Устройство для измерения временных интервалов

(22)Заявлено 30.05.80 (21) 2932026/16-2 1с присоединением заявки Рй(51)М. Кл. 6 01 1 23/00 РВрйеретеацаЯ комитет СССР в делам езебретевеЯ н втерытяЯ(54) УСТРОЙСТВО ДЗИ ИЗИЕРЕНИИ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВИзобретение относится к измерительной технике и может быть исполь. зовано преимущественно в цифровых радиоэлектронных измерительных устройствах.Известно устройство для измерения временных интервалоз содержащее счетчики импульсов, генератор тактовой частоты и логические элементы 11Однако 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, первый и второй суммирующие счетчики импульсов и элемент совпадения И-НЕ, входы которого соединены с пер. выми входами первого и второго суммирующих счетчиков импульсов. Кроме того, это устройство содержит блок вывода информации, блок коммутациии триггер 121.Недостатком этого устройства является невозможность повысить допустимую скорость счета выше скоростипереключения триггера младшего разряда счетчика, который определяетмаксимальное быстродействие счетчика. Повышение скорости счета ограничивается применением однотипных 0элементов, имеющих такое же времябыстродействия, как и само устройство, Вывод информации со счетчикоЯпроводится через дополнительные элементы, например регистры сдвига.15При этом вывод информации проводится однократно, что может привестик пропаданию части информации в других блоках, а это приводит к уменьшению надежности измерения временного интервала. Цель изобретения - повышение точности измерения временного интервача.ка импульсов,Поставл иная цель достигается тем, что в устройство для измерения временных интервалов, содернащее генератор таковой частоть-. первый и второй суммируюшие счетчики импульсов и элемент совпадения И-НЕ, входы которого соединены с первыми входами первого и второго суммирующих счетчиков импульсов, введены криотронный переключатель, 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 шестой суммирующие счетчики импульсов последовательно подключенные седьмоир Войьмоис девятыи и де ятыи суммирующие счетчики импульсов и последовательно соединенные сумматор и блок информации, первый ньход блока управления счетом подключен через генератор тактовой частоты ко входу криотронного переключателя,. каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом элемента совпацения 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 имгульсов, 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 счетчиковимпульсов и к выходам второго, третьего, четвертого и пятого элементовИ, выход первого элемента И соединен с третьим входом четвертогосуМмирующего счетчика импульсов,первый вход которого подключен ковторому входу пятого суммирующегосМетчика импульсов, первый выходчетвертого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом шестого элемента И. выход которогоподключен к третьему входу шестогосуммирующего счетчика импульсов,второй выход четвертого суммирую- Б щего счетчика. импульсов соединен совторым входом треть го элемента И,первый выход шестого суммирующегосчетчика импульсов подключен ко второму входу седьмого элемента И, вы- О ход которого соединен со вторымвходом первого суммирующего счетчикаимпульсов, второй выход шестого суммирующего счетчика импульсов подключен ко в-орому. входу восьмого элемента И, выход которого соединен стретьим входом первого суммирующегосчетчика импульсов, со входом сумматора, с выходом девятого элементаИ и с третьим входом второго сумми- О ру 1 ощего счетчика импульсов, первый:вход которого подключен ко второмувходу седьмого суммирующего счетчика импульсов, первый выход второгосуммирующего счетчика импульсов сое" 25 динен со вторым входом десятого эЛемента И, выход которого подключенк тре-ьему входу восьмого суммирующего счетчика импульсов, второй выход второго суммирующего счетчика И импульсов соединен со вторым входомчетвертого элемента И, первый входвосьмого суммирующего счетчика импульсов подключен ко второму входудевятого суммируюшего счетчика импульсов. первый выход восьмого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом одиннадцатого элемента И, выход которого подключен к третьему входу десятого щ суммирующего счетчика импульсов,второй выход восьмого суммирующегосчетчика импульсов соединен со вторым входом пятого элемента И, первыйвыход десятого суммирующего счетчика импульсов попключен ко второмувходу девятого элемента И, второйвыход десятого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторымвходом двенадцатого элемента И,вьход которого подключен ко второмувходу второго суммирующего счетчиЯа Лиг,приведена функциональная схема устройства для временных 55 интервалов; на фиг, 2 - временнаядиаграмма его работы.устройство для измерения временных интервалов содержит генератор1 тактовой частоты, криотронный переключатель 2, элемент совпаденияИ-НЕ 3, первый суммирующий счетчик 4 импульсов, третий суммирующий счетчик 5.импульсов, четвертыйсуммирующий счетчик 6 импульсов,пятый суммирующий счетчик 7 импульсов, шестой суммирующий счетчик 8импульсов, первый элемент И 9, второй элемент И 10, третий элементИ 11, шестой элемент И 12, седьмойэлемент И 13, восьмой элемент И 14,второй суммирующий счетчик 15 импульсов, седьмой суммирующий счетчик 16 импульсов, восьмой суммирующий счетчик 17 импульсов, девятый суммирующий счетчик 18 импульсов, десятый суммирующий счетчик19 импульсов, четвертый элементИ 20, пятый элемент И 21, девятыйэлемент И 22, десятый элемент; И 23,одиннадцатый элемент И 24, двенадцатый элемент И 25, блок 26 установки нуля, сумматор 27, блок 28генератора импульсов сдвига, блок29 информации и блок 30 управлениясчетом,На временной диаграмме работы устройства изображены: сигналы 3 начала и конца счета, сигнал 33 гене- Зратора 1 тактовой частоты с частотойщ , сигнал 32 блока 28 генератораимпульсов сдвига, диаграммы работы34 (35) криотронного переключателя2; сигнал 36 нечетных импульсов(37 - четных импульсов) генератора1 тактовой частоты с частотой следования вна одном из выходов криР с.йотронного переключателя 2; сигналы38-40 (41-43) - диаграммы работы счет чиков 4, 6, 8, 5 и 7 (15, 17, 19,16 и 18) и сигналы 44 и 45, поступающие на сумматор 27.Устройство для измерения временных интервалов работает следующим 4образом,С поступлением импульса "Начало счета" 31 с блока 30 управления счетом, генератор 1 тактовой частоты вырабатывает импульсы 33 с частотой следования, которые поступают на криотронный переключатель 2. Криотронный переключатель 2 распределяет импульсы на четные 37 и нечетныеИ 36 с частотой следования , СумЯ мирукицие счетчики импульсов 4, 6, 8, 15, 17, 19, 5, 7, 6 и 18 проводят суммирование поступающих импуль. -сов в двоичной системе. На входыэлемента совпадения И-НЕ З.поступаютимпульсы с частотой следования .В результате инерционности элементаИ-НЕЗ, а также по логике его работы,сигнал на его выходе отсутствует допропадания хотя бы одного импульса.При поступлении импульса "Конецсчета" 31 на вход генератора 1 тактовой частоты, суммирующие счетчикиимпульсов 4, 6, 8, 15, 17, 19, 5, 7,16 и 18 прекращают суммирование поступающих импульсов.Работа счетчиков в качестве цикли"ческого регистра сдвига происходитследующим образом. При поступлениисигнала "Конец счета" 31 триггеры од"ного счетчика оказались, например,в таких положениях: 4 в "0" состоянии 38, 6 в "1" состоянии 39, 8 в "1" состоянии 40. Первый импульссдвига 32 с блока 28 генератора импульсов сдвига поступает одновременно на все открытые входы логичес"ких элементов И 10, 12 и 14 и переведет в "О" состояние триггер счетчика 6, сохранит в "1" состояниитриггер счетчика 8 и переведет всостояние триггер счетчика 4. Второйимпульс сдвига 32 с блока 28 гене-,ратора импульсов сдвига поступаетна открытые элементы И 9, 11 и 14и переведет в "1. состояние триггерсчетчика 6, в "0 состояние триггерасчетчика 8 и сохранит "1" состояниетриггера счетчика 4. Третий импульссдвига 32 с блока 28 генератора импульсов сдвига поступает на открытыеэлементы И 9, 12 и 13 и сохранит "1"состояние, триггера счетчика б, переведет в ."1" состояние триггер счетчика 8 и в "0" состояние триггерсчетчика 4,Работа второго циклического регистра сдвига аналогична, причем ин"формация с обоих регистров сдвигапоступает на сумматор 27 и переда"ется 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 следования , чем максимальная частота быстродействия счетчике Г, разделяются криотронным переключателем 2 так, что на каждый регистр сдвига поступают импульсыс частотой следования не более частоты максимального быстродействия триггера счетчика импульсов младшего разряда5где п=1+1; так как к " количество29криотронных переключателей, т.е,это положительное целое число, топогрешность дискретности уменьшится в (к+1) раз,В качестве переключателей предлагается испольэовать джозефсоновские криотроны, Быстродействие их.составляет в пределах 10 за две30недели. 11 ри этом конструкция джозефсоновских криотронов более проста, чем обычных криотронов.Устройство для измерения временных интервалов позволяет расширить частотный диапазон работы ин- ффтегральных микросхем в и раз и можетнайти применение в радиолокации,например в высотомерах, а также вэкспериментальной физике и другихотраслях техники, где не требуетсяотносительно большое быстродействие,но требуется высокая точность измерения временных интервалов. В данном.устройстве могут применятьсяМ - разрядные счетчики, тогда диапа- ффзоны измеряемых интервалов временибудФт равНЫ формула изобретения Устройство для измерения временных интервалов, содержащее генератор тактовой частоты, первый и второй суммирующие счетчики импульсов Ъ.где п - количество счетчиков (в рассматриваемом на диаграммах случае п=2).Разделение и порядок поступления импульсов зависит от количества применяемых криотронных переключателей, а также от количества и порядка счетчиков. Относительная погрешность дискретности Ууекр измере" И ния временных интервалов М равна и элемент совпадения И-НЕ, входы которого соединены с первыми входами первого и второго суммирующихсчетчиков импульсов, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью, повышения точности измерения временного интервала, в устройство введеныкриотронный переключатель, двенадцать элементов И, блок управлениясчетом, блок генератора импульсовсдвига, блок установки нуля, последовательно соединенные третий, четвертый, пятый и шестой суммирующиесчетчики импульсов, последовательно подключенные седьмой, восьмой,девятый и десятый суммирующие счетчики импульсов и последовательносоединенные сумматор и блок информации, первый выход блока управлениясчетом подключен через генератор тактовой частоты ко входу криотронного переключателя, каждый из двухвыходов которого соединен с соответствующим входом элемента совпадения И-НЕ, выход которого подключенко входам блока установки нуля иблока управления счетом, второй выход которого через блок генератораимпульсов сдвига соединен с первымивходами каждого из двенадцати элементов И , первый вход первого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом третьего суммирующего счетчика импульсов, к первому выходу первого суммирующегосчетчика импулЬсов подключен второйвход первого элемента И, второй выход первого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входомвторого 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 третьимвходом четвертого суммирующего счетчика импульсов, первый вход которого подключен ко второму входу пятого суммирующего счетчика импульсов, первый выход четвертого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом шестого элементаИ, выход которого подключен к тре -тьему входу шестого суммирующегосчетчика импульсов, второй выходчетвертого суммирующего счетчикаимпульсов соединен со вторым входомтретьего элемента И, первый выходшестого суммирукщего счетчика импульсов подключен ко второму входуседьмого элемента И выход которого соединен со вторым входом пер"вого суммирующего .счетчика импульсов, второй выход шестого суммирующего счетчика импульсов подключенко второму входу восьмого элемента 1 ОИ, выход которого соединен с третьим входом первого суммирующегосчетчика импульсов, со входом сумматора, с выходом девятого элемен"та И и с третьим входом второго сум- Имирующего счетчика импульсов, первый вход которого подключен ко второму входу седьмого суммирующегосчетчика импульсов, первый выходвторого суммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входомдесятого элемента И, выход которогоподключен к третьему входу восьмого суммирующего счетчика импульсов,второй выход второго суммирующего фсчетчика импульсов соединен со вторым входом четвертого элемента И,первый вход восьмого суммирующего счетчика импульсов подключен ко второму входу девятого суммирующегосчетчика импульсов, первый выходвосьмого суммирующего счетчика импульсов соединен.со вторым входомодиннадцатого элемента И, выходкоторого подключен.к третьему входу десятого суммирующего счетчикаимпульсов, второй выход восьмогосуммирующего счетчика импульсов соединен со вторым входом пятого- элемента И, первый выход десятого сум-мирунзцего счетчика импульсов подключен ко второму входу девятогоэлемента И, второй выход десятогосуммирующего счетчика импульсовсоединен со вторым входом двенадцатого элемента И, выход которогоподключен ко второму входу второгосуммирующего счетчика импульсов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 610306, кл. Н 03 К 2/34, 29.03.7 бе 2. Авторское свидетельство СССР У 708253, клб 01 й 23(ОО,О 01.04.7 б