РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЯ-КОД
RECIRCULATION TIME-CODE CONVERTER

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования одиночных временных интервалов в цифровой код в широком временном диапазоне.
Известен преобразователь время-код, содержащий генератор опорной частоты, вентиль, триггер, многоотводную линию задержки, счетчик импульсов, схемы И, устройство цифровой регистрации [1]. Недостатком такого преобразователя является наличие методической погрешности преобразования, обусловленной неопределенностью расположения начала преобразуемого временного интервала ВИ относительно образцовой импульсной последовательности, вырабатываемой генератором опорной частоты.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является преобразователь время-код, содержащий рециркуляционный генератор на основе линии задержки, многоотводную линию задержки, схемы И, счетчик импульсов, устройство цифровой регистрации и триггер [2].
рг
млз
млз
Недостаток преобразователя-прототипа состоит в низкой точности преобразования, обусловленной тем, что нестабильность дискретности преобразования определяется нестабильностью времени задержки линии задержки рециркуляционного генератора (РГ) и нестабильностью времени задержки многоотводной линии задержки, время задержки которой должно удовлетворять условию t=t/2, где t - полное время задержки многоотводной линии задержки.
млз
Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет уменьшения нестабильности дискретности преобразования. Цель достигается тем, что линия задержки из состава РГ исключается, а многоотводная линия задержки включается в рециркуляционный генератор и ее полное время задержки задает период следования импульсной последовательности РГ как T=2t.
На фиг.1 приведена функциональная схема рециркуляционного преобразователя время-код, на фиг.2 и фиг.3 - временные диаграммы его работы.
Рециркуляционный преобразователь время-код содержит многоотводную линию задержки 1, вход которой подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ 2 и к счетному входу счетчика импульсов 3, n-выходов - к соответствующим из n сигнальных входов регистра памяти 4, а (n+1) выход к Д-входу Д-триггера 5 и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 2, второй вход которого соединен с шиной 6 «Вход» преобразователя и со входом формирователя импульсов 7, выход которого подключен к первому управляющему входу регистра памяти 4 и к С-входу Д-триггера 5, прямой выход которого соединен с первыми входами n элементов исключающее ИЛИ 8.1-8.n, выходы которых подключены к соответствующим из n входов шифратора 9, а вторые входы - к соответствующим из n выходов регистра памяти 4, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом счетчика импульсов 3, с R- входом Д-триггера 5 и с шиной 10 «Начальная установка» преобразователя.
Устройство работает следующим образом.
x
Преобразуемый ВИ в виде прямоугольного импульса длительностью t (см. Фиг.2а, Фиг.3а) подается на входную шину 6 и далее на второй вход элемента ИЛИ-НЕ 2.
x
Элемент ИЛИ-НЕ 2 и многоотводная линия задержки 1 (ее (n+1) - отвод) образуют рециркуляционный генератор, на выходе которого (выход элемента ИЛИ-НЕ 2) вырабатывается серия импульсов, длительность которой не превышает длительности t преобразуемого ВИ (Фиг.2б). Период следования импульсов в серии Т=2(n+1)τ, где τ - дискретность задержки между отводами многоотводной линии задержки 1, выбирается равным необходимой (по техническому заданию) дискретности преобразования, а n - число отвод многоотводной линии задержки 1.
Серия импульсов фиксируется в счетчике импульсов 3.
x
По окончании преобразуемого временного интервала длительностью t в счетчике импульсов 3 будет записан код
0
x
x
Из-за неоднозначности расположения импульсной последовательности с периодом Т относительно окончания преобразуемого временного интервала длительностью t полученный результат преобразования, описываемый выражением (1), необходимо уточнить на цифровое значение временного интервала длительностью Δt (см. Фиг.2а, Фиг.3а). То есть функция преобразования предлагаемого преобразователя должна иметь вид
x
x
x
0
0
В определении значения ВИ длительностью Δt существует два случая: первый, когда окончание ВИ длительностью t приходится на положительный полупериод импульсной последовательности с периодом То (см. Фиг.2а, б), и второй - когда окончание ВИ длительностью t приходится на отрицательный полупериод импульсной последовательности с периодом Т (см. Фиг.3а, б). Здесь под положительным и отрицательным полупериодом понимаются значения амплитуды импульсной последовательности с периодом Т, соответствующие состоянию логическая единица (положительный полупериод) и состоянию логический ноль (отрицательный полупериод).
x
В первом случае ВИ длительностью Δt определяется как (см. Фиг.2б)
x
x
Δt′=T-Δt,
а во втором (см. Фиг.3б)
.
x
Преобразование время-код ВИ длительностью Δt осуществляется следующим образом:
0
x
В первом и втором случаях с n выходов многоотводной линии задержки 1 снимаются n импульсных последовательностей с периодом Т, но задержанных относительно начала ВИ, длительностью t на время iτ, где i=1, 2, 3, …, n - номер соответствующего отвода многоотводной линии задержки 1 (см. Фиг.2, в-е и Фиг.3в-е).
x
ϕ,
x
ϕ
p
p
В регистре памяти 4 осуществляется фиксация тех импульсных последовательностей, снимаемых с многоотводной линии задержки 1, положительные полупериоды которых совпадают с окончанием ВИ длительности t. Фиксация происходит по импульсному сигналу длительностью t снимаемому с выхода формирователя импульсов 7 и сформированному из заднего фронта, преобразуемого ВИ длительностью t (см. Фиг.2ж и Фиг.3ж). Для повышения надежности срабатывания регистра памяти 4 необходимо, чтобы t≥t, где t - время срабатывания регистра памяти по первому управляющему входу. В первом случае на выходе регистра памяти 4 вырабатывается параллельный единичный код с расположением логических единиц в первых разрядах (см. Фиг.2в-д).
x
0
Во втором случае, то есть когда окончание ВИ длительностью t приходится на отрицательный полупериод импульсной последовательности с периодом Т, регистр памяти вырабатывает параллельный единичный код (ПЕК) с расположением логических единиц не в первых, а в более старших разрядах (см. Фиг.3д, е).
x
ф
Это приводит к неоднозначности трактования цифрового результата преобразования ВИ длительностью Δt во втором случае по отношению к первому. Для устранения указанного недостатка введены n элементов исключающее ИЛИ 8.1÷8.n, в которых сигналом управления с прямого выхода Д-триггера 5, во втором случае происходит установка в ПЕК логических единиц в первых разрядах. Условием срабатывания Д-триггера 5 является момент совпадения импульсной последовательности с (n+1)-вывода многоотводной линии задержки 1 и импульсного сигнала длительностью t, снимаемого с выхода формирователя импульсов 7 (см. Фиг.3ж, з).
x
Шифратор 9 преобразует ПЕК с выходов n элементов исключающее ИЛИ 8.1÷8.n в позиционный двоичный код, представляющий собой цифровой результат преобразования ВИ длительностью Δt.
x
В первом случае (см. Фиг.2) значение ВИ длительностью Δt описывается выражением
x
Δt=mτ,
где область изменения m∈[1÷n], а во втором
x
Δt=nτ,
где область изменения
η∈[1÷n].
Тогда функция преобразования, описываемая выражением (2), с учетом, что Т=2(n+l)τ, будет иметь вид:
в первом случае:
x
t
1
t={2(N-l)(n+l)+m}τ=Nτ,
а во втором
1
2
где N и N - общий цифровой результат преобразования соответственно в первом и втором случаях.
1
2
Определение значений N или N осуществляется в арифметическо-логическом устройстве, которое на фиг.1 условно не показано.
Заметим, что перед началом преобразования триггер 5 и регистр памяти 4 сигналом «Начальная установка» должны по своим выходам устанавливаться в состояние логический ноль.
РГ
МЛЗ
В случае преобразователя-прототипа нестабильность дискретности преобразования состоит из нестабильности δ времени задержки линии задержки рециркуляционного генератора (РГ) и нестабильности δ времени задержки многоотводной линии задержки и определяется как
Так как в предлагаемом преобразователе линия задержки из состава рециркуляционного генератора исключается, а многоотводная линия задержки включается в РГ, нестабильность дискретности преобразования имеет вид
РГ
млз
Полагая в выражении (2) δ=δ, получаем
.
Из полученного выражения следует, что предлагаемый преобразователь имеет в  раз меньше значение нестабильности дискретности преобразования.
Таким образом, цель изобретения - повышение точности преобразования - достигнута.
Литература
1. Измерение диагностических параметров интегральных схем / B.C.Сапрыкин, Н.И.Кузнецов, Н.И.Докучаев, Б.В.Острецов. - М: Сов. Радио, 1979. - 104 с. ил. - (Массовая библиотека инженера «Электроника») стр.10, рис.5.
2. Мелешко Е.А. Интегральные схемы в наносекундной ядерной электронике. - Изд. 2-е доп. М.: Атомиздат, 1978, стр.143, рис.3.13.