ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Полезная модель относится к радиоизмерительной и импульсной технике и может быть использована в приборах точного измерения длительности импульсов сложной формы, например при анализе радиолокационных видеоимпульсов и электрокардиограмм.
m
m
Известен измеритель длительности импульсов, содержащий нормирующий формирователь, выполненный на триггере Шмитта, и преобразователь время-код (см. Измеритель длительности импульса. Акцент. Заявка Великобритании №1274402, 17.05.1972 г., G04F 11/08). Этот измеритель из-за большого порога срабатывания триггера Шмитта (около 1,4 В) не позволяет измерять длительность импульсов с малой амплитудой по уровню 0,5U. Он обладает низкой точностью измерения импульсов сложной формы - каждый выброс импульса, превышающий порог срабатывания триггера Шмитта, измеряется как отдельный импульс. Известно также устройство для измерения длительности импульсов, содержащее формирователь старт-стопных импульсов, триггер, преобразователь время-код и схему выбора импульса с минимальной длительностью (см. Устройство для измерения длительности импульсов. Авторское свидетельство СССР №516187, Бюлл. №20, 1976, Н03К 5/20). В этом устройстве не обеспечивается формирование старт-стопных импульсов по уровню 0,5 U, что обуславливает большие погрешности измерения. Кроме того, при подаче на его вход импульсов сложной формы будут оцениваться только выбросы с минимальной длительностью.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель длительности импульсов сложной формы (см. Устройство для измерения длительности импульсов. Авторское свидетельство СССР №1174898, Бюлл. №31, 1985), который принят за прототип.
Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где введены следующие обозначения:
1 - линия задержки;
2 - нормирующий формирователь;
3 - формирователь старт-импульсов;
4, 14 и 20 первый, второй и третий RS-триггер;
5 - формирователь стоп-импульсов;
6 - преобразователь время-код;
7 - адаптивный формирователь;
8 - компаратор;
9 и 21 - первый и второй элемент совпадения;
10, 16 и 22 первый, второй и третий счетчик;
11 - преобразователь код-напряжение;
12 - делитель напряжения;
13 и 19 - первый и второй цифровой формирователь;
15 и 17 первый и второй элемент совпадения;
18 - логический элемент 2И-ИЛИ-НЕ.
э
э
э
Элементы устройства соединены следующим образом. К входной шине измерителя подключена линия задержки, выход которой соединен с одним из входов нормирующего формирователя 2, другой вход которого подключен к выходу адаптивного формирователя 7, вход которого - один из входов компаратора 8 - также подключен к входной шине измерителя, выход компаратора 8 соединен с одним из входов элемента 9 совпадения, другой вход которого подключен к шине эталонной частоты f, а выход к счетному входу счетчика 10, к выходу которого подключен преобразователь 11 код-напряжение, выход которого соединен с другим входом компаратора 8 и с входом делителя 12 напряжений, выход которого является выходом адаптивного формирователя 7, и соединен с другим входом нормирующего формирователя 2, прямой выход нормирующего формирователя 2 соединен с входом первого цифрового формирователя 13, с S-входом RS-триггера 14 и с первым входом логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 18, а инверсный выход - с одним из входов элемента 17 совпадения, выход RS-триггера 14 соединен с одним из входов элемента 15 совпадения, другой вход которого соединен с шиной эталонной частоты f , а выход со счетным входом счетчика 16. Прямой выход счетчика 16 первого цифрового формирователя 13 подключен к входу формирователя 3 старт-импульсов, а инверсный выход соединен с R-входом RS-триггера 14, с другим входом элемента 17 совпадения и с первым входом логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 18, выход которого соединен с R-входами RS-триггера 20 и установочным входом счетчика 22 второго цифрового формирователя 19. Счетный вход счетчика 22 подключен к выходу элемента 21 совпадения, один из входов которого соединен с шиной эталонной частоты f; а другой с выходом RS-триггера 20. Остальные входы логического элемента 2И-ИЛИ-НЕ 18 соединены с выходом формирователя 5 стоп-импульсов, вход которого подключен к выходу счетчика 22 второго цифрового формирователя 19, с R-входами счетчика 10 адаптивного формирователя 7, счетчика 16 первого цифрового формирователя 13 и RS-триггера 4, вход S которого подключен к выходу формирователя 3 старт-импульсов, а выход - к входу преобразователя 6 время-код.
Недостатком известного устройства является то, что оно обладает малым быстродействием.
Целью предлагаемого технического решения является повышение быстродействия.
Поставленная цель достигается тем, что в измеритель длительности импульсов сложной формы, содержащий нормирующий формирователь и последовательно соединенные RS-триггер и преобразователь время код, выход которого является выходной шиной устройства, первый вход нормирующего формирователя соединен с входной шиной введены инвертор, компаратор, первый каскад совпадения, второй каскад совпадения, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, усилитель напряжения и формирователь импульсов, причем входная шина соединена с первым входом компаратора, прямой выход которого подключен к первому входу первого каскада
совпадения, второй вход которого является входом инвертора, вторым входом второго каскада совпадения и соединен с шиной строба целеуказания, а выход первого каскада совпадений подключен к счетному (суммирующему) входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу второго каскада совпадений, первый вход которого соединен с инверсным выходом компаратора, а третий вход объединен с третьим входом первого каскада совпадений и соединен с шиной эталонной частоты, выход преобразователя код-напряжение объединен со вторым входом компаратора и подключен к входу усилителя напряжения, выход усилителя напряжения подключен ко второму входу нормирующего формирователя, выход которого объединен с S-входом RS-триггера и подключен ко входу формирователя импульсов, выход которого объединен с R-входом RS-триггера и R-входом реверсивного счетчика, выход которого соединен со входом преобразователя код-напряжение, первый вход нормирующего формирователя соединен с первым входом компаратора, выход инвертора соединен с третьим входом нормирующего формирователя. На фиг.2 представлена функциональная схема измерителя длительности импульсов сложной формы. На фиг.3 приведены временные диаграммы. На фиг.2 введены следующие обозначения:
1 - Инвертор;
2 - Нормирующий формирователь;
3 - RS-триггер;
4 - Преобразователь время-код;
5 - Формирователь импульсов;
6 - Компаратор;
7 - Первый каскад совпадения;
8 - Второй каскад совпадения;
9 - Реверсивный счетчик;
10 - Преобразователь код-напряжение;
11 - Усилитель напряжения.
Измеритель длительности импульсов сложной формы, содержащий нормирующий формирователь 2 и последовательно соединенные RS-триггер 3 и преобразователь 4 время-код, выход которого является выходной шиной устройства, первый вход нормирующего формирователя 2 соединен с входной шиной тем, что с целью повышения быстродействия в него введены инвертор 1, компаратор 6, первый каскад совпадения 7, второй каскад совпадения 8, реверсивный счетчик 9, преобразователь 10 код-напряжение усилитель напряжения 11 и формирователь импульсов 5, причем входная шина соединена с первым входом компаратора 6, прямой выход которого подключен к первому входу первого каскада совпадения 7, второй вход которого является входом инвертора 1, вторым входом второго каскада совпадения 8 и соединен с шиной строба целеуказания, а выход первого каскада совпадений 7 подключен к счетному (суммирующему) входу реверсивного счетчика 9, вычитающий вход которого подключен к выходу второго каскада совпадений 8, первый вход которого соединен с инверсным выходом компаратора 6, а третий
вход объединен с третьим входом первого каскада совпадений 7 и соединен с шиной эталонной частоты, выход преобразователя 10 код-напряжение объединен со вторым входом компаратора 6 и подключен к входу усилителя напряжения 11, выход усилителя напряжения 11 подключен ко второму входу нормирующего формирователя 2, выход которого объединен с S-входом RS-триггера 3 и подключен к входу формирователя импульсов 5, выход которого объединен с R-входом RS-триггера 3 и R-входом реверсивного счетчика 9, выход которого соединен со входом преобразователя 10 код-напряжение, первый вход нормирующего формирователя 2 соединен с первым входом компаратора 6, выход инвертора 1 соединен с третьим входом нормирующего формирователя 2.
x
ЦАП
x
ЦАП
ЦУ
ЦАП
x
ЦАП
x
ЦАП
ЦАП
x
ЦАП
ЦАП
ЦУ
x
ЦУ
ЦАП
И
Измеритель длительности сложной формы работает следующим образом. Шумовое напряжение амплитудой U с входной шины поступает на первый вход нормирующего формирователя 6 (компаратора), на второй вход которого подается опорное напряжение Ц с выхода преобразователя 10 код-напряжение. В начальный момент времени величина шумового напряжения U, поступающая с входной шины превышает напряжение U, поступающее на второй вход компаратора 6 с выхода преобразователя 10 код-напряжение, в результате чего компаратор 6 переключается в единичное состояние. Сигнал уровня логической единицы с первого выхода компаратора 6 поступает на первый вход первого каскада совпадения 7, обеспечивая тем самым прохождение импульсов с шины эталонной частоты на суммирующий вход реверсивного счетчика 9. Реверсивный счетчик 9 в течение длительности строба целеуказания (τ) (фиг.3а) изменяет свое состояние, а именно увеличивая код на выходах до тех пор, пока разность напряжений U-U не станет меньше шага квантования преобразователя 10 код-напряжения (Δ). Если величина напряжения U станет меньше U, то компаратор 6 переключится в нулевое состояние. Единичный сигнал на втором (инверсном) выходе компаратора 6 разрешает прохождение импульсов с шины эталонной частоты через второй каскад совпадений 8 на вычитающий вход реверсивного счетчика 9. При этом содержимое реверсивного счетчика 9 уменьшается до тех пор, пока разность напряжений U-U не станет меньше величины Δ. Таким образом напряжение U постоянно в течении длительности τ следит за величиной входного напряжения U. В результате по окончании времени τ на выходе преобразователя 10 код-напряжение сформируется напряжение, соответствующее среднему значению величины  с точностью, не превышающего шага квантования Δ преобразователя 10 код-напряжение. Напряжение с выхода преобразователя 10 код-напряжение через усилитель напряжения 11 поступает на нормирующий формирователь 2 в качестве порогового (опорного)  (фиг.3б), где величина k - коэффициент усиления усилителя напряжений 11, определяемый исходя из вероятности превышения случайного процесса (шума) порогового уровня измерения, величину которого можно изменять регулировкой параметров усилителя. На первый вход нормирующего формирователя 2 подается измеряемый импульс с длительностью τ (фиг.3в), а на второй
вход по окончании строба целеуказания подается сигнал с выхода инвертора 1, в результате чего на выходе нормирующего формирователя 2 вырабатывается импульс с нормированной амплитудой, в течении которого импульс превышает пороговый (опорный) уровень напряжения (фиг.3г). Выходной импульс с выхода нормирующего формирователя 2 подается на S-вход RS-триггера 3, под действием переднего фронта которого RS-триггер 3 устанавливается в единичное состояние, а по заднему фронту срабатывает формирователь импульсов 5, под действием которого RS-триггер 3 устанавливается в нулевое состояние. Таким образом, на выходе RS-триггера 3 вырабатывается нормированный по амплитуде и длительности фронтов импульс напряжения, длительность которого равна длительности измеряемого импульса сложной формы на уровне (фиг.3г). Этот импульс подается на преобразователь время-код 4.
И
ФП
И
ФП
и
В прототипе выдача результата измерения на выходную шину происходит через время t=t+τ, здесь t - время на формирование порогового (опорного) напряжения, τ - длительность измеряемого импульса.
В предложенном устройстве выдача результата измерения на выходную шину происходит через время . Следовательно, выигрыш в быстродействии составляет .
Доказательством возможности осуществления предлагаемого измерителя длительности импульсов сложной формы является то, что основные вводимые блоки построены на серийных микросхемах: компаратор - на микросхеме МС521СА2, каскады совпадения - на микросхеме 133ЛА4, инвертор - на микросхеме МС133ЛА3, реверсивный счетчик - на микросхеме 133 ИЕ7, преобразователь код-напряжение - на микросхеме 594ПА1, нормирующий формирователь на микросхеме 521СА1.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет повысить быстродействие (выдачу сигнала на выходную шину) в 2 раза.