Преобразователь кода во временной интервал

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ВО 1 З 00 504 Н ОЗМ / ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРВ 1 115225, кл. Н 03 М 1/82, 1984.Авторское свидетельство СССРВ 1115223, кл, Н 03 М 1/82, 1984.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и можетбыть использовано, например, в радиолокации и в устройствах автоматики.Целью изобретения являетсяовьппениеточности формирования временного интервала и расширение диапазона преобразования. Преобразователь работаетв двух режимах-формирования короткихи больших временных интервалов. Выбор режима осуществляется автоматически цифровым компаратором 7, навходы которого по шине 18 опорногокода и с выхода регистра 12, поступают сравниваемые коды. Код, поступающий по шине 11 входного кода врегистр 12 записывается оттуда вцифроаналоговый преобразователь( ЦАП) 15 и в счетчик 13 импульсов,выход которого соединен с дешифратором 14. Триггер 36 и аналоговыйкоммутатор 32 управляют-совместно стриггерами 19,20,28, элементом И 21;элементами ИЛИ 22, 29 и ключами 23,24 зарядом-разрядом накопительногоэлемента (конденсатора) 26 с использованием генератора 25 стабильноготока, аналогового запоминающего устройства (АЗУ) 31, аналогового сумматора 33 и делителей 34, 35 напряжения. Порог срабатывания компаратора27 напряжений зависит от величин1300637 напряжений ЦАП 15, источника 16 опорного напряжения, эапитывающего ЦАП5 и генератор 25. Для уменьшениянелинейности заряда накопительногоэлемента 26 преобразователь содержитсхему фаэировки тактовой частоты генератора 2 тактовых импульсов натриггерах 3,4, элементахИ 5,6, элементе НЕ 10 и элементе задержки 9.Для компенсации внутренней задержки Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в оптической локации и радиолокации, при построении средств испытаний и регулировки различных радиоэлектронных устройетв, а также в измерительной технике и в различных устройствах автоматики.Цель изобретения - повышение точности формирования временного интервала и расширение диапазона преобразования.На фиг. показана структурная электрическая схема преобразователя кода во временной интервал; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит входную шиву 1, генератор 2 тактовых импульсов, первый и второй триггеры 3 и 4, первый и второй элементы И 5 и б, первый элемент ИЛИ 7, первый 8.и второй 9 элементы задержки, элемент НЕ 10, шиву 11 входного кода, ре-. гистр 12, счетчик импульсов 13, дешифратор 14, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 15, источник 16 опорного напряжения, цифровой компаратор 17, шину 8 опорного кода, третий и четвертый триггеры 19 и 20, третий элемент И 21, второй элемент ИЛИ 22, первый 23 и второй 24 ключи, генератор 25 стабильного тока, накопительный элемент (коиденсатор) 26, компаратор напряжений 27, пятый триггер 28, третий элемент ИЛИ 29, одно- вибратор 30, аналоговое запоминающее устройство 31, аналоговый коммутатор 32, аналоговый сумматор 33, делители 34 и 35 напряжения, шестой используется элемент 8 задержки,Запуск преобразователя осуществляется с помощью сигнала, поступающегопо входной шине 1, который переключает триггер 19 формирования (на выходной шине 38) временного интервала,а также запускает одновибратор 30,управляющий состоянием триггера 36 ианалогового запоминающего устройства 31. 1 э.п. ф-лы. 2 ил . 2триггер 36, шину 37 нулевого потенциала (общую шину) и выходную шину 38.На фиг.2 изображено: а выходэлемента НЕ 10; б выход элементазадержки 9; в сигнал на входнойшине 1; г выход триггера 3 (4 );д выход элемента ИЛИ 7; е первыйвыход триггера 19 - выходная шина 38;ж выход триггера 20; з вход уп равления ключа 23; и вход управления ключа 24 в "режиме 1"; к напряжение на конденсаторе 26 в режиме 1;л выход одновибратора 30; м входуправления ключа 24 в "режиме 11";н напряжение, на конденсаторе 26в режиме 11; и напряжение на выходеАЗУ 31.Генератор тактовых импульсов 2формирует тактовые импульсы стабиль О ной частоты типа "меандр". Элементызадержек 8 и 9 могут быть выполненына отрезках кабелей. Второй элементзадержки 9 служит для компенсациизадержки в элементе НЕ 1 О. В качестве первого 1, второго 2, четвертого20, пятого 28 и шестого 36 триггеровиспользуются В-триггеры, третий триггер 19 - К 8-триггер. Первый входтриггера 4 и второй вход триггера 3являются К-входами, второй вход триггера 4 и первый вход триггера 3С-входами, а третьи входы триггеров3 и 4 Э-входы. Первый вход третьеготриггера 19 Я-вход, второй вход 35 К-вход, первый выход прямой, второйвыход инверсный. Первый вход четвертого триггера 20 С-вход, второй входБ-вход, а на 0-вход триггера подануровень логического нуля. Первый 40 вход пятого триггера 28 К-вход, вто37 4 3 13006рой С-вхоц, а на 0-вход триггера 28подан уровень логической единицы(не показано). Первый вход шестоготриггера 36 К-вход, второй В-вход,а третий С-вход, 5Счетчик импульсов 13 представленсобой вычитающий счетчик, имеющийвход предварительной установки кодав состояния, В зависимости от формывходного преобразуемого кода (двоичный или двоичнодесятичный код) счетчик импульсов представляет собойвычитающий либо двоичный, либо двоично-десятичный счетчик. Дешифратор 14представляет собой дешифратор кода 15числа 1.В исходном состоянии триггеры 3,4,19,28,36 обнулены, а триггер 20 установлен в единичное состояние, Перевод триггера в исходное состояние 20происходит автоматически после завершения очередного цикла преобразования.В исходном состоянии ключ 23 разомкнут, а ключ 24 замкнут,Устройство работает следующим образом.Перед началом преобразования сшины 11 в регистр 12 заносится преобразуемый код К. Старшие разряды Кпреобразуемого кода К с первого вы- З 0хода регистра 12 переписываются всчетчик 13, Код Копределяет частьдлительности формируемого временногоинтервала, равного целому числу периодов тактовой частоты. Младшие раз 35ряды К, преобразуемого кода К со вто, Ярого выхода регистра 12 поступают нацифровой вход ЦАП 15 и определяютчасть длительности формируемого временного интервала, составляющего 40дробную часть периода КдаТ =- - Т24 оф где И -45 То При этом ливается разрядность кода младших разрядов;период тактовой частоты. на выходе ЦАП 15 устанав- напряжение- = - -- Е (1)цло 2 щ оп Т оо где Е - напряжение источника опорного напряжения 16.В зависимости от величины формируемого временного интервала в устройстве возможны два режима работы: режим 1 - режим формирования коротких временных интервалов; режим 1 режим формирования больших временных интервалов Выбор режима производится автоматически цифровым компаратором 17 в соответствии с устанавливаемым на шине 18 опорным кодом. На второй вход цифрового компаратора 17 с третьего выхода регистра 12 поступает код, определяющий с необходимой (невысокой) точностью временную границу разделения режимов.Рассмотрим вначале работу устройства в режиме 1.В этом случае величина преобразуемого кода меньше опорного кода на шине 18 и уровень логического нуля с выхода цифрового компаратора 17 поступает на второй вход (П-вход) шестого триггера 36 и на управляющий вход аналогового коммутатора 32, который подключает к первому (инверсному) входу аналогового сумматора 33 шину 37 нулевого потенциала.Запуск цикла преобразования производится импульсом, поступающим на входную шину 1 (фиг.2 в). Входной импульс взводит в единичное состоя. - . ние третий триггер 19 - триггер формирования временного интервала (фиг,2 е), запускает одновибратор 30 (фиг.2 л - в "режиме 1" не используется) и поступает на С-входы триггеров 3 (первый вход) и 4 (второй вход). На втором (инверсном) выходе триггера 19 присутствующий до запуска единичный уровень переходит на нулевой уровень, при этом через третий элемент ИЛИ 29 размыкается вто-. рой ключ 24. На третьих входах (Р- входах) триггеров 3 и 4 действует парафазное импульсное напряжение (фиг.2 а и б), формируемоеиз напряжения типа "меандр" генератора тактовой частоты 2 с помощью инвертораэлемента НЕ 1 0 и второго элемента задержки 9, служащего для компенсации задержки в элементе НЕ 10, По фронту запускающего импульса взводится в единичное состояние тот из триггеров 3 и 4, на третьем входе которого в данный момент действует единичный уровень тактовой частоты ,(для определенности на фиг.2 г взят второй триггер 4) . Единичный уровень с выхода взведенного таким образом триггера выдает разрешение на относящийся к нему элемент И (в рас - сматриваемом случае - второй элемент И 6) для прохождения через первый= - -ш аТ + ьТ с т эзф где 1 = а Е, - ток генератора ста-,бильного тока;С - величина емкости конденсатора 26;а - коэффициент пропорциональности преобразования напряжения в ток генератора 25 (определяется соотношением резисторов преобразователя).После окончания управляющего импульса клич 23 вновь размыкается и на конденсаторе 26 фиксируется напряжение УТак как в устройстве всегда обеспечивается условие дТ, Ъ ) 1/2 Т то исключается, таким образом, ошибки преобразования за счет нелинейности заряда конденсатора 26, имевшие место при малых и близких к нулю значениях его времени заряда у прототипа. элемент ИЛИ 7 на счетный вход счетчика 13, инверсной по отношению к третьему входу этого триггера тактовой частоты ( фиг.2 д). В результате чего, запускающий импульс будет всегда опережать первый счетный импульс тактовой частоты на выходе первого элемента ИЛИ 7 на время дТ , не меньше полупериода тактовой частоты дТ,1/2 Т (для определенности по фиг,2 д будем полагать, что счетчик 13 срабатывает по спаду тактового импульса/.Первым тактовым импульсом, поступающим с выхода первого элемента ИЛИ 7 и задержанным на время дТ. в первом элементе задержки 8, четвертый триггер 20 из исходного единичного состояния переводится в нулевое (фиг.2 ж), При этом на выходе третьего элемента И 2 формируется импульс длительностью дТ = ьТ,+ + д Т который поступает через втоэзрой элемент ИЛИ 22 на управляющий вход первого ключа 23 (фиг.2 з). Так как к этому времени второй ключ 24 выключен, то от генератора стабильного тока 25 (преобразователя напряжения в ток) происходит линейный заряд конденсатора 26 до напряжения (фиг.2 к). 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Счетчик 13 осуществляет последовательное вычитание единиц из кода К1По достижении счетчиком 13 состояния, соответствующего числу 1, срабатывает дешифратор 14 кода числа 1, при этом взведенный один из триггеров 3 или 4 (в рассматриваемом примере триггер 4) по К-входу сбрасывается в нулевое состояние (фиг.2 г), чем прекращается формирование пачки счетных импульсов, состоящей из(К, -1) импульсов (фиг.2 д).Импульс с выхода дешифратора 14 поступает также на первый вход (К-вход) шестого триггера 36 и второй вход пятого триггера 28. В режиме Т. шестой триггер 36 не меняет своего исходного нулевого состояния, так как на его второй вход (Р-вход) с цифрового компаратора 17 заведен уровень логического нуля, и воздействие импульса одновибратора 30 (фиг,2 л) по третьему входу (С-входу) триггера 36 лишь подтверждает его нулевое состояние. То же самое происходит и от импульса дешифрато - ра 14 по первому входу триггера 36. Пятый триггер 28 под действием импульса дешифратора 14 взводится в единичное состояние. При этом с некоторой задержкой 7 через второй элемент ИЛИ вновь замыкается ключ 23 (фиг,2 в) и начинается второй в цикле преобразования линейный заряд конденсатора 26. Задержка Т определяется1задержкой в счетчике 13, дешифраторе 14, триггере 28 и элементе ИЛИ 22 и измеряется по отношению к К -1 импульсу счетной тактовой частоты.По достижению напряжения на конденсаторе 26 уровня порогового напряжения 11 ОР,(фиг.2 к), поступающего на первый вход компаратора напряжения 27, компаратор срабатывает и с некоторой задержкойтриггеры 19, 20 и 28 сбрасываются в исходные состояния. При этом на выходной шине (фиг.2 е) 38 заканчивается формирование временного интервала, четвертый триггер 20 устанавливается в единичное состояние (фиг.2 ж), пятый триггер 28 прекращает выработку второго управляющего импульса для ключа 23, а устанавливающийся на инверсном выходе триггера 19 единичный уровень через третий элемент ИЛИ 29 (фиг.2 и) замыкает ключ 24 и конденсатор 26 быстро разряжается до нулевого уров 1300637ня. На этом цикл преобразования заканчивается.формируемый устройством временной интервал при линейном заряде конденсатора 26 с коэффициентом а Е /с из 5ДД выражения1) при установке порогаа Епдо с (2. То+ АТ, ) (2) б дет.н соответствии с Фиг.2, составлять; О К 2) Т +, + ае +а Е,ОДс Т= аТ,++ с = К Т+ьТ+ (+7) ьТ, 15 Выбран значение задержки в первом элементе, равной сумме задержек в элементах устройства дТможно, таким образом, полностью исключить систематическую погрешность преобразования, т.е. Формируемая за-. держка равна КдТ = К Г + ЬТ = К Т + и Т25(3) 11 лд ггг гЕда фооР г ц" где ш ггг - коэффициенты делений де 2лителей напряжений 34и 35.Приравняв ( 2 ) и ( 3 ), находим требуе 55мые значения коэффициентов деленияделителей 34 и 35Т а 2 Т аЯсс На фиг.2 к пунктиром показан случай работы устройства без компенсации (дТ = О), В этом случае возээникла бы систематическая ошибка 30 ь+ гДОЗДля того, чтобы устройство было работоспособным в том случае, когда кТ = аТ + дТ )Т, счетчик 13 доЭЬ 1 д фсчитывает до единичного состояния, а не до нулевого, как в известном преобразователе. Недостающее значе-ние Формируемой счетчиком задержки компенсируется соответствующим увеличением времени дозаряда конденса тора 26 путем соответствующего увеличения порога 11 , на величину, проОДО.1порциональную ТПороговое напряжение Бзадается аналоговым сумматором 33, оно равно в режиме 1 сумме двух напряжений, поступайщих на второй и третий входа сумматора 33 Как видно, за счет того, что одно и то же опорное напряжение источника 16 используется для питания ЦАП 15, формирования порога элементами 33 35 и Формирования преобразователем напряжение-ток 25 зарядного тока конденсатора 26, изменение этого напряжения в процессе эксплуатации не будут сказываться на точности формирования временного интервала. Максимальная длительность формируемого временного интервала в режиме 1, определяется допустимым для заданной точности преобразования саморазрядом конденсатора .26. На основании этого выбирается значение опорного кода, устанавливаемого (например, с помощью соответствующих перемычек) на первом входе цифрового компарато- ра 17.В режиме 11 работы устройства значение преобразуемого кода оказывается больше значения опорного кода и на выходе цифрового компаратора 1 поэтому устанавливается единичный уровень, поступающий на второй вход (Р-вход) шестого триггера 36 и на управляющий вход аналогового коммутатора, который подключает к первому (инверсному) входу анало- . гового сумматора 33 выход аналогового запоминающего устройства 31. Работа устройства в этом режиме отличается от режима 1 лишь управлением заряда-разряда конденсатора 26 и другим значением порога.Установившееся при запуске устройства напряжение (фиг.2 н) на конденсаторе 26(дТ + ьТ .)а Ес эз в течение времени действия импульса одновибратора (Фиг.2 л) запоминается в аналоговом запомйнающем устройстве 31 (фиг.2 п).Длительность импульса одновибратора 30 выбирается, исходя из требуемого значения времени выборки аналогового запоминающего устройства, и реально лежит в диапазоне единицы- десятки мкс. Спадом импульса одновибратора шестой триггер 36 взводится в единичное состояние, так как в режиме 11 на его втором входе (Р-входе) присутствует единичный уровень. Возникающий на выходе триггера 36 единичный уровень через третий элемент ИЛИ 29 (фиг.2 м) поступает науправляющий вход ключа 24, который замыкает конденсатор 26 .и разряжает его. 1 ри срабатывании дешифратора 14 шесток триггер 36 сбрасывается в исходное нулевое состояние, ключ 24 размыкается и конденсатор 26 начинает линейно заряжаться, также, как и в режиме 1 с тем только отличием, что заряжается он не с уровня У, а с нулевого уровня (фиг.2 н) . Для О формирования временного интервала, заданным преобразуемым кодом, в этом случае необходимо понизить порог на величину 11т.е.15У=У-ЦПОР р ПОРТакую операцию производит аналоговый сумматор 33, на первый (инверсный) вход которого с аналогового запоминающего устройства 31 поступает постоянное напряжение Б . С точки зрения обеспечения работы режима 11 опорный код должен соответствовать временному интервалу, величина кото рого не меньше суммы времени выборки 31, времени установления аналогового сумматора 33 и времени разряда конденсатора 26.Достижимость поставленной цели 30 подтверждается приведенными расчетами и диаграммами работы, а также применением известных технических элементов и узлов.Таким образом, за счет формирования с помощью парафаэной сетки тактовых импульсов зарядных интервалов времени не менее полупериода тактовой частоты исключаются ошибки из-эа40 нелинейности заряда конденсатора в области малых времен. За счет использования в качестве источника стабильного тока преобразователя напряжения-ток и запитки ЦАП, источника ста 45 бильного тока преобразователя напряжение - ток) от одного источника опорного. напряжения, а также использования напряжения источника опорного напряжения для формирования с помощью первого и второго делителей напряжений и аналогового сумматора порога компаратора напряжений, устраняется влияние на точность формирования нестабильности источника опорного напряжения, т.е. к нему не предь 55 является специальных требований по стабильности. За счет увеличения при запуске устройства времени заряда конденсатора на время, равное сумме задержек в элементах устройства, одновременно с использованием дешифратора числа 1 при соответствующем компенсирующем увеличении порога компаратора напряжений достигается полное устранение систематической погрешности формирования временных интервалов, а за счет введения аналогового запоминающего устройства с одновибратором импульса выборки, аналогового коммутатора и цифрового компаратора обеспечивается формирование больших временных интервалов при одновременном обеспечении режима формирования коротких временных интервалов (расширение диапазона преобразования).Формула изобретения1.Преобразователь кода во временной интервал, содержащий генератор тактовых импульсов, первый.и второй ключи, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой триггеры, пер вый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого триггера, первый вход которого объединен с первым входом третьего триггера и является входной шиной, а второй вход первого триггера объединен с первым входом второго триггера и подключен к выходу дешифратора, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, первый вход которого соединен с первым выходом регистра, вход которого является шиной входного кода, а второй выход подключен к первому входу циФроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, и первый элемент задержки, выход которого соединен с первым входом четвертого триггера, второй вход которого объединен с вторым входом третьего триггера иподключен к выходу компаратора напряжений, первый вход которого объединен с первым входом второго ключа и первым выводом накопительного элемента и подключен к выходу первого ключа, первый вход которого соединен с выходом генератора стабильного тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности формирования временного интервала и расширения диапазона преобразования, в неговведены элемент НЕ, второй элемент задержки, второй и третий элементы И, первый, второй и третий элементы ИЛИ, аналоговое запоминающее устройство, аналоговый коммутатор, аналоговый 5 сумматор, первый и второй делители напряжения, одновибратор и цифровой компаратор, первый вход которого явь( ляется шиной опорного кода, второй вход подключен к третьему выходу регистра, а выход соединен с первым входом аналогового коммутатора, второй вход которого соединен с выходом аналогового запоминающего устройства, третий вход является шиной нулевого потенциала, а выход подключен к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого через первый делитель напряжения соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход подключен к второму входу компаратора напряжений, а третий вход соединен с выходом второго делителя напряжения, вход которого объединен с входом генератора ста 25 бильного тока и подключен к выходу источника опорного напряжения, при этом первый вход аналогового запоминающего устройства соединен с выходом первого ключа, а выход комЗО паратора напряжений - с первым входом пятого триггера, второй вход которого объединен с первым входом шестого триггера и подключен к выходу дешифратора, а выход пятого триг-: З 5 гера соединен с первым входом второ" го элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого ключа, а второй вход - к выходу третье-. го элемента И, первый вход которого соединен с выходом четвертого триггера, а второй вход является выходной шиной и подключен к первому выходу третьего триггера, второй выходкоторого соединен с первым входомтретьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго ключа, а второй вход - к выходушестого триггера, второй вход которого соединен с выходом цифрового компаратора, а третий вход объединен свторым входом аналогового запоминающего устройства и подключен к выходу одновибратора, вход которого объединен с вторым входом второго тригге-.ра и является входной шиной, причемвыход второго ключа и второй выходнакопительного элемента являются шиной нулевого потенциала, а вход первого элемента задержки объединен свторым входом счетчика импульсов, иподключен к выходу первого элементаИЛИ, первый вход которого соединенс выходом первого элемента И, а второй вход - с выходом второго элемента И, первый вход которого объединенс третьим входом первого триггера иподключен к выходу второго элементазадержки, а второй вход второго элемента И соединен с выходом второготриггера, третий вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и подключен к выходу элемента НЕ, вход которого объединен с входом второго элемента задержки и подключен к выходу генератора тактовыхимпульсов. 2. Преобразователь по и.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что генератор стабильного тока выполнен на преобразователе напряжение - ток.1300637 Составитель В.Войтодактор И.Сегляник Техред А,Кравчук орректор С Лекмар одписное 3 1160/56 ВНИИПИ Госуда по делам из 313035, Москва, Тираж 902ственного комитета СССбретений и открытийЖ, Раушская наб д роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная