Измеритель длительности импульсов

)с 6 01 й 29/02 ПИ ИЕ ИЗОБРЕТЕ К АВТОРСКО СВ ЛьСТВ(57) Примененимери 1 ельнои т телямизобфиль времен ретения, ра, два а я, две схе ра, четь вых импу оответств вател ио- раакт я с а также второй формирователь 20 и второй БРВ 22. Входом измерителя являются обьеди не н н ые входы формирователей 19, 20. Выходы БРВ 21, 22 соединены с первым и вторым входами соответственно первого вычитателя 17, последовательно соединенного с вторым входом второго вычитателя 18, к первому входу которого подключена шина установки начального кода, Выход второго вычитателя является выходом измерителя, Кроме того, выход генератора такто вых импульсов 15 соединен с первым и вторым управляющими входами первого 19 и второго 20 формирователей, со счетным входом счетчика 16 и входами записи первого 13 и второго 14 регистров соответственно первого 21 и второго 22 БРВ. Каждый фильтр 1, 2 (фиг.1-3) состоит соответственно иэ й-отводной линии задержки 23, 24. входы которых являются входами фильтров 1, 2, Линия задержки обеспечивает шаг задержки Л 1 и общее время задержки ИЛт, Шаг задержки й выбирается из условия достижения требуемой точности измерения т, а обизмерительрителям вреенных интервалов, Цель изобретения ышение точносоединены ый БРВ 21,Гс)с:удлРст 81.14 нс)Г Г 1 лен Г 11 п 1 гдс)мс:ТВО ссс;РГ С) С;11 ЛР Н 1 С С: С:1)(71) Центральный научно-исследовательскии институт радиоэлектронных систем (72) В,И.Симонов и А,А Чижов (56) Мирский Г,Я. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986, с,112,Дворяшин Б.В, и Куэецов Л,И, Рад технические измерения М Советское дио, 1978 с 105. Изобретение относитсой технике, в частности к и сти измерения г,.На фиг.1 изображена схема измерителя; на фиг.2 - схема фильтра первою форми рователя; на фиг,3 - схема фильтра второгоформирователя; на фиг,4, 5 - временныедиаграммы, поясняющие работу измерителя: на фиг.б - временные диаграммы, поясняющие наличие положительного эффекта.Устройство (фиг.1) содержит; 1, 2фильтр; 3, 4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 5, 6 - схема сравнения; 7, 8 -коммутатор; 9, 10 - регистр; 11, 12 - . коммутатор; 13, 14 - регистр; 15 - генератор тактовых импульсов (ГТИ): 16 - счетчик; 17, 18- вычитатель; 19, 20 - формирователь; 21, 22- блок регистрации времени (БРВ),Фильтры 1, 2 (фиг,2, 3) соответственносодержат; 23, 24 - линия задержки (ЛЗ); 25,26 - усилитель, 27, 28 - сумматор.При этом последовательнопервый формирователь 19 и перв ЛЬ ДЛИ ГЕЛЬ НОС 1 И ИМе. устроиство относится к изхнике, в частности к иэмериных интервалов, Сущность устройство содержит два налого-цифровых преобразомы сравнения, четыре коммуре регистра, генератор ьсов, счетчик, два вычитатеующими связями. 6 ил.щее время задержки М Л 1 выбирается равным максимальной величине длительности импульса, измерение которого предполагается осуществлять, В фильтре 1 вход ЛЗ и все промежуточные выходы, кроме последнего, подключены к сумматору 27 непосредственно, а последний выход ЛЗ - через усилитель 25, Аналогично в фильтре 2 все выходы ЛЗ подключены к сумма 1 ору 28 непосредственно. а вход ЛЗ - через усилитель 26, Усилители 25, 26 имеют коэффициент усиления, равный двум, а сумматоры 27, 28 имеют И+1 вход каждый, Выходы сумматоров 27, 28 являются выходами фильтров 1, 2 соответственно и подключены к АЦП 3, 4 в каждом канале соответственно, Тактовая частота Г ГТИ выбирается из условияГт =- 1/ Л 1АЦП преобразует поступающее на его вход с выхода фильтра напряжение иэ аналоговой формы в цифровую, На выходе АЦП формируется гп-разрядный код, поступающий на схему сравнения 5, б и коммутатор 7, 8, На элементах 5, 7, 9 первого 19 и 6, 8, 10 второго 20 формирователей реализуется схема, осуществляющая последовательную процедуру выбора максимального значения.БРВ каждого канала состоит из коммутаторов 11, 12 и регистров 13, 14. На входы записи регистров 13, 14 поступает тактовая частота с выхода ГТИ .15, БРВ регистрирует время, выделения максимального значения напряжения, выбранного в формирователе,Схема измерителя длительности импульса работает следующим образом:В начале процедуры измерения длительности импульсы регистры 9, 10 (фиг,1) формирователей 19, 20 соответственно, регистры 13, 14 блоков регистрации времени 21, 22 соответственно и счетчик 16 устанавливаются в нуль импульсом, поступающим на их входы "Установка в нуль" от схемы "Обнуление по включению". Схема "Обнуление по включению" на фиг.1 не показана. На выходе вычитателя 17 в начале процедуры измерения устанавливается нулевой код, соответствующий длительности ти = О, так как операции вычитания подвергаются нулевые значения кодов, записанных "йо включению" в регистры 13, 14. На выхоДв вычитателя 18 в начале процедуры формируется значение кода, соответствующее длительности Т,х На втором входе схемы сравнения 5 формирователя 19 с выхода регистра 9 и на втором входе схемы сравнения 6 формирователя 20 с выхода регистра10 "По включению" устанавливается начальное пороговое напряжение Ол = О.Схема работает следующим образом, Входной сигнал поступает на два филь.5 тра 1 (фиг.1, 2) и 2 (фиг.1, 3).Импульсные переходные функции К 1, 2(т) фильтров 1, 2, а также их реакции Овых 1,2 (1), Овых 1,2 (1), Оеых 1,2 (С)10 на входные воздействия Овх (т), Овх (т), Овх (т) 45 М 1 - тМ 2 = Таз - Ги(2) что позволяет вычислить ти по данным 1 М 1 и 1 М 2.С выхода фильтров 1, 2 выходные сигналы Овых 1(т) и Овых 2(с) поступают на АЦП 3 и АЦП 4 соответственно.Для обеспечения работы АЦП 3 и 4 на ихвспомогательные входы поступает тактовая частота Рт причем Ет = 1/ Й,На выходах АЦП 3 и 4 будут формироваться коды напряжений с выходов фильтров 1 и 2 соответственно, которые в цифровом виде (пт - разрядный код) с периодом следования, равным й = 1/Р, посту 15 соответственно изображены на фиг.4, 5,Специальный вид переходных функцийКф) и К 2(1), имеющих "пьедестал" и "вершины", расположенные на разных концах "пьедестала" для К 1(1) и К 2(1), приводит к тому, 20 что:при любой длительности входного импульса - от Минимальной для Овх (1) и до максимальной для Овх (1) - реакция фильтрана их воздействия имеют один единственный локальный максимум, что позволяет говорить о максимуме выходного сигнала фильтровМ 1 - для фильтра 1;М 2 - для фильтра 2.30 Максимумы М 1 и М 2 реакций 1-го и 2-гофильтров оказываются привязанными к переднему фронту входного импульса, причем момент появления 1 М 1 на выходе 1-го фильтра сдвинут, относительно переднего фрон та входного импульса на время, равное Тлз,а момент появления тм 2 максимума М 2 на выходе 2-го фильтра сдвинут относительно переднего фронта входного импульса на время, равное длительности импульса ти, 40 Отсюда можно заключить, что моментытм 1, тм 2 появления максимумов М 1, М 2 сдвинуты относительно друг друга на время, рав- ноепают соответственно на схемы сравнения 5,6 и коммутаторы 7, 8.Процессы, проходящие в элементах 5, 7,9 и б, 8, 10, аналогичны. Рассмотрим процедуру выбора максимума, осуществляемую вформирователе 19.На первый вход схемы сравнения 5 поступает текущее значение напряжения, выделенное фильтром 1 и преобразованноеАЦП 3. На второй вход схемы сравнения 5поступает напряжение. хранящееся в регистре 9, которое в начале процедуры устанавливается равным нулю по включению. Навыходе схемы сравнения 5 вырабатываетсянапряжение лог. "0" или лог. "1" в зависимости от того, какая из двух сравниваемыхвеличин больше.Если с выхода АЦП 3 поступает напряжение больше, чем записанное в регистре9, то на выходе схемы сравнения 5 вырабатывается напряжение, поступающее на управляющий вход коммутатора 7, поддействием которого выход АЦП 3 соединяется с входом регигтра 9. Г 1 од действиемтактовой частоты Р, поступающей с выходагенератора 15 на вход записи регистра 9,вновь поступившее с АЦП 3 значение напряжения запишется в регистре 9.В следующем отрезке времени, равномй, вновь поступившее с АЦП 3 напряжениебудет сравниваться с напряжением, ранеезаписанном в регистре 9, в данном случае спредыдущим. Если вновь поступившее значение оказалось, например, меньше, чемранее записанное в регистре 9, то на выходесхемы сравнения вырабатывается напряже-ние, поступающее на управляющий выходкоммутатора 7,под действием которого выход регистра 9 соединится с его входом. Поддействием тактовой частоты Г ранее записанное в регистре 9 значение вновь переписывается в него.Таким образом, если вновь поступившее с АЦП 3 значение напряжения превышает по величине ранее записанное врегистре 9, то в регистре 9 записываетсяновое значение. Если новое значение напряжения, поступившее с АЦП 3, не превышает ранее записанное, то в регистре 9регенерируется старое значение, Таким образом, к концу процедуры в регистре 9 будет находиться максимальное эа все времяпроцедуры выделенное фильтром 1 напряжение. т.е. реализуется последовательнаяпроцедура выбора максимального значения,Все выше сказанное относительно процедуры выбора максимума в формирователе 19 в равной степени справедливо дляформирователя 0 с учетом разницы в нумеР50 5 10 15 20 25 30 35 40 45 рации составляющих гн о отдельных элементов.С выхода схемы сравнения 5 формирователя 19 управляющее напряжение поступает на коммутатор 11 блока регистрации времени 21, С выхода схемы сравнения б формирователя 20 управляющее напряжение поступает на коммутатор 12 блока регистрации времени 22. Блоки регистрации времени 21 и 22 фиксируют моменты выделения максимального значения в формирователях 19, 20 соответственно и работают соответственно под их управлением.Блоки регистрации времени 21. 22 выполнены аналогично. Рассмотрим работу блоков регистрации времени на примере БРВ 21.Выход регистра 13 и выход счетчика 1 б подключены к входам коммутатора 11, на управляющий вход которого приходит управляющее напряжение со схемы сравнения 5 формирователя 19.В начале процедуры регистр 13 был "установлен в нуль" от схемы "обнуления по включению",С приходом каждого тактового импульса Р. счетчик 16 изменяет свое состояние. На его выходе каждый период й меняется код времени, В те моменты времени, отсчитываемые счетчиком 16, когда с выхода АЦП 3 поступает напряжение, превышающее по величине ранее записанное в регистре 9, в БРВ 21 под действием управляющего сигнала, поступающего со схемы сравнения 5, выход счетчика 16 соединяется через коммутатор 11 с регистром 13, Под действием тактовой частоты Г значение счетчика 16 записывается в регистр 13.В те моменты времени, когда с выхода АЦП 3 поступает напряжение, не превышающее ранее записанное в регистре 13, в нем регенерируется ранее зафиксированное значение времени (кода).Все выше сказанное относительно блока регистрации времени 21 в равной степени справедливо для БРВ 22 с учетом разницы в нумерации составляющих элементовПосле окончания входного импульса на выходе вычитателя 17 формируется значение кода, соответствующее разнице во времени ЛТ выделения максимального -значения в фррмирователе 19 тм 1 и времени выделения максимального значения в формирователе 20 тмг,ЛТ = см 1 - тамг, (3)при этом на выходе вычитателя 18 сформируется код времени, соответствующий длительности измеряемого импульса г, 1824597(4) Для доказательства положительногоэффекта необходимо конкретизировать видфильтров прототипа. Учитывая их назначение - формирование коротких вспомогательных импульсов в моменты времени,совпадающие с передним и задним фронтом входного импульса, можно предположить, что основной математической 10операцией, реализуемой этими фильтрами иопределяющей их свойство, является дифференцирование входного импульса, Ввиду большого разнообразия схемныхрешений, обеспечивающих в той или иной 15форме приближенную реализацию операции дифференцирования, целесообразноограничиться рассмотрением "идеальной"дифференцирующей цепочки в качествефильтров прототипа с тем отличием между 20ними, что в фильтре 2 дополнительно осуществляется инвертирование выходного сигнала для придания вспомогательнымимпульсам одинаковой положительной полярности, 25На Ьиг,б изображены временные диаграммы входного (измеряемого) импульса нафоне флуктуационных выбросов входногошумового воздействия (фиг, ба) и реакции наих воздействие, наблюдаемые на выходах 30первого (фиг. бб) и второго (фиг, бв) дифференцирующих фильтров прототипа. Формаполезного и помехового входных сисналовумышленно выбрана весьма простой - "трапецеидальной" и "пилообразной" с тем. чтобы подчеркнуть качественный характерпроводимого докаэател ьства пол ожител ьного эффекта,Из диаграмм видно, что помимо двухполезных вспомогательных импульсов, 40обозначенных на фиг.б буквами "ПФ" и ЗФ"и связанных с передним и задним фронтамиизмеряемого импульса соответственно, навыходе фильтров присутствует множество"ложных" импульсов, которые весьма затруднительно отселектироеать от полезныхпо каким-либо признакам и которые существенно искажают показания измерителя+прототипа,Более того, в ситуации, изображенной 50на фиг.б, прототип вообще оказывается нера ботосп особн ы м.В то же время в настоящем измерителевлияние флуктуационных выбросов на оценку длительности тпроявляется в значительно меньшей степени, что связано с"интегрирующим", а не дифференцирующим характером производимых здесь операций фиг.4, 5, Для подтверждения сказанного можно рассмотреть также флуктуационные выбросы, крутизна которых сравнима с крутизной фронтов полезного импульса, а мощность значительно меньше,В этом случае вариации положения максимумов М 1, М 2 на временных диаграммах фиг, 4 ж. 5 ж, вызванные воздействием шумов, будут незначительными и сравнимыми с периодом повторения Т импульсов ГТИ 15 фиг,1,Таким образом, такие свойства настоящего измерителя, как интегрирующий характер воздействия фильтров 1, 2 на входной импульс, единственность максимумов М 1, М 2 в выходных сигналах фильтров 1, 2, способность в реальном масштабе времени фиксировать моменты 1 М 1,1 М 2, поЯвлЕ- ния максимумов М 1, М 2 е выходных сигналах фильтров 1, 2, обеспечивают повышенную точность измерения длительности выходного импульсаФормула изобретения Измеритель длительности импульсов, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик и деа формирователя, входы которых являются входами измерителя, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повыше. ния точности, в него введены два коммутатора, деа регистра и два вычитателя, причем выходы первого и второго формирователей подключены, к управляющим входам соответственно первого и второго коммутато-. ров, первые входы которых, соединены с выходом счетчика, выходы первого и второго коммутаторов соединены с входами первого и второго регистров соответственно, выход первого регистфа подключен к второму входу первого коммутатора и первому входу первого вычитателя, выход второго регистра соединен с вторым выходом второго коммутатора и вторым входом первого вычитателя, выход которого подключен к второму входу второго вычитателя, к первому входу которого подключена шина установки начального кода, выход второго вычитателя является выходом измерителя, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым и вторым управляющими входами первого и второго формирователей. со счетным входом счетчика и входами записи первого и второго регистров, входы формирователей объединены, причем каждый из формирователей содержит фильтр, аналого-цифровой преобразователь, схему сравнения, регистр и коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, являющимся выходомфит формирователя, первый и второй управляющие входы формирователя подключены соответственно к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя и входу записи регистра, выход которого соединен с вторыми входами схем сравнения и коммутатора, первые входы которых подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя, вход фильтра является входом формирователя, а выход соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход коммутатора подключен к входу регистра, при этом фильтр первого формирователя содержит усилитель, (И+1)-входовой сумматор и Й-отводную линию задержки, вход которой соединен с входом фильтра и первым входом (8+1)-входового сумматора,первые Мвыходов И-отводной линии задержки соединены с входами с второго по Й (И+1)-входового сумматора, М-й выход Н-отводной линии задержки через 5 усилитель подключен к(М 1)-му входу(8+1)- входового сумматора, выход которого является выходом фильтра первого формирователя, фильтр второго формирователя содержит й-отводную линию задер О жки, (И+1)-входовой сумматор и усилитель,вход которого соединен с входом Й-отводной линии задержки и входом фильтра, а выход - с первым входом (И+1)-входового сумматора. остальные М входов каждого 15 подключены к выходам й-отводной линиизадержки, а выход является выходом фильтра второго формирователя.1824597 рыл) У Рх е) /",гх П рректор Н. Корол Ре Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Фзводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10Заказ 2224 ВНИИПИ Гос ОУхг) Составитель А. Чижо Техред М,Моргентал П.