Многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код

и 855996 Союз СоветскихСоциалистическихРеспубпии ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУво девая нзебретеннй и открытий53) УДК 681. . 3 25 ( 088.8) Дата опубликования описания 15.08,81(71) Заявитель Ленинградский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова(54) МНОГОСТОПОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ В ЦИФРОВОЙ КОД Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, в частности квременным спектрометрам, и может бытьгрименено в нейтронных спектрометрах,использующих вр емя-пропетную методику.Известен многостоповый преобразова 5тель временных интервалов в цтфровойкод последовательного действия, содержащий счетчик времени, генератор тактовыхимпульсов, погику управления и запоминающее устройство 11,Недостаток такого преобразователяналичие мертвого времени,. когда точность измерений соизмерима с быстродействием элементной базы, что приводитк искажению временного спектра.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код параллельногодействия, содержащий четыре счетчика,генератор тактовых импульсов, таймер,сдвиговый регистр, выполненный на четырех триггерах и четыре логических элемента И с двумя входами. Вход таймеоа соединен со входом установки в единичное состояние сдвигового регистра. Первые входы логических элементов И.объединены между собой и соединены с выходом генератора тактовых . импульсов, вторые входы логических элементов И соединены с соответствующими выходами сдвигового регистра, а выходы логических элементов И подключены к соответствукнпим входам счетчиков.Момент начала формирования временных интервалов опр едепяется сигналомфСтарт", который поступает одновременно на все триггеры сдвигового регист ра, Окончание интервала, формируемого первым триггером, соответствует моменту поступления первого стопового сигнала, окончание интервала, формируемого вторым триггербм, - второму стоповомусигналу и т, д. Г 21.Недостаток этого преобразователя - погрешность измерений различна дпя каждого временного интервала и зависит,пз только от вероятностного распределения стоповых сигналов, но и от распределения задержки в кацапах формирования и распределения временных интервалов,Пель изобретения - повышение точности преобразования путем увеличения числа каналов формирования и распределения временных интервалов и статистического усреднения задержек в них при случайном распределении и ограниченном числе стоповых сигналов.Поставленная цель достигается тем, что в многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код, содержащий и счетчиков, сдвиговый регистр, г логических элементов И, генератор тактовых импульсов и таймер, и выходов сдвигового регистра соединены с первыми входами соответствующих логических элементов И, другие входы которых объединены между собой и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, дополнительно введены(+ 1) входовых мажоритарных элементов, распределитель, ( н - 1) сдвиговый регистр, ( 1 п - 1) О логических элементов И и птп входовых логических элементов ИЛИ, причем выход таймера соединен с синхрониэируюшим входом распределителя, каждые т выходов которого соединены соответственнос й входами соответствующего мажоритарного элемента и информационными входами соответствующего сдвигового регистра, управляющие входы мажоритарных элементов объединены между собой и соедийены со входом таймера и первым входом преобразователя, выходы мажоритарных элементов подключены ко входам установки в единичное состояние соответствующих сдвиговых регистров, синхронизирующие входы которых объединены между собой и соединеы со вторым входом преобразователя, каждые п выходов дополнительных сдвиговых регистров соединены соответственно с первыми входами дополнительных логических элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, 1 -ые выходы всех элементов И через 1 -ый логический элемент ИЛИ соединены с синхрониэирующим входом 4 -го счетчика.На фиг. 1 представлен многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код на фиг. 2 - прафики, иллюстрирующие процесс получения усредненного результата измерения одного временного интервала; на фиг,З10 20 30 40 50 96с хема кольцевого сдвигового регистра с п информационными входами,Преобразователь состоит из таймера 1, распределителя 2 с щ.п выходами, . генератора 3 тактовых импульсов, тп мажоритарных элементов 4- совпаде ний на два с (+ 1) входами сдвиговых регистров 5с о выходами, каждый из которых имеет г 1 информационных входов и выполнен по кольцевой схеме, пч.п логических элементов 6,1 И с двумя входами, о логических элементов 7 г ИЛИ с ю входами и п счетчиков 8 -г, Выход таймера 1 соединен с синхрониэирующим входом распределителя 2, первые р выходовкоторого соединены соответственно с и . входами первого мажоритарного эпементц4 совпадений и информационными входамипервого сдвигового регистра 5, вход установки в единичное состояние которогосоединен с выходом данного мажоритарного элемента, первые выходы о логических элементов И 6 через и логических элементов ИЛИ 7соединены соответственно с синхрониэирующими входами счетчиков 84,.г вторые и выходов распределителя 2 соединены соответственно с о входами второго сдвигового регистра 5 вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом данного мажоритарного элемента,. и выходов второго сдвигового регистра 5 1 соединены соответственно спервыми входами вторых и погическихэлементов И 6, выход 1 каждого изкоторых через о соответствующих логических элементов ИЛИ 7, соединеныс синхрониэирующими входами соответствующих счетчиков 8 и т. д, до щ-ыхО выходов распределителя 2Управляющие входы мажоритарных элементов 2+,т 1 объединены между собой исоединены с входом таймера 1 и входом 5"Старт" преобразователя синхронизируюфщие входы сдвиговых регистров 5объединены между собой и .соединены совходом "Стоп" преобразователя, вторыевходы логических элементов И 61объединены между собой и соединены свыходом генератора 3 тактовых и 4 пульс ов.Кольцевой сдвиговый регистр состоит из о триггеров 9 и и логическихэлементов 1 О ИЛИ, причем синхронизи-рующие входы и входы установки в нулевое состояние всех триггеров соответственно объединены между собой, выходкаждого предыдущего триггера соеди нен с одним из входов элемента 10 ИЛИ выход которого соединен с информационным входом,поспедуюшего триггер а.Преобразователь работает следующим образом.В исходном.состоянии на одном из н 1.н выходов распределителя 2, например, на одном из первыхвыходов, имеется логический О", поступающий на один извходов первого мажоритарного элемента 4 и на один из и информационных входов первого сдвигового регистра 5 . По сигналуСтарт с выхода мажоритарного элемента 4 происходит .установка всех н триггеров сдвигового регистра 5., в единичное состояние и запуск таймера 1, определяюшего время цикла работы преобразователя. При установке триггеров первого сдвигового регистра 5 в единичное состояние импульсы такто - вого генератора 3 через первые и элементов 6 совпадений и все элементы 1ИЛИ 7 г,поступают на синхронизирующие входы всех счетчиков 8 н . По первому сигналу "Стоп" происходит сброс в нулевое состояние триггера первого сдвигзвого регистра 5, на информационном входе которого был логический "О ", поступающий с одного иэ первыхвыходов распределителя 2, При этом синхронизирующий вход одного из н счет. чиков 8 закрывается и счет импульсов с тактового генератора 3 данным счет чиком прекращается. Одновременно с этим триггер первого сдвигового регистра 5., установленный в нулевое состояние первым стоповым сигналом, вырабатывает разрешение для следующего триггера, установка в нулевое состояние которого происходит по второму сигналу "Стоп". Таким образом, если в исходном состоянии логический "0" с первых из н выходов распределителя 2 поступает на информационный вход первого триггера первого сдвигового регистра 5, то при поступлении н стоповых сигналов все триггеры первого слвигового регистра 5 устанавливаются в нулевое состояние и на всех счетчикахн прекрашается счет,При окончании работы таймера 1 происходит сдвиг на единицу логического О на выходе распределителя 2. По второму сигналу Старт" процесс работы повторяется, отличаясь только тем,что теперь первый временной интервал формируется следуюшим триггером первогороятностью я,с, когда цикл измерения начат с триггера при отсутствии первого стопового сигнала, либо с веро О ятностью сс, когда цикл измеренияначат с 1 к)-го триггера при первомстоповом сигнале . Тогда;1+ Ьк с вероятностью% Я.+Я; Ч=аТретий временной интервал будет сформирован триггером с вероятностью ), , 1,когда цикл измерения начат с триггера. при отсутствии первого и второго 5 1 О 15 20 25 30 Ь 35 4 О 45 сдвигового регистра и измерен соответственно следуюшим счетчиком по отношению к триггеру и счетчику, которыми был сформирован и измерен временной интервал в первом цикле измерения. Последнийп -ый триггер первогосдвигового регистра в этом случае приустановке в нулевое состояние по( н - 1)-му стоповому сигналу вырабатывает разрешение для первого триггера,установка в нулевое состояние которогопроисходит по и - му стоповому сигнаПри поступлении (н + 1 ) сигнала"Старт" с выхода второго мажоритарногоэлемента совпадений1 происходит установка в единичное состояние второгосдвш ового регистра 5, При этом длявсех следующих и сигналов " Старт"формирование и распределение временных интервалов осушествляется триггерами второго сдвигового регистра 51 ит д.Покажем на примере работы одногосдвигового регистра, что вероятность фор.мпрования любого временного интервалакаждым триггером данного сдвиговогорегистра не зависит в этом случае отвероятностного распределения стоповыхсигналов.Пусть вероятность появления первогостопового сигнала я, второгостретьего - ,л - го - пПричем = 1-;%= 1- 1н .- 1 -1 оскольку вероятность формированияпервого временного интервала не зависит от вероятностного распределениядруглх стоповых сигналов, то при кольцевой выборке распределителем триггеров сдвигового регистра первый временной интервал формируется каждым триггером с вероятностью Я, т.е. для каждоготриггера будет справедливоь к с вероятностью ЯВторой временной интервал будетсформирован каждым триггером с ве стоповых сигналов; с вероятностью Ч 1 Я 3 + Яя Я,Я, когда цикл измерения начат с (к)-го триггера при Отсутствии первого и второго стоповых сигналов либо с вероятностью с),.с,с, когда цикл измерения начат с (к)-Го триггера при первом и втором стоповых сигнал ах.Тогда 1+ дГ с вероятностью %Я 2+ЧЬЧ Яа+ЧЭЪД,+Яч 11% -" ЧАналогичным образом можно подучить, что вероятности формирования временных интервалов 4,1 каждым триггером будут равны соответственно14 Ч 5"лТаким образом, при кольцевой выборке распределителем триггеров сдвигового регистра вероятность формирования каждым триГГером данноГО сдвиговОГО ре гистра не зависит от вероятностного распределения стоповых сигналов.Поскольку . каждый временной ин тервал формируется всеми триггерами данного сдвигового регистра, то при случайном распределении задержки в каналах формирования и распределения стопо- Фвых сигналов, результат измерения каждого временного интервала будет иметь также случайное распределение, обуслов- ленное распределением задержки.При ограниченном числе стоповых сигналов в предлагаемом преобразователе эффект статистического усреднения достигается тем, что в нем число каналов формирования и распределения временных интервалов равно произведению щ ио Таким образом, предлагаемый многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код Обдвдает перед известным преобразователем рядом преимуществ: в нем исключена зависмость вероятности формирования любого временного интервала каждым триггером сдвигового регистра и реализовано статистическое усреднение задержек в каналах формирования и распределения временных интервалов при Ограниченном числе стоповых сигналов, что уменьшает искажение исследуемого временного спектраФормул а изобр етенияМногостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код, содер 5996жащийсчетчиков, сдвиговый оегистр,О логических элементов И, генератортактовых импульсов и таймер, о выходовсдвигового регистра соединены с первыми входами соответствующих логических элементов И, другие входы которыхОбъединены между собой и соединеныс выходом генератора тактовых импульсов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с це 1 О дью повышения точности преобразованияв него дополнительно введены гп (и1)входовых мажоритарных элементов, распределитель, (п 7-Х) сдвиговый регистр, (п 1-1)6 логических элементов И и й щ входовых логических элементов ИЛИ, причемвыход таймера соединен с синхронизирующИм входом распределителя, каждые О выходов которого соединены соответственно с и входами соответствующего мажоритарного элемента и информационнымивходами соответствующего сдвигового регистра, управляющие входы мажоритар- .ных элементов объединены между собойи соединены со входом таймера и первымвходом преобразователя, выходы мажоритарных элементов подключены ко входам установки в единичное состояниесоответствующих сдвиговых регистров,синхронизирующие входы которых объединены между собой и соединены совторым входом преобразователя, каждыеИ выходов дополнительных сдвиговыхрегистров соединены соответственно спервыми входами донопнитепьных логических элементов И, вторые входы кото 35рых объединены и соединены с выходомгенератора тактовых импульсов, 1 -ыевыходы всех элементов И через-ыйлогический элемент ИЛИ соединены с.синхронизирующим входом 1 -го счетчи 40ка,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 451 ЬОЬ СЪаппе 1 71 пе Апайуе 2 МеЬУон 4 аЫЕ СМопе 2 ФидфП ЯЫ, 8 Ь Ае 41161-1164, 196512. Многостоповый конвертер с непосредственным преобразованием времени в код. пос 6.3)ЫГоп . апо 8 щв 1 И.140 Яо 2, 283-287 1977.855996 ЧИСЛООТСЧ 7 ОВ ОЕРЬЬЙ КАЙМАФОРМИРВДй ИрВРЕмаи ногоИНТЕРЬАМ ВТОРОЙ ХАЙМТ ТРГИЙ ХАНАА МОЗЕРГЫЙ ХАКАД 0%Тьц 3 кАНМ Т ШЮСТОЙ КАНМ ФИГ.2. ЩРЕДфМЙЫЙ ИЗМЕРЕНИР ОДйСГО ВРЕМЕВИ НОГО ИНТ Е РВАЛА,