НОНИУСНЫЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЯ-КОД ПОВЫШЕННОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ
VERNIER HIGH-SPEED RESPONSE TIME-CODE RECIRCULATION CONVERTER

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения цифровых преобразователей однократных наносекундных временных интервалов (ВИ), заданных старт- и стоп-импульсами в системах импульсной радиолокации и радионавигации, включая комплексы ГЛОНАСС и GPS, медицинские радары и лидары, с нано- и пикосекундной дискретностью преобразования.
Известен [1] преобразователь), содержащий два рециркулятора, один из которых служит для рециркуляции старт-импульса (рециркулятор старт-импульса), а второй - стоп-импульса (рециркулятор стоп-импульса), преобразуемого ВИ, причем каждый из рециркуляторов содержит схему ИЛИ, первый вход который соединен с входной шиной преобразователя, выход - с первым входом схемы И, выход который через линию задержки подключен ко второму входу схемы ИЛИ, а вторые входы схемы И обоих рециркуляторов соединены с выходом блока управления работой рециркуляторов, первый вход которого подключен к выходу схемы И рециркулятора старт-импульса, второй вход - к выходу схемы И рециркулятора стоп-импульса и к счетному входу счетчика импульсов, управляющий вход которого соединен с третьим входом блока управления работой рециркуляторов и с шиной управления преобразователя.
Недостатком данного преобразователя является низкое быстродействие преобразования.
Известен нониусный рециркуляционный преобразователь время - код повышенного быстродействия (прототип) по патенту РФ №2598975, содержащий два рециркулятора, один из которых служит для рециркуляции старт-импульса (рециркулятор старт-импульса), а второй - стоп-импульса (рециркулятор стоп-импульса), преобразуемого временного интервала (ВИ), а каждый из рециркуляторов содержит схему ИЛИ, первый вход который соединен с входной шиной преобразователя, выход - с первым входом схемы И, выход который через линию задержки подключен ко второму входу схемы ИЛИ, а вторые входы схемы И обоих рециркуляторов объединены и соединены с выходом блока управления работой рециркуляторов.
Недостатком данного преобразователя прототипа является также низкое быстродействие преобразования.
Целью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия известного нониусного рециркуляционного преобразователя время - код по патенту РФ №2598975.
Поставленная цель достигается тем, что линия задержки стоп-импульса рециркулятора стоп-импульса имеет время задержки меньше времени задержки линии задержки старт-импульса рециркулятора старт-импульса на время равное m×τ (где τ - дискретность преобразования).
На фигуре приводится функциональная схема нониусного рециркуляционного преобразователя время-код повышенного быстродействия.
Нониусный рециркуляционный преобразователь время-код (ПВК) повышенного быстродействия содержит рециркулятор старт-импульса и рециркулятор стоп-импульса выполненный на элементе ИЛИ1, первый вход которого соединен с шиной 2 «стоп-импульс» преобразователя, второй вход - с выходом линий задержки 3 стоп-импульса, а вход - с первым входом элемента И4, выход которого подключен к входу линий задержки 3 стоп-импульса и к счетному входу счетчика импульсов 5, рециркулятор старт-импульса содержит элемент ИЛИ6, первый вход которого соединен шиной 7 «старт-импульс» преобразователя, второй вход - с выходом линии задержки 8 старт-импульса, а выход - с первым входом (m+1) - входного элемента ИЛИ9 и с входом m-отводной линий задержки 10, m - выходов которой подключены к D - входам соответствующих из m D-триггеров 11.1÷11.m и к соответствующим входам (m+1) - входного элемента ИЛИ9, выход которого подключен к С-входу дополнительного D-триггера 12 и к первому входу элемента И13, выход которого соединен со входом линии задержки 8 старт-импульса, а второй вход - со вторым входом элемента И4 рециркулятора стоп-импульса и с инверсным выходом дополнительного D-триггера 12. D-вход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов 5 рециркулятора стоп-импульсов, а прямой выход - к С-входам m D-триггеров 11.1÷11.m R-входов которых соединены с управляющим входом счетчика импульсов 5, с R-входом дополнительного D-триггера 12 и с шиной 14 «Начальная установка» преобразователя.
Рассмотрим работу предлагаемого преобразователя. Перед началом преобразования сигналом управления, подаваемого на шину 14 преобразователя D-триггер 12 открывает рециркулятор старт-импульса и рециркулятор стоп-импульса, а так же осуществляет установку счетчика импульсов 5 и регистра памяти на D-триггерах 11.1÷11.m в состояние логический ноль, то есть в исходное состояние.
2
1
6
9
13
2
1
4
8
8
Старт- и стоп-импульсы, соответствующие началу и концу преобразуемого ВИ длительностью tx, подаются на шины «старт-импульса» 7 и «стоп-импульса» 2 соответственно и должны иметь калиброванные значения длительности соответственно tст>(tp+τ) и tсп>(tp+τ), где tp=tp+tp+tp, tp=(t+t) - суммарное время задержки переключения логических элементов соответственно, рециркулятора старт-импульса элемента ИЛИ6, (m+1) - входного элемента ИЛИ9, элемент И13 и рециркулятора стоп-импульса (элемент ИЛИ1, элемент И4), а τ - время задержки между отводами m-отводной линии задержки 10, выбирается равной необходимой по техническому заданию дискретности преобразования. С момента прихода старт-импульса tст на шину 7 «Старт-импульса» на выходе (m+1) входного элемента ИЛИ9 рециркулятора старт-импульса вырабатывается импульсная последовательность с периодом Tст и длительностью импульсов в каждой из рециркуляции tст=tст+i×m×τ, где i=1, 2, 3, …, Nct - порядковый номер рециркуляции в рециркуляторе старт-импульса. Значение величины Тст задается временем задержки tлз линии задержки 8 старт-импульса как Тст=tлз.
3
3
В тоже время стоп-импульсы tсп рециркулируют в рециркуляторе стоп-импульса с периодом Тсп=tлз=Тст-(m×τ), (tлз - время задержки линии задержки 3 рециркулятора стоп-импульса), но при этом его исходная длительность остается неизменной, то есть tспi=tсп.
Для обеспечения условия работоспособности преобразователя в диапазоне
min
max
t×∈ [tx, tx],
необходимо строгое выполнение условия
max
8
max
Tст>tx, то есть tлз>tx.
i
Так как в каждой из рециркуляций старт-импульс последовательно расширяется на величину (m×τ), то имеется момент времени tсов когда импульсы tст и tсп совпадут.
сп
Момент времени (tсов) совпадения регистрируется дополнительным D-триггером 12 и процесс рециркуляций в рециркуляторах старт- и стоп-импульсов прекращается, а в счетчике импульсов 5 фиксируется число рециркуляции n стоп-импульса, которое соответствует грубой цифровой оценке временного интервала длительностью tx.
Одновременно в регистре памяти, выполненным на D-триггерах 11.1÷11.m, в момент времени tсов осуществляется фиксация импульсных последовательностей, снимаемых с отводов m - отводной линии задержки 10. Число отводов η (область изменения η ∈ [1÷m]), импульсные последовательности с которых не были зафиксированы в регистре памяти, будет представлять цифровое, уточнение грубой цифровой оценки ВИ длительностью tx.
Таким образом, предлагаемый нониусный рециркуляционный преобразователь время - код в начале грубо, с дискретностью (m×τ), а затем точно, с дискретностью τ, осуществляет преобразование ВИ длительностью tx в цифровой код.
При этом функция преобразования описывается выражением:
x
сп
t=2n* × m×τ+ητ+tст,
O
O
Принимая tст=N×τ, где N - цифровое значение калиброванного значения длительности старт-импульса tст, которое определяется в процессе настройки преобразователя.
x
сп
O
t={2n* × m×τ+N+η}τ=N×τ.
сп
сп
Алгебраическая операция получения значения 2n* технически осуществляется путем добавления младшего разряда со значением разряда «логический ноль» к подсчитанному цифровому значению n*
Определение цифрового результата преобразования N, производится в арифметическом логическом устройстве, которое на Фигуре условно не показано.
max
сп
сп
Время преобразования предлагаемого преобразователя Тпр≥tx+n*Т.
В то время как время преобразования преобразователя - прототипа
п
max
сп
сп
Тпр≥tx+nТ.
сп
сп
Так как n=2n*, то есть предлагаемый преобразователь имеет в два раза меньшее число рециркуляций стоп-импульса, то он обладает и меньшим в два раза временем преобразования.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое техническое решение имеет в два раза более высокое быстродействие, то есть цель изобретения - повышение быстродействия преобразования достигнута.
Литература.
1. Мелешко Е.А. Интегральные схемы в нониусной ядерной электронике. - Изд. 2-е, доп. М.: атомиздат, 1987, - с. 146÷147, рис. 3.15.