Измеритель длительности импульсов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 17145 1)5 601 К 29/ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В ве ительналов.йемвза лев едеЮ ОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ, ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(56) Маграчев З,В. Аналоговые изные преобразователи одиночных- МЭнергия, 1974, с. 169-172.Патент Франции М 2468153,кл. 0 04 Р 10/00, 6 01 Я 13/32, 19(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть исдля измерения длительности пульсов, а также в качестве инных блоков в преобразоватекод комбинированного типа. ретения является повышение вия измерителя длительности счетсокращения времени преинформации в нижней части апазона измерителя, Длителього импульса в измерителе прев расширенный временной методу заряд - разряд либо ряд, Расширенный временной олняется импульсами времязаледовательности, число коточитывается кодирующим ил,пользовано коротких им терполяцион лях время - Целью изоб быстродейст импульсов за образования рабочего ди ность входн образуется интервал по заряд - доза интервал зап дающей пос рых подс счетчиком. 2Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может бытьиспользовано для измерения длительности. коротких импульсов в различных отрасляхнауки 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 егоразрядом меньшим по величине током дозаданного уровня напряжения,Недостатком этого устройства являетсябольшое время преобразования информации,Наиболее близким к предлагаемому является хронометрическая система, содержащая два триггера, ключ, два управляемыхгенератора тока, накопительный конденсатор, компаратор, схему И, счетчик и микропроцессор. Это устройство позволяетпреобразовывать короткие временные интервалы в цифровой код путем расширениявходного интервала с последующим его измерением прямым счетно-импульсным методом.Недостатком этой системы также является большое время измерения длительности интервалов времени,Целью изобретения является повышение быстродействия измерителя длительности импульсов.Поставленная цель достигается тем,что в измеритель длительности импульсов,содержащий общую шину, шину входногосигнала, шину времязадающей последовательности, шину опорного напряжения, дватриггера, ключ, два управляемых генератора тока, накопительный конденсатор, компаратор, первую схему И, счетчик, причемвыход первого триггера подключен к входуключа, первый вывод ключа соединен с общей шиной, инверсный выход второго триггера подключен к входу управления первогогенератора тока, выход которого соединенс выходом второго генератора тока, с вторым выводом ключа, инверсным входомпервого компаратора и первой обкладкойнакопительного конденсатора, вторая обкладкакоторого соединена с общей шиной,прямой вход первого компаратора соединен с первой шиной опорного напряжения,шина времязадающей последовательностисвязана с третьим входом первой схемы И,выход которой подключен к суммирующемувхоДу счетчика, введены три триггера, управляемый генератор тока, два компарато 10 15 25 45 сброса счетчика, выходы которого связаны 50 55 30 35 40 ра, 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 й С-входом первого триггера, а через линию задержки - с С-входами второго и третьего триггеров, прямой выход второго триггера подключен к первым входам первой и второй схем И и к О-входу пятого триггера, выход которого связан с О-входами первого и второго триггеров и через третью линию задержки - с выходной шиной "Запрос", инверсный выход третьего триггера соединен с входом управления второго генератора тока и вторым входом первой схемы И, прямой выход третьеготриггера соединен с входомуправления третьего генератора тока и вторым входом 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 К-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 О-входу третьего триггера, входная шина сброса подключена к К-входам четвертого и пятого триггеров, к третьему входу третьей схемы И и к входу с выходными информационными шинами,на О-вход четвертого триггера подан сигналлогической единицы. На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого измерителя; на фиг,2 - временная диаграмма, поясняющая принцип его работы; на фиг,3 и 4 принципиальнная электрическая схема управляемых генераторов тока.Измеритель длительности импульсов содержит общую шину, шину входного сигнала, шину времязадающей последовательности, шину приведения устройства в исходное состояние "Сброс", выходную шину "Запрос", информационные выходные25 30 35 40 50 55 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 Р-входу триггера 8, выход которого связан с О-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 входомсчетчика 22. Выход генератора тока 12 связан с первой обкладкой 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 К-входам триггеров 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-входом триггера 8, прямой выход компаратора 15 подключен кО-входу триггера 6, входная шина сброса подключена к Я-входам триггеров 7, 8, к третьему входу схемы И 20 и к входу сброса счетчика 22, выходы которого связа.- ны с выходными информационными шинами. На О-вход триггера 7 подан сигнал логической единицы. Измеритель работает следующим образом.После включения источников питанияустройства на шинах 1-3 опорного напря жения устанавливаются постоянные порогисрабатывания компараторов 13-15 соответственно. Порог срабатывания комгаратора 13 определяет верхнюю границу рабочего диапазона, порог срабатывания 10 компаратора 14 - его нижнюю границу, апорог срабатывания компаратора 15 соответствует середине полного рабочего диапазона преобразования.Перед началом цикла измерения изме ритель приводится в исходное состояниеимпульсом, поступающим с входной шины "Сброс" на К-входы триггеров 7 - 8, счетчика 22 и через схему И 20 на В-входы триггеров 4 - 6.20 В результате триггер 4 открывает ключ9, 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 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 импульсов 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. Линия задержки 23 обеспечивает исключение из процесса преобразования начального нелинейного участка заряда конденсатора 16,В результате прекращается заряд кон 45 денсатора 16 током генератора 10 и начинается, в зависимости от длительности регистрируемого импульса, его разряд током генератора 12 либо дозаряд током генератора 11,Если длительность входного импульса не превысила половины рабочего диапазона измерений (см. первый случай на фиг.2),то сигнал на прямом выходе компаратора 15 будет иметь низкий уровень, и таким образом будет разрешена работа генератора 12, При этом разблокируется схема И 18, обеспечивая поступление импульсов времязадающей последовательности на суммирующий вход счетчика 22. При этом схема И 19 будет заблокирована низкимуровнем 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 О-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 уровень 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 триггеры 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 непри состоянии, соответствующем его максимальной емкости, то для компенсации систематической ошибки в одну единицу5 младшего разряда с помощью линии задержки 24, которая задерживает сброс триггера5 на один период времязадающей последовательности, из содержимого счетчика вычитается дополнительная единица.10 При поступлении на вход измерителяимпульса с длительностью, превышающеймаксимально измеряемую, измеритель произведет внутренний сброс сигналом с выхода компаратора 13, Сигнал запроса для15 считывания данных при этом вырабатываться не будет из-за отсутствия разрешающегосигнала на О-входе триггера 8.Оценивают среднее время преобразования для предлагаемого измерителя. С уче 20 том того, что при равномерномраспределении длительностей входных сигналов в пределах рабочего диапазона объемвыборок для обеих его половин одинаков,получаютт -1 Игде Т,р - среднее время преобразования в1первой половине диапазона;30 Тср - среднее время пребывания во второй половине диапазона,В виду того, что Тср =Тср= 0,25 КХмакс,1 Пгде тмакс - максимальная длительность импульса;К - коэффициент преобразования,тоТср = 0 25 К ТмаксСреднее же время преобразования дляизвестного измерителя определяется выра жениемТср = 0,5 К 7 максТаким образом, изобретение позволяетв среднем в два раза повысить быстродействие измерителя за счет сокращения времени преобразования информации в нижней части его рабочего диапазона пре- образования Формула изобретения Измеритель длительности импульсов, содержащий общую шину, шину входного сигнала, шину времязадающей последовательности, первую шину опорного напряжения, два триггера, ключ, два управляемых генератора тока, накопительный конденсатор, первый компаратор, первую схему И, счетчик, причем выход первого триггера подключен к входу ключа, первый вывод ключа соединен с общей шиной, инверсныйвыход второго триггера подключен к входу управления первого генератора тока, выход которого соединен с выходом второго гене. ратора 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 О-входу пятого триггера, выход которого связан с О-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 кото рой связан с шиной времязадающей последовательности, а выход - с вычитающим входом счетчикавыход третьего генератора тока связан с первой обкладкой накопительного конденсатора и прямыми входами вто рого и третьего компараторов, инверсныевходы которых подключены к второй и третьей шинам опорного напряжения соответственно, прямой выход первого компаратора связан с первым входом четвертой 15 схемы И и через вторую линию задержки -с первым входом третьей схемы И, выход которой подключен к Й-входам первого, второго и третьего триггеров, прямой выход второго компаратора соединен С С-входом 2 О 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 25 О-входу третьего триггера, шина "Сброс"подключена к В-входам четвертого и пятого триггеров, к третьему входу третьей схемы И и к входу сброса счетчика, выходы которого являются выходами измерителя, на О вход четвертого триггера подан сигналлогической единицы,/ цн 1 еснсм щрцггера 5 ююьщежюаОЮР,О К индер нхоф гера б К прям дрог12Составитель Е, Новиков едактор Т. Иванова Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий аз 691 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1