CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING SHORT TIME INTERVALS

Abstract: 1. A circuit arrangement for measuring short time intervals and for emitting the measured time in digital form, which is supplied with a start pulse which indicates the start of the time interval to be measured and with a stop pulse which indicates the end of the time interval to be measured, where the start pulse is fed to a setting input (S) of a bistable trigger circuit (FF), and where the ouptut of the bistable trigger circuit is connected to a time-voltage converter (ZSW) which includes a discharge circuit (ET) and produces a voltage proportional to the time, where a first delay element (VZ1) and an analogue/digital converter (ADU) are provided, characterized in that the start pulse is supplied to the aforementioned first delay element, that the stop pulse is supplied to a second delay element (VZ2) which has a longer delay time than the first delay element, that the first delay element (VZ1) is connected to the setting input of the bistable trigger circuit (FF) and the second delay element (VZ2) is connected to the resetting input of the bistable trigger circuit (FF), and that the output of the time-voltage converter (ZSW) is connected to the analogue/digital converter (ADU), which has an adjustable voltage threshold adjusted such that when the inputs (ES1, ES2) of the circuit arrangement are combined, the analogue/digital converter (ADU) emits the binary value for zero.

Description: Schaltungsanordnung zur Messung kurzer Zeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung kurzer Zeiten und zur Ausgabe der gemessenen Zeit in digitaler Form, der ein den Beginn der zu messenden Zeit angebendes Startimpuls und ein das Ende der zu messenden Zeit angebender Stopimpuls zugeführt wird Rechnergesteuerte Prüfsysteme benötigen zur vollautomati- schen Prüfung von elektronischen Einzelkomponenten, z.B. SSI-,MSI-,LS¯-,VLSI-Bausteinen usw., und bestückten Leiterplatten, z.B. Flachbaugruppen, neben Messgeräten zur statischen Messwerterf2ssung, z.B. für Pegolbewertung, Messung vor.. Strömen und Spannungen usw., in zunehmendem Masse auch Messgeräte zur dynamischen Me±werterfassung, z.B. zur Mes- sung der Periodendauer von Impulsen, der Impulsbreite, der Anstiegs- und Abfallzeit von Impulsen. Als Beispiel hier- für sei die Prüfung von ECL-LSI-Schaltkreisen angeführt, selbst bei denen! statische Bausteinfehler nur noch durch hochauf- lösende Messwerterfassung (im ps-Bereich) der impulsflanken- zeit bzw. der Verzögerungszeit am Prüflingsausgang erkannt werden können. Ferner ist es notwendig, diese Messungen in sog. Einzelschussbetrieb durchzuführen, bei dem nur ein einzelner Impuls ausgemessen wird. Die zunehmend komplexer werdenden logischen Inhalte derzeitiger oder zukünftiger VLSI-Schaltkreise lassen nämlich einen repetitorischen Betrieb mit ausreichend hohen Frequenzen nicht mehr zu, d.h. ein einzelner, an einen Prüflingsausgang stimulierter Impulsflankenwechsel muss in seiner dynamischen Messgrösse sofort erfasst und bewertet werden können. Zeitmessunger. wurden bisher nur an streng repetitorischen Prüfvorgängen z.B. durch Einsatz von programmierbaren Oszillographen durchgeführt. Die Messwerterfassung nach diesem I1 1 The - 16. Juni 1983 Verfahren erforderte mindestens 2000 Zyklen bei einer Zy kluszeit von u 10/us. Messungen im Einzelschussbetrieb konn- ten mit schnellen Zählern durchgeführt werden. Dieses Verfahrens führte aber erst ab Zeiten grösser 1/us zu Messfehlern kleiner 1%. lmpulsflankenmessungen waren'hiermit aber nicht durchführbar. Aus diesen Gründen wurde bisher auf dynamische Messungen weitgehendst verzichtet. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Messung von kurzen Zeiten anzugeben, mit der auch dynamische Messprobleme zu lösen sind, insbesondere ein izelschussbetrieb möglich ist und die mit einer hohen Messwertauflösung im Picosekundenbereich arbeitet. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen ort dadurch gelöst, dass ein erstes Verzögerungsglied vorgesehen ist, der der Startimpuls zugeführt wird, dass ein zweites Verzögerungsglied mit einer gegenüber dem ersten Verzögerungsglied grösseren Verzögerungszeit vorgesehen ist, der der Stopimpuls zugeführt wird, dass das erste Verzögerungsglied mit dem Setzeingang eines bistabilen Kippgliedes, das zweite Verzögerungsglied mit dem Rücksetzeingang des bistabilen Kippgliedes verbunden ist, dass die Ausgänge des bistabilen Kippgliedes mit einem eine Entladeschaltung enthaltenden Zeit /Spannungswandler verbunden sind, der eine der Zeit proportionale Spannung erzeugt, und dass an dem Ausgang des Zeit/Spannungswandlers ein Analog/Digital/Wandler mit einstellbarer Spannungsschwelle angeschlossen ist, die so eingestellt ist, dass bei Zusammenschluss der Eingänge der Schaltungsanordnung der Analog/Digital/Wandler den Binärwert für Null abgibt. Durch diese Einstellung der Spannungsschwelle des Analog/ Digital/Wandlers wird erreicht, dass die Toleranzen der Bausteine der Schaltungsanordnung keinen Einfluss auf das Messergebnis haben und dass die Entladekennlinie des Zeit/ Spannungswandlers erst im linearen Bereich zur Zeit/Spannungswandlung herangezogen wird. Diese Justierung der Schaltungsanordnung wird dadurch erreicht, dass die Verzögerungsglieder mit verschiedenen Verzögerungszeiten ausgestattet sind. Um die verschiedenen zeitlichen Verhältnisse bei einem zu messenden Impuls (Messimpuls) ausmassen zu können, z.B. die Impulsflanken oder die Impulsdauer, ist vor das erste und zweite Verzögerungsglied . eine. Vorstufe vorgeschaltet, der der Messimpuls zugeführt wird. Diese Vorstufe besteht zur Erzeugung des Start- bzw. Stopimpulses jeweils aus einem Komparator, dem der Messimpuls und jeweils eine einstellbare Referenzgrösse zuführbar ist, aus jeweils einem am Ausgang des Komparators angeschlossenen Differenzierglied, und jeweils einer zwischen dem Differenzierglied und dem Verzögerungsglied angeordneten Torschaltung. Mit Hilfe der Vorstufe werden somit aus dem auszumessenden Messimpuls der Start- bzw. Stopimpuls abgeleitet, der zur gewünschten Messung notwendig ist. Um den Einzelschussbetrieb zu ermöglichen, ist jede Torschaltung in der Vorstufe mit einem Freigabeflipflop verbunden, das ein Freigabesignal abgibt, wenn die Torschaltung für'den Start- bzw. Stopimpuls offen sein soll und deren Rücksetzeingang mit dem Ausgang des zugeordneten Verzögerungsgliedes verbunden ist. Der Zeit/Spannungswandler besteht zweckmässigerweise aus einem Differenzverstärker, dessen Eingänge mit den Ausgängen des bistabilen Kippgliedes verbunden sind, aus einer Entladeschaltung mit einem einstellbaren Kondensator, der zur Entladung mit einem konstanten Strom mit dem einen Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist und aus einer abschaltbaren Vorladeachalturwg, die zur Vorladung der Ent ladecchaltung auf einen definierten Anfangswert mit der Entladeschaltung verbunden ist. Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindundungsgemässen Schal tungsanordnung, Figur 2 und Figur 3 eine ausführlichere Realisierung der Schaltungsanordnung, Figur 4 Spannungen aufgetragen über der Zeit t an verschie denen Stellen der Schaltungsanordnung, Figur 5 den Verlauf der Entladekennlinie aufgetragen über der Zeit t, Figur 6 und Figur 7 ein genaues Schaltbild der Schaltungs anordnung. In Figur 1 ist ein Prüfling PF mit einem Eingang E und einem Ausgang A dargestellt. Zur Prüfung wird dem Prüfling PF ein Testsignal am Eingang E zugeführt, das an seinem Ausgang A zu einem Prüflingssignal führt. Die zeitlichen Verhältnisse dieses Prüflingssignals am Ausgang A werden mit Hilfe der Schaltungsanordnung SH gemessen. Dazu weist die Schaltungsanordnung SH zwei-Eingänge ES1 und ES2 auf. Der Eingang ES1 kann entweder mit dem Eingang E des Prüflings PF oder mit dem Ausgang A des Prüflings verbunden sein. Der Eingang ES2 der Schaltungsanordnung SH ist mit dem Ausgang A des Prüflings PF verbunden. Ist der Eingang ES1 der Schaltungsanordnung SH mit dem Eingang E des Prüflings PF verbunden, kann z.B: die Zeit gemessen werden, die verstreicht, bis aufgrund eines Testsignales am Eingang E das Prüflingssignal am Ausgang A auftritt. Ist dagegen der Eingang ES1 mit dem Ausgang A verbunden, dann kann mit der Schaltungsanordnung SH die Anstiegszeit bzw. Abfallzeit des Prüflingssignales oder dessen Impulsdauer gemessen werden. Im folgenden wird das Signal, das dem Eingang ESI zugeführt wird,Messimpuls SN1 genannt, das Signal, das am Eingang ES2 zugeführt wird, Messimpuls SN2 genannt. Die Messimpulse SN1 und SN2 können identischoder verschieden sein. Der Messim- puls SN1 wird dem Komparator CPi zugeführt, dem ausserdem eine einstellbare Referenzspannung URt zugeführt wird. Entsprechend wird der Messimpuls SN2 einem Komparator CP2 zugeführt, dem ebenfalls eine einstellbare Reserenzspannung UR2 zugeführt wird. Die Komparatoren CP1, CP2 geben dann ein Signal am Ausgang?ab, wenn die Messimpulse SN1 bzw. SN2 die Referenzspannungen UR1 bzw. UR2 überschreiten bzw. unter schre ten. Für den Fall, dass der Messimpuls SN1 gleich SN2 ist, zeigt Figur 11..das Signal am Ausgang B des Komparators CPI und das Signal am Ausgang C des Komparators CP2. Dabei ist davon ausgegangen worden, dass die Referenzspannung UR1 dem Wert SW1 entspricht und die Referenzspannung UR2 dem Wert SW2. Durch entsprechende Auswahl der Flanken des Signals am Ausgang B oder C der Komparatoren CPi und CP2 kann somit die Anstiegszeit TR bzw. die Abfallzeit TF des Messimpulses SN festgestellt werden. Durch entsprechende Einstellung der Referenzspannungen und Auswahl der Kamparatorausgangsflanken kann auch die Impulsdauer gemessen werden. Die Signale an den Ausgängen B und C der Komparatoren CP1 und CP2 werden jeweils einem Differenzierglied DG1 und DG2 zugeführt, die aus dem Signal B und C Nadelimpulse SZ3 und SZ4 (Figur 4) erzeugen. Mit Hilfe einer Torschaltung TR und Auswahlsignalen SKO, SK1 und SK2 können die gewünschten Nadelimpulse SZ3 und SZ4 zur Messung ausgewählt werden. Diese ausgewählten Nadelimpulse aus dem Impuls zug SZ3 und SZ4 werden einen Verzögerungsglied VZ1 bzw. VZ2 zugeführt. Der Ausgang des Verzögerungsgliedes VZ1 ist mit dem Setzeingang eines bistabilen Kippgliedes FF verbunden* der Ausgang des Verzögerungsgliedes VZ2 mit dessen Rücksetzeingang. Das bistabile Kippglied FF wird mit Hilfe eines Freigabesignals SF freigegeben. DieAuswahlsignale SXO, SK1 und SK2 können derart sein, dass z.B. Nadelimpulse zm Ausgang C des Komparators CP2 zum Setzeingang des bistabilen Kippgliedes FF umgeleitet werden und dementsprechend Nadelimpulse am Ausgang 3 des Komparators CP1 dem RAcksetzeingang des bistabilen Kippgliedes FF zugeführt werden. Oder es kann der der Anstiegsflanke zugeordnete Nadelimpuls bzw. jeder der Abfallflanke zugeordnete Nadel- impuls am Ausgang B oder C ausgewählt werden usw.. Die Ausgangsimpulsbreite des bistabilen Kippgliedes FF entspricht der zeitlichen Differenz zwischen den ausgewählten Nadelimpulsen, die dem Setz- bzw. Rücksetzeingang des Kippgliedes FF zugeführt worden sind. Mit Hilfe eines Zeitspannungswandlers ZSW wird diese der zu messenden Zeit entsprechende Impulsbreite in eine der Zeit proportionale Spannung umgewandelt. Mit Hilfe des Analog/Digital/Wandlers ADU wird aus der Zeit ein digitaler Wert ermittelt, der am Ausgang SA abgegeben wird. Der Analog/Digital/Wandler ADU zeigt durch ein Signal EOC an, wenn die Spannung in einen Binärwert umgewandelt worden ist. Dieses Signal EOC wird am Ausgang abgegeben, aber auch gleichzeitig dem Zeitspannungswandler ZSW zugeführt. Durch das Signal EOC wird der Zeitspannungswandler ZSW wieder in seinen Ausgangszustand zurückgebracht und somit für die nächste Messung vorbereitet. Soll mit Hilfe der Schaltungsanordnung SH nur eine Zeit innerhalb eines gewissen Bereichs gemessen werden, dann kann der Zeitspannungswandler ZSW so ausgeführt sein, dass bei einer überschreitung des Messbereiches am Ausgang ME ein Signal abgegeben wird. Die Einstellung der Referenzspannungen UR1 und UR2 kann mit Hilfe von Digital-Analog-Wandlern DAW1 und DAW2 erfolgen. Diesen wird der Binärwert SL1 bzw. SL2 zugeführt, aus denen sie dann die Referenzspannung UR1 und UR2 erzeugen. Figur 2 und Figur 3 zeigen eine ausführlichere Realisierung der Schaltungsanordnung SH. Der Komparator CP1 und der Komparator CP2 haben einen nicht invertierenden und einen invertierenden Ausgang. Jeder Ausgang führt zu einem zugeordneten Differenzierglied DG11 und DG72 für den Kom?z- rator CP1 und DG21 und DG22 für den Komparator CP2. Die Ausgänge der Differenzierglieder DG11 und DG12 sind mit einer Torschaltung verbunden, die aus Torglieder TR1 und TR2 besteht. Entsprechend sind die Differenzierglieder DG21 und DG22 mit einer Torschaltung verbunden, die aus Torglieder TR3 und erz besteht. Am Ausgang des Differenziergliedes DG11 wird ein positiver Nadelimpuls entsprechend Figur 4 abgegeben, wenn die Anstiegsflanke des Messimpulses SN die Referenzspannung UR1 überschreitet. Am Ausgang des Differenziergliedes DG12 wird ein positiver Nadelimpuls abgegeben, wenn die Abfallflanke des Messimpulses SN die Referenzspannung UR1 unterschreitet. Entsprechendes gilt für die Differenzierglieder DG 21 und DG 22. Diese Nadelimpulse sind zusammengefasst als Signale SZ3 und SZ4 in Figur 4 dargestellt. Mit Hilfe der Torglieder TR1 und TR2 kann nun der Ausgang des Differenziergliedes DG11 oder der Ausgang des Differenziergliedes DG12 zum Ausgang durchgeschaltet werden. Welches Torglied TR1 bzw. TR2 durchlässig ist, wird mit Hilfe des Auswahlsignals SK1 festgelegt. Entsprechend kann entweder der Ausgang des Differenziergliedes DG21 oder der Ausgang des Differenziergliedes DG22 durch die Torglieder TR3 und TR4 zum Ausgang durchgeschal tet werden und zwar in Abhängigkeit des Auswahlsignals SK2, Die Ausgänge der Torglieder TR1 und TR2 sind zusammengeschaltet und an den Eingang eines Verzögerungsgliedes VZ1 angeschlossen, dessen Ausgang zum Setzeingang S des bista bilen Kippgliedes FF führt. Die Ausgänge der Torglieder TR3 und TR4 sind ebenfalls zusammergeachaltet und an den Eingang eines Verzögerungsgliedes VZ2 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang R des bistabilen Kippgliedes FF verbunden ist. Mit dem bistabilen Kippglied FF wird somit der zeitliche Abstand zwischen dem Auftreten des Nadel- impulses am Ausgang des Verzögerungsgliedes Vil und dem Auftreten des Nadelimpulses am Ausgang des Verzögerungsgliedes VZ2 festgestellt. Die Verzögerungsglieder VZ1 und VZ2 sind zweckmässigerweise derart ausgeführt, dass die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes VZ2 grösser ist als die des Verzögerungsgliedes VZ1. Der dadurch bedingte Vorteil wird weiter unten erläutert. Um Einzelschussbetrieb zu ermöglichen, sind Freigabeflipflops FG1 und FG2 vorgesehen. Das Freigabeflipflop FG1 ist mit den Torgliedern TR1 und TR2 verbunden, das Freigabeflipflop FG2 mit den Torgliedern TR3 und TR4. Wenn ein Messimpuls SN ausgewählt wird, werden die Freigabeflipflops FG1 und FG2 gesetzt und damit die Torglieder TR1 bis TR4 freigegeben. Der Rücksetzeingang des Freigsbeflipflops FG1 ist mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes VZ1 verbunden, der Rücksetzeingang des Freigabeflipflops EG2 mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes VZ2. Damit werden die Freigabe- flipflops FG1 und FG2 dann wieder zurückgesetzt und damit die Torglieder TR1 bis TR4 gesperrt, wenn der durch die Torglieder TR ausgewählte Nadelimpuls am Ausgang der Verzögerungsglieder VZ1 und VZ2 erscheint und damit dem bistabilen Kippglied FF zugeführt wird. Die Verzögerungszeit der Verzdgerungsglieter VZ1 und VZ2 sind dabei so gewählt, dass die Freigabeflipflops FG1 und FG2 bereits zurückgesetzt'sind1 bevor ein einem anderen Messimpuls SN zugeordneter Nadelimpuls zu den Torgliedern TR gelangen kann. Damit die Schaltur.gsanordnung in einen definierten Ausgangszustand gebracht werden kann, sind die Freigabeflip- flops FG1 und FG2 und das bistabile Kippglied FF mit ihren Rücksetzeingängen R an eine Leitung für einen Rücksetzimpuls SR angeschlossen. Im Betrieb erfolgt die Rücksetzung der Flipflops FG1 und FG2 und des bistabilen Kippgliedes FF durch in der Schaltungsanordnung erzeugte Impulse. Figur 2 zeigt eine Ausführung der Torschaltung TR nach Figur 1 derart, dass ein Übergang des Signales am Ausgang A des Komparators CP1 zum Verzögerungsglied VZ2 und des Si3- nales am Ausgang B des Komparators CP zum Verzögerungsglied VZ1 nicht möglich ist. Durch geringfügige Änderungen in der Torschaltung TR, die im Rahmen des fachmännischen Könnens liegen, ist ein entsprechender Aufbau der Torschaltung ohne weiteres möglich. Die Ausgänge des bistabilen Kippgliedes FF, an denen die Signale SZ1 und SZ2 erscheinen, sind mit einem Differenz¯ verstärker DV verbunden . (s. Fig.3 Der eine Ausgang des Differenz- verstärkers DV ist mit einem Bezugspotential P1, z.B. Masse verbunden. Der andere Ausgang des Differenzverstärkers DV führt zu einer Entladeschaltung ET, die einen Kondensator CO enthält. Solange das bistabile Kippglied FF nicht gesetzt ist, ist der Differenzverstärker DV mit dem Potential P1 verbunden und es erfolgt keine Entladung der Entladeschaltung ET über den Differenzverstärker DV. Ist dagegen das bistabile Kippglied FF gesetzt, dann'entlädt der Differenzverstärker DV mit einem konstanten Strom die Entladeschal- tung ET. Die Dauer dieses Entladevorgangs wird somit von der Zeitdauer bestimmt, die das bistabile Kippglied FF im Setzzustand ist. Diese Zeit entspricht aber der zu messenden Zeit. Die Entladeschaltung ET ist weiterhin mit einer Vorladeschaltung AT verbunden, durch die die Entladeschaltung ET An auf eine definierte/Anspannung aufgeladçn wird, während der Differenzverstärker DV mit dem Potential P1 verbunden ist. Die Vorladeschaltung' AT verbindet die Entladeschaltung ET in dieser Zeit mit einer Spannung UV. Wenn jedoch das Signal SZ3 am Ausgang der Torglieder TR1 und TR2 auftritt, wird die Vorladeschaltung AT von der Entladeschaltung ET abgetrennt und die Entladeschaltung ET kann nur noch vcn dem Differenzverstärker DV beeinflusst werden. Das Abschalten bzw. Anschalten der Vorladeschaltung AT erfolgt mit Hilfe eines bistabilen Kippgliedes'KSl, dem das Signal SZ3 zugeführt wird. Das Kippglied KS1 wirdrtsann wieder zurückgesetzt und damit die Vorladeschaltung AT an die Entladeschaltung ET wieder angeschaltet, wenn die Umwandlung der am Ausgang der Entladeschaltung ET abgegebenen Spannung in einen binären Wert durch den Qnalog-Digital- Wandler ADU beendet ist, dieser also das Signal EOC abgibt. Der Differenzverstärker DV und die Entladeschaltung ET sind derart aufgebaut, dass de in der Entladeschaltung ET enthaltene Kondensator CO mit einem konstanten Strom während der Zeit, während der das bistabile Kippgleid FF gesetzt ist, entladen wird. Damit erfolgt eine Umwandlung der Zeit in eine Spannung. Die dabei verwendete Entlade kennlinie ist in Figur 5 dargestellt. Mit Hilfe der Vorladeschaltung AT wird der Kondensator CO.:der Entladeschaltung z.B. auf +10 Volt vorgeladen. Wenn der Differenzverstärker DV auf die Entladeschaltung ET umschaltet, wird der Kondensator CO mit konstantem Strom entladen, d.h. die Kennlinie nach Figur 5 geht in den Entladebereich TE über. Bei Ausschöpfung des gesamten Messwertbereiches erreicht die Spannung über dem Kondensator CO Null Volt. Ist die Messung beendet, dies wird durch das Signal EOC angezeigt, dann wird die Vorladeschaltung AT wieder an die Entladeschaltung ET angeschlossen und der Kondensator CO wieder auf +10 Volt aufgeladen. Anschliessend kann wieder eine neue Zeitmessung beginnen und damit eine neue Entladung des Kon derfsators CO. Am Ausgang der Entladeschaltung ET ist ein Operationsver stärker OP1 angeschlossen, der so geschaltet ist, dass die Entladeschaltung ET nicht belastet wird. Dem Operationsver- stärker OP1 wird eine Referenzspannung UR3 zugeführt, die so eingestellt wird, dass nur im linearen Bereich der Ent ladekennlinie gearbeitet wird. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist schliesslich mit dem Analog/Digital/ Wandler ADU verbunden, der aus der vom Operationsverstärker OP1 abgegebenen Spannung einen binären Wert am Ausgang SA erzeugt. In Figur 3 ist noch ein weiteres Kippglied KS2 gezeigt, dem über ein Verzögerungsglied VZ3 das Signal SZ4 vom Ausgang der Torglieder TR3 und TR4 zugeführt wird. Durch die ses Signal SZ4 wird das Kippglied KS2 in seinen einen Zustand gebracht, in dem es am Ausgang das Freigabesignal SC für den Analog/Digital/Wandler ADU abgibt. Das heisst der Analog/Digital/Wandler ADU wird erst dann eingeschaltet, wenn ein Nadelimpuls am Ausgang der Torglieder TR3 und TR4 aufgetreten ist. Dieser Nadelimpuls wird durch das Verzöge rungsglied VZ3 derart verzögert, dass der Analog/Digital/ Wandler ADU nicht zu frühzeitig eingeschaltet wird. Das Kippglied KS2 kann aber auch dazu verwendet werden, um eine Messbereichsüberschreitung festzustellen. Dazu ist der Ausgang des Kippgliedes KS1 mit einem Zeitglied Z1 verbunden, dessen invertierender Eingang zusammen mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes VZ3 mit einem UND Glied UD1 verbunden ist, das zum Eingang des Kippgliedes KS2 führt. Weiterhin ist der Ausgang des Zeitgliedes Z1 mit einem weiteren Zeitglied Z2 verbunden, das an ein weiteres UND-Glied UD2 angeschlossen ist. Das UND-Glied UD2 ist weiterhin mit dem anderen Ausgang des Kippgliedes KS2 verbunden und gibt an seinem Ausgang das Messbereichsüberschreitungssignal ME ab.und führt weiterhin zum Rücksetzeingang des Kippgliedes KS1. Der zulässige Messbereich wird mit Hilfe des Zeitgliedes Z1 festgelegt. Wenn die Zeit zwischen dem Auftreten des Signales SZ3 und des Signales SZ4 zu gross wird, dann wird am invertierenden Ausgang des Zeitgliedes Z1 ein Signal erscheinen, das das UND-Glied UD1 sperrt, so dass das Kippglied KS2 im rückgesetzten Zustand bleibt. Dies hat zur Folge, dass das UND-Glied UD2 freigegeben ist und das Messbereichsüberschreitungssignal ME auftreten kann. Der Ausgang des UND-Gliedes UD2 ist weiterhin mit. dem Rücksetzeingang des bistabilen Kippgliedes KS1 verbunden, so dass dieses auch zurückgesetzt wird, wenn das Messbereichs überschreitungssignal ME auftritt. Weiterhin wird, wenn der Messbereich überschritten wird, das Freigabesignal SC für den Analog/Digital/Wandler Adv nicht erzeugt, so dass dieser nicht freigegeben wird. Der Ausgang des bistabilen Kippgliedes KS1, auf dem Signal SZ5 erscheint, ist mit dem bistabilen Kippglied FF verbunden, so dass dieses zuruckge setzt wird, wenn das Signal SZ5 auftritt. Dann nämlich ist der Bewertungsvorgang des bistabilen Kippgliedes FF auf jeden Fall beendet. Der Zeitspannungswandler ZSW der Figur 1 besteht somit auf jeden Fall aus dem Differenzverstärker DV, der Entladeschaltung ET, der Vorladeschaltung AT, dem bistabilen Kippglied KS1 und möglicherweise dem bistabilen Kippglied KS2, wenn ein zulässiger Messbereich vorgesehen wird. Zur Justierung der Schaltungsanordnung nach Figur 2 und Figur 3 werden die Eingänge der Komparatoren CP1 und CP2, auf denen der Messimpuls, auftritt, kurzgeschlossen und die Referenzspannungen UR1 und UR2 auf denselben Wert gelegt. Da die Verzögerungsglieder VZ1 und VZ2 verschiedenen Wert haben, wird das bistabile Kippglied FF kurzzeitig gesett. Folglich wird die Entladeschaltung ET kurzzeitig von dem Differenzverstärker DV entladen. Die Referenzspannung UR3. des Operationsverstärkers OP1 wird nur. so eingestellt, dass diese Entladung von dem Analog/Digital/Wandler ADU noch nicht ausgewertet wird, also der Binärwert am Ausgang SA Null bleibt. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass Bauteiletoleranzen der Schaltungsanordnung nicht zu einer Beeinflussung des Messergebnisses am Ausgang des Analog/Digi tal/Wandlers ADU führen und es wird weiterhin erreicht, dass der Beginn der Entladekennlinie (s. Figur 5), in dem die Kennlinie nicht linear ist, zur Zeit/Spannungswandlung nicht herangezogen wird. Für die Umwandlung wird somit nur der lineare Bere-ich der Entladekennlinie herangezogen. Die Verzögerungszeit des Zeitgliedes Z1 und die Steilheit der Entladekennlinie und damit der Bereich, in dem eine Zeit/Spannungswandlung durchführbar ist, müssen einander entsprechen. Die Entladekennlinie wird durch Einstellung der Kapazität des Kondensators CO so gewählt, dass die Entladekennlinie nach Figur 5 bei der maximalen Zeit gerade Null Volt erreicht hat. Dementsprechend muss auch die Verzögerungszeit des Zeitgliedes Z1 gewählt werden. Aus Figur 6 ergibt sich ein genauer Aufbau dWes Schaltungsteils nach Figur 2. Dabei werden nur die für die Funktion der Schaltungsanordnung wesentlichen Teile erläutert. Der digitale Wert SL der Referenzspannung UR wird in einen Speicher SP1 und in einen Speicher SP2 bei Auftreten von Taktsignalen TS übernommen. Der Speicher SP1 ist mit dem Digi tal/Analog/Wandler DAW1, der Speicher SP2 mit dem Digital /Analog/Wandler DAW2 verbunden. Der Binärwert, der im Speicher SP steht, wird von dem Digital/Analog/Wandler DAW in einen proportionalen Strom umgewandelt, aus dem über einen Operationsverstarkr de Referenzspannung UR1 bzw. UR2 erzeugt wird. Die Referenzspannung UR1 und der Messimpuls SN1 bzw. die Re ferenzspannung UR2 und der Messimpuls SN2 werden den Konparatoren CP1 bzw. CP2 zugeführt. Die Ausgänge der KomDaratoren CP1 bzw. CP2 führen zu den- Differenziergliedern DGl 1, DG12 bzw. DG21 und DG22. Die Dfferenzierglieder DG sind als am Ende kurzgeschlossene Leitungen realisiert, die an einem festen Potential anliegen. Mit Hilfe der kurzgeschlossenen Leitungen werden symmetrische Nadelimpulse erzeugt. Die Torglieder TR1, TR2, TR3 und TR4 sind in Figur 6 als NOR-Glieder realisiert, denen die Nadelimpulse, ein Auswahlsignal SK und das Ausgangssignal vom Freigabeflipflop FG1 bzw. FG2 zugeführt werden. Die Ausgänge der Torglieder TR1 und TR2 führen zu dem Verzögerungsglied VZ1, das als Leitung realisiert ist. Die Ausgänge der Torglieder TR3 und TR4 führen zu dem als Leitung realisierten Verzögerungsglied VZ2. Das Verzögerungsglied VZ2 hat eine grössere Verzögerungszeit als das Verzögerungsglied VZ1, z.B. um 5ns. Da die der Schaltungsanordnung zugeführten Signale SR, SK, SF TTL-Pegel haben, werden diese mit Hilfe von TTL/ECL Wandler in ECL-Pegel umgewandelt. Dabei ist zusätzlich erforderlich, dass das Freigabesignal SF nach der Umwandlung in ein ECL-Signal noch einem Monoflop zur Erzeugung eines Impulses zugeführt wird. Figur 7 zeigt eine genaue Realisierung der Figur 3. Auch hier werden nur die wesentlichsten Bestandteile erläutert. Die Signale SZ1 und'SZ2 werden dem Differenzverstärker DV zugeführt. An die Emitter der Differenztransistoren T3 und T4 ist eine Konstantstromquelle KSQ1 angeschlossen, über die z.B. ein Konstantstrom von 30 mA fliesst. Entsprechend dem Wert der Signale SZ1 und SZ2 fliesst der Konstantstrom entweder über den Differenztransistor T3 zum Potential P1 oder über den Differenztransistor T4 zur Entladeschaltung ET. Die Entladeschaltung ET besteht im wesentlichen aus dem Kondensator CO, der aus einem Kondensator mit fester Kapazität und einem Kondensator mit variablerKapazität besteht. An dem Verbindungspunkt VP ist der Differenzverstärker DV angeschlossen und zwar über einen Transistor T10 in Basisschaltung. Dieser Transistor kompensiert den Millereffekt des Differenstransistors T4. An die Entladeschaltung ET ist die Vorladeschaltung AT angeschlossen, die aus der Konstantstromquelle KSQ2 besteht, die über den Transistor T1 abschaltbar ist. Die Konstantstromquelle KSQ2 ist über Dioden D1, D2, D3 mit dem Ver bindungspunkt VP verbunden. Sie wird über einen Operationsverstärker OP2 angesteuert, an dessen invertierenden Eingang die Spannung UV anliegt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP2 ist mit dem Verbindungspunkt VP verbunden. Diese Rückkopplung bewirkt, dass die Spannung am Verbindungspunkt VP, so lang die Konstantstrom quelle KSQ2 angeschaltet ist, in etwa +10 Volt beträgt. Das Abschalten der Konstantstromquelle KSQ2 erfolgt über den Transistor T1, dessen Basis an einem weiteren Differenzverstärker DV1 anliegt. Dieser Differenzverstärker DV1 ist mit der bistabilen Kippglied KSI verbunden, den; das Signal SZ3 zugeführt wird. Solange das bistabile Kippglied KS1 gesetzt ist, ist über den Differenzverstärker DV1 der Transistor T1 leitend gesteuert, so dass in etwa Masse Potential am Kollektor des Transistors T2 der Konstant- stromquelle KSQ2 liegt. Dadurch werden die Dioden D1 bis D3 gesperrt und das Potential am Kondensator CO van der Konstantstromquelle KSQ2 abgetrennt. Die Hintereinanderschal- tung der Dioden Dl bis D3 erfolgt deswegen, um die Xsamtkaza- zität möglichst klein zu halten. Wenn der Differenzverstärker DV1 durch Rücksetzen des bistabilen Kippgliedes KS1 wieder in seinen anderen Zustand gebracht wird, wird der Transistor T1 gesperrt und die Vorladeschaltung wird wieder an den Verbindungspunkt VP angeschlossen. Das Signal SZ4 wird über ein als Leitung realisiertes Verzögerungsglied VZ3 an den Eingang des bistabilen Kippglie- des KS2 angelegt. An diesem Eingang liegt weiterhin über das Zeitglied Z1, das als Monoflop realisiert ist, der Ausgang des bistabilen Kippgliedes KS1 an. Das Zeitglied Z2 ist ebenfalls als monostabiles Kippglied realisiert. Das Zusammenwirken des bistabilen Kippgliedes KS2 mit den Zeitgliedern 71 und Z2 und mit der Verzögerungsleitung VZ3 ist bereits weiter oben beschrieben worden. Bei der Betrachtung der Figur 7 ist zu beachten, dass der Analog/Digital/Wandler ADU TTL-Signale verarbeitet, während der übrige Schaltungsteil der Figur 7 ECL-Signale erzeugt. Aus diesem Grunde sind wiederum ECL/TTL-Wandler in den Leitungen für das Messbereichsüberschreitungssignal ME, für das Freigabesignal SC und für das Signal EOC erforderlich. Weiterhin sind monostabile Kippschaltungen eingefügt, um die zum Betrieb erforderlichen Impulse zu erzeugen. Als Analog/Digital/Wandler ADU kann ein handelsüblicher Baustein verwendet werden. Dies gilt ebenso für die Digi tal/Analog/Wandler DAW1 und DAW2, die Operationsverstär ker OP und die Komparatoren CP. Die übrigen nicht beschrie- benen Bauelemente der Figur 4 und Figur 7 dienen in bekannter Weise zur erforderlichen Beschaltung der einzelnen, verwendeter. Bausteine. Y ist eine Spannung von 0,8V. 7 Figuren 14 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Messung kurzer Zeiten und zur Ausgabe der gemessenen Zeit in digitaler Form, der ein den Beginn der zu messenden Zeit angebendes Startimpuls und ein das Ende der zu messenden Zeit angebender Stopimpuls zugeführt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein erstes Verzögerungsglied (VZ1) vorgesehen ist, der der Startimpuls zugeführt wird, dass ein zweites Verzögerungsglied (VZ2) mit einer gegenüber dem ersten Verzögerungsglied grösseren Verzögerungszeit vorgesehen ist, der das Stopsignal zugeführt wird, dass das erste Verzögerungsglied (VZ1) mit dem Setzeingang eines bistabilen Kippgliedes (FF) und das zweite Verzögerungsglied (VZ2) mit den Rücksetzeingang des bistabilen Kippgliedes (FF) verbunden ist, dass de Ausgänge des bistabilen Kippgliedes (FF) mit einem eine Entladeschaltung (ET) enthaltenden Zeit/Spannungswar.dlrr (ZSW) verbunden sind, der einE der Zeit proportionale Spannung erzeugt, und dass an den Ausgang des Zeit/Spannr.gs- wandlers (ZSW) ein AnaloglDigital/Wandler (ADU) mit einstellbarer Spannungsschwelle angeschlossen ist, die so eingestellt ist, dass bei Zusammenschluss der Eingänge (ES1,ES2) der Schaltungsanordnung der Malog/Digital/Wandler (ADU) den Binärwert für Null abgibt. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Messung der zeitlichen Verhältnisse bei einem Messimpuls (SN) zur Erzeugung des Startsignals bzw. des Stopsignals jeweils vor das erste bzw. zweite Verzögerungsglied (VZ1 bzw. VZ2) eine Vorstufe vorgeschaltet ist, der der Messimpuls zugeführtwird, dass die Vorstufe zur Erzeugung des Start- bzw. Stopimpulses jeweils einen Komparator (CP1 bzw. CP2), dem jeweils der Messimpuls und jeweils eine einstellbareReferenzspannung (UR7 bzw. UR2) zugeführt wird, ein am Ausgang des Komparators (CP1 bzw. CP2) angeschlossene Differenzierglied (DG1 bzw. DG2) und eine zwischen dem Differenzierglied (DG1 bzw. DG2) und dem Verzögerungsglied (VZ1 bzw. VZ2) angeordnete Torschaltung (TR) enthält. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Torschaltung (TR1, TR2 bzw. TR3, TR4) mit einem Freigabeflipflop (FG1 bzw. FG2) verbunden ist, die ein Freigabesignal abgibt, wenn die Torschaltungen für den Start-bzw. Stopimpuls offen sein soll. 4. 3chaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rücksetzeingang des Freigabeflipflops (FG1 bzw. FG2) mit dem Ausgang des zuge ordneten Verzögerungsgliedes (VZ1 bzw. VZ2) verbunden ist. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch. & e k e n n:z e ic h n e t , dass jeder Kompa- rator (CP1, CP2) einen nichtinvertierenden und einen invertierenden Ausgang aufweist, dass der nichtinvertiervn- de und der invertierende Ausgang jeweils über ein Differenzierglied (DG11, DG12 bzw. DG21,DG22) mit einem Torglied (TR1,TR2 bzw. TR3,TR4) der Torschaltung verbunden ist und dass an die Torglieder (TR) jeweils ein Auswahl signal (SK1 bzw. SK2) anlegbar ist. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , dass das Differenzierglied (DG) aus einer kurzgeschlossenen Leitung besteht. 7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche g e k e n n z e i c h n e t durch den Zeit/ Spannungswandler (ZSW) aus einem Differenzverstärker (DV), der mit den Ausgängen des bistabilen Kippgliedes (FF) verbunden ist, aus der Entladeschaltung (ET) mit einem ein stellbaren Kondensator (CO), der zur Entladung mit einem konstanten Strom mit dem einen Ausgang des Differenzver stärkers verbunden ist und aus einer abschaltbaren Vorladeschaltung tAT), die zur Vorladung der Entladeschaltung auf einen definierten Wert mit der Entladeschaltung verbunden ist. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t durch die Vorladeschaltung (AT) aus einer Konstantstronquelle (KSQ2), dessen Ausgang über Dioden (D1, D2, D3) mit dem Verindungspunkt (VP) zwischen dem Kondensator (CO) und dem Differenzverstärker (DV) verbunden ist, aus einem Operationsverstärker (OP2), dessen Ausgang an den Eingang der Konstantstromquelle (KSQ2) angeschlbssen ist, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Verbindungspunkt (VP) verbunden ist und an dessen invertierenden Eingang eine Grundladespannung (UV) angeschlossen ist, aus einem an den Ausgang der Konstantstronquelle (KSQ2) angeschlossenen Schalttransistor (T1), dessen Basiselektrode mit einem Ausgang eines zweiten Differenzverstärkers (DV1) verbunden ist, der nach-Auftreten des Startimpulses (SZ3) den Schalttransistor (T1) leitend steuert und damit die Konstantstromquelle (KSQ2) von dem Kondensator (CU)-abtrennt. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Verbindungs punkt (VP) und dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers (DV) zur Kompensation des Millereffektes des Differenzver- stärkertransistors (T4) ein Transistor (T10) in Basisschaltung angeordnet ist. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein drittes Freigabeflipflop (KS2) mrgesehen ist, dessen Setzeingang mit einem UND-Glied (UD1) verbunden ist, an dessen einen Eingang das Stopsignal tSZ4) und an dessen anderem Eingang über ein den Messbereich festlegender Zeitglied (Z7) das Startsignal (SZ3) in invertierter Form anliegt, und dass am einen Ausgang des dritten Freigabeflipflops (KS2) ein Freigabesignal (SC) für den Analog/Digital/Wandler (ADU) abgegeben wird. 11. Schaltungsanordnung nachrAnspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der andere Ausgang des dritten Freigabeflipflops (KS2) mit einem UND-Glied (UD2) verbunden ist, an dessen anderem Eingang ein mit dem ersten Zeitglied (Z1) verbundenes zweites Zeitglied (Z2) angeschlossen ist und an dessem Ausgang ein MeBbereichsübar- schreitungssignal (ME) erscheint. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein weiteres bistabiles Kippglied (KS1) vorgesehen ist, dessen Setzeingang das Startsignal (SZ3) und dessem Rücksetzeingang das Messbereichsüberschreitungssignal (ME) zugeführt wird und dessen einer Ausgang mit dem zweiten Differenzverstärker (DV1) und mit dem ersten Zeitglied (Z1) verbunden ist. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Analog/Digital/Wandler (ADU) ein Ausgangssignal (EOC) erzeugt, wenn die Umwandlung in einen digitalen Wert beendet ist, und dass das Ausgangssignal (EOC) dem Rücksetzeingang des weiteren bistabilen Kippgiiedes (KS1) und dem Rücksetzeingang des dritten Freigabeflipflops (KS2) zugeführt wird. 14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verzögerungszeit des zweiten Verzögerungsgliedes (VZ2) sich derart von der Verzögerungszeit des ersten Verzöge rungsgliedes (VZ1) unterscheidet, dass der Anfang der Umladekennlinie der Entladeschaltung (ET) zur Zeit/Spannungswandlung nicht herangezogen wird.

Inventors: WELZHOFER, KLAUS
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: G04F10
IPC codes: G04F10