ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ НОНИУСНЫЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ В ЦИФРОВОЙ КОД
WIDE-RANGE VERNIER RECIRCULATING CONVERTER OF TIME INTERVALS TO DIGITAL CODE

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения преобразователей время-код коротких одиночных временных интервалов (ВИ), заданных старт- и стоп-импульсами.
Известен преобразователь (аналог), имеющий один рециркулятор, используемый для рециркуляции старт- и стоп-импульсов и образованный первой схемой ИЛИ, выход которой подключен через первую линию задержки к первому входу второй схемы ИЛИ и через вторую линию задержки ко второму входу второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входом первой схемы ИЛИ и через делитель импульсов со счетным входом счетчика импульсов, а шина вход преобразователя подключена ко второму входу первой схемы ИЛИ [1].
Недостатком данного преобразователя является низкое быстродействие преобразования, обусловленное тем, что период рециркуляции должен удовлетворять условию
(где
- наибольшее значение длительности преобразуемого ВИ).
сп
ст
Известен широкодиапазонный нониусный преобразователь (прототип), содержащий два рециркулятора, один из которых служит для рециркуляции старт-импульса с периодам
(рециркулятор старт-импульса), а второй - стоп-импульса с периодам Т=Т-τ (рециркулятор стоп-импульса) преобразуемого ВИ, причем каждый из рециркуляторов содержит схему ИЛИ, первый вход которой соединен с входной шиной преобразователя, выход - с первым входом схемы И, выход которой 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, первый вход которого подключен к выходу схемы ИЛИ 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 [2].
Недостатком данного преобразователя является также низкое быстродействие преобразования.
Целью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия преобразования.
Поставленная цель достигается тем, что в рециркуляторе старт-импульса длительность старт-импульса в каждой из рециркуляции начиная с момента появления стоп-импульса последовательно расширяется на калиброванную величину длительности до тех пор, пока не произойдет их совпадение со стоп-импульсом, рециркулирующим в рециркуляторе стоп-импульса без изменения своей исходной длительности.
На Фиг.1 приведена функциональная схема широкодиапазонного нониусного рециркуляторного преобразователя временных интервалов в цифровой код, а на Фиг.2 - временные диаграммы его работы.
Широкодиапазонный нониусный рециркуляционный преобразователь временных интервалов в цифровой код содержит рециркулятор старт-импульса и рециркулятор стоп-импульса, причем рециркулятор старт-импульса содержит схему ИЛИ 1 первый вход которой соединен с шиной 2 «Старт-импульс» преобразователя и с S-входом RS-триггера 3, прямой выход которого подключен к первому входу первой схемы И 4, инверсный - к первому входу второй схемы И 5, выход которой соединен с третьим входом схемы ИЛИ 1 и через дополнительную линию задержки 6 со вторым входом схемы ИЛИ 1, четвертый вход которой подключен к выходу первой схемы И 4 и к счетному входу первого счетчика импульсов 7, выход к первому входу третьей схемы И 18, выход которой соединен с С-входом D-триггера 9 и через линию задержки старт-импульса 10 со вторыми входами первой 4 и второй 5 схем И, а рециркулятор стоп-импульса содержит схему ИЛИ 11, первый вход которой подключен к шине 12 «Стоп-импульс» преобразователя и R-входу RS-триггера 3, а выход к первому входу схемы И 13, выход которой соединен со счетным входом второго счетчика импульсов 14, с D-входом D-триггера 9 и через линию задержки 15 стоп-импульса со вторым входом схемы ИЛИ 11 а второй вход - ко второму входу третьей схемы И 8 и к инверсному выходу D-триггера 9, R-вход которого соединен с управляющими входами первого 7 и второго 14 счетчиков импульсов и с шиной 16 «Управление» преобразователя.
Рассмотрим работу предлагаемого преобразователя.
Перед началом преобразования сигналом управления, подаваемого на шину 16 «Управление» преобразователя, посредством D-триггера 9, третьей схемы И 8 и схемы И 13 осуществляется открытие рециркуляторов старт- и стоп-импульсов и установка первого 7 и второго 14 счетчиков импульсов в исходное состояние.
При поступлении старт-импульса RS-триггер 3 переключается, вторая схема И 5 закрывается, а первая схема И4 открывается и в рециркуляторе старт- импульса начинается процесс рециркуляции старт-импульса.
x
Старт- и стоп-импульсы, соответствующие началу и концу преобразуемого ВИ длительностью t, должны иметь калиброванные длительности, соответственно
и
, где
,
- суммарное время переключения логических элементов соответственно рециркулятора старт-импульса (схема ИЛИ 1, первая 4 или вторая 5 схема И и схема И 8) и рециркулятора стоп-импульса (схема ИЛИ 11 и схема И 13), а τ - калиброванная длительность, представляет собой дискретность преобразования и задается временем задержки дополнительной линии задержки 6.
ст
ст
До момента поступления на шину 12 преобразователя стоп-импульса на выходе третьей схемы И 8 рециркулятора старт-импульса вырабатывается последовательность старт-импульсов t, с периодом Т (см. Фиг.2, диаграммы б, ж).
ст
Величина Т задается временем задержки
линии задержки 10 рециркулятора старт-импульса, то есть
.
x
Первый счетчик импульсов 7 фиксирует число импульсов
периодической последовательности старт-импульсов, заполнивших ВИ длительностью t (см. Фиг.2, диаграмма ж).
ст
ст
ст
ст
С приходом на шину 12 стоп-импульса RS-триггера 3 переключается (см. Фиг.2, диаграмма д), первая схема И 4 закрывается, а вторая схема И 5 открывается. С этого момента времени рециркулятор старт-импульсов начинает вырабатывать периодическую последовательность старт-импульсов t с периодом также Т, но с последовательно возрастающей длительностью импульсов t в каждой из рециркуляции, то есть
, где i=1, 2, 3,…, N - порядковый номер рециркуляции в рециркуляторе старт-импульса с момента прихода на шину 12 стоп-импульса (см.Фиг 2, диаграмма б).
В то же время стоп-импульс рециркулирует в рециркуляторе стоп-импульса с периодом рециркуляции
(
- время задержки линии задержки 15 стоп-импульса), но при этом его исходная длительность остается неизменной, т.е.
, (см. Фиг.2, диаграмма в).
сп
ст
Для обеспечения условия работоспособности преобразователя в диапазоне
необходимо строгое выполнение условий Т=Т-τ (или
и
.
сп
Так как период рециркуляции рециркулятора старт-импульса больше периода рециркуляции рециркулятора стоп-импульса на величину τ, то в каждой из рециркуляций импульсы
. на выходе третьей схемы И 8 и импульсы t на выходе схемы И 13 приближаются друг к другу по времени на величину 2τ до тех пор, пока через
рециркуляции не совпадут.
сп
сп
В момент совпадения импульсов
и t D-триггер 9 переключается по своему инверсному выходу и закрывает рециркуляторы, то есть процесс рециркуляции в них прекращается (см. Фиг.2, диаграмма г). Число рециркуляции n регистрируется вторым счетчиком импульсов 14 (см. Фиг.2, диаграмма з).
Функция преобразования рассматриваемого преобразователя имеет вид
x
ст
ст
сп
ст
t=nТ+(nτ+t).
ст
ст
0
При Т=Nτ,
, (где N - цифровая величина суммарного времени переключения логических элементов рециркулятора стоп-импульсов, которая определяется в процессе настройки преобразователя),
x
ст
ст
сп
0
t={nN+n+(N+1)}τ.
0
сп
0
Значение (N+1) целесообразно записывать во второй счетчик импульсов 14 перед началом преобразования сигналом управления, подаваемого на шину 16 "Управление" преобразователя. В этом случае по окончании процесса преобразования во втором счетчике импульсов 14 будет зафиксировано число, равное (n+N+1).
Время преобразования рассмотренного преобразователя
,
в то время как в случае преобразователя прототипа
,
пр
сп
сп
то есть предлагаемый широкодиапазонный нониусный рециркуляционный преобразователь временных интервалов в цифровой код имеет на Т-Т=NT меньшее время преобразования чем преобразователь-прототип.
Таким образом, цель изобретения - повышение быстродействия преобразования - достигнута.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №654932, кл. G04F 10/00.
2. Мелешко Е.А. Наносекундная электроника в экспериментальной физике. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.143, рис.5.11.