут применяться N - разрядные счетчики, тогда диап зоны измеряемых интервалов времени будУт равны , , .4-1 1 э JL. г Cii -р и Формула изобретения Устройство для измерения време ных интервалов, содержащее генера тор тактовой частоты, первый и вто рой суммирую1цие счетчики импульсо И элемент совпадения И-}1К, входы которого соединены с первыми входами первого и второго суммирующих счетчиков импульсов, отличающееся тем, что, с целью,повышения точности измерения временного интервала, в устройство введены криотронный перекхЕЮчатель, двенадцать элементов И, блок управления счетом, блок генератора импульсов . сдвига, блок установки нуля, последовательно соединенные третий, четвертый, пятый и шестой суммирующие счетчики импульсов, последовательно подключенные седьмой, восьмой, девятый и десятый суммирукядие счетчики импульсов и последовательно соединенные сумматор и блок информации, первый выход блока управления счетом подключен через генератор тактовой частоты ко входу криотронного переключателя, каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом элемента совпадения И-НЕ, выход которого подключен ко входам блока установки нуля и блока управления счетом, второй выход которого через блок генератора импульсов сдвига соединен с первыми входами каждого из двенадцати элементов И , первый вход первого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом третьего суммирующего счетчика импульсов, к первому выходу первого суммирующего счетчика импульсов подключен второй вход первого элемента И, второй выход первого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом второго элемента И, выход блока установки нуля подключен ко вторым входам первого, второго, четвертого, шестого, восьмого и десятого суммирующих счетчиков импульсов и к выходам второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, выход первого элемента И соединен с третьим входом четвертого суммирующего счетчика импульсов, первый вход которого подключен ко второму входу пятого суммируст его счетчика импульсов, первый выход четвертого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом шестого элемента И, выход которого подключен к третьему входу шестого суммирующего счетчика импульсов, второй выход четвертого суммирующего счетчика

импульсов соединен со вторым входом третьего элемента И, первый выход шестого суммирующего счетчика импульсов подключен ко второму входу седьмого элемента И, выход которого соединен со входом первого суммирующего счетчика импульсов, второй выход шестого суммирующего счетчика импульсов подключен ко второму входу восьмого элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего счетчика импульсов, со входом сумматора, с выходом девятого элемента И и с третьим входом второго суммирующего счетчика импульсов, первый вход которого подключен ко второму входу седьмого суммирукяцего счетчика импульсов, первый выход второго суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом десятого элемента И, выход которого подключен к третьему входу восьмого суммирующего счетчика импульсов, второй выход второго суммируклцего счетчика импульсов соединен со вторым входом четвертого элемента И, первый вход восьмого суммируюп его

счетчика импульсов подключен ко второму входу девятого суммирующего счетчика импульсов первый выход восьмого суммируклцего счетчика импульсов соединен со вторым входом одиннадцатого элемента И, выход которого подктаочен к третьему входу десятога суммирующего счетчика импульсов, второй выход восьмого

суммирующего счетчика импульсов сойдинен со вторым входом пятого элемента И, первый выход десятого суммирукщего счетчика импульсов подключен ко второму входу девятого

элемента И, второй выход десятого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом двенадцатого элемента И, выход которого подключен ко второму входу второго

суммирующего счетчика импульсов.

Источники информации, ; принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 610306, кл. Н 03 К 21/34, 29.03.76,

2.Авторское свидетельств СССР

№ 708253, кл. G 01 R 23/00,01.04.76 (прототип).

/5