CS261664B1

CS261664B1 - Time interval convertor into digit information

Info

Publication number: CS261664B1
Application number: CS874528A
Authority: CS
Inventors: Marian Ing Boledovic
Original assignee: Marian Ing Boledovic
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS452887A1

Abstract

Riešenie sa týká prevodníka časového intervalu na číslicový údaj. Výstup z generátora signálu je připojený na prvý vstupný komparátor, ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napáťového zdroja. Výstup vstupného komparátora je cez prvý synchronizačný obvod spojený s prvým generátorom pilového napátia, ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napáťového zdroja a výstup je připojený na vstup prvého komparátora pilového napátia, pričom druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napáťového zdroja. Výstup prvého komparátora pilového napátia je připojený na vstup detektore priority. Výstup z raeraného objektu je připojený cez druhý vstupný komparátor, druhý synchronizačný obvod, druhý generátor pilového napátia a druhý komparátor pilového napátia spojený s detektorom priority, ktorý je spojený s riadiacou jednotkou.The solution relates to a time interval converter to the numerical data. Generator output signal is connected to the first input a comparator whose second input is connected to a programmable voltage output source. Output comparator output is through the first synchronization circuit coupled to the first saw tension generator whose second input is connected to programmable voltage source output and the output is connected to the first input saw blade comparator, the second one the input is connected to the programmable output voltage source. First output the saw voltage comparator is connected to input a priority detector. Output from raeraná the object is connected through the second input comparator, second sync circuit second saw tension generator a a second saw voltage comparator coupled with a priority detector that is connected with the control unit.

Description

Vynález sa týká prevodníka časového intervalu na číslicový údaj.The invention relates to a time-to-digital converter.

Podobné elektronické systémy na meranie časových intervalov používané doteraz, vyožívajú na vyhodnotenie časového intervalu vzorkovacie osciloskopy. Hlavnou nevýhodou týchto zariadení okrem technickej náročnosti je nevyhnutnosť 1'udskej obsluhy na vyhodnotenie nameranej veličiny, teda malá možnost automatizácie a urýchlenia meracieho procesu a ďalej obmedzené možnosti autokalibrácie. Obyčajne sú to jednoúčelové samostatné zariadenia velkých rozmerov, ktoré nemožno zařadit do retazca dalších meracích prístrojov a očakávať spoluprácu.Similar electronic time interval measurement systems used hitherto use sampling oscilloscopes to evaluate the time interval. The main disadvantage of these devices in addition to the technical complexity is the necessity of the human operator to evaluate the measured quantity, thus the low possibility of automation and acceleration of the measuring process and further limited possibilities of autocalibration. Usually they are single-purpose stand-alone devices of large dimensions, which cannot be added to the chain of other measuring instruments and expect cooperation.

Podstata zapojenia prevodníka časového intervalu na číslicový údaj podlá vynálezu spočívá v tom, že výstup z generátora měrného signálu je připojený na jeden vstup prvého vstupného komparátora, ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napaťového zdroja.The principle of the connection of the time-to-digital converter according to the invention is that the output of the measurement signal generator is connected to one input of the first input comparator, the second input of which is connected to the output of a programmable power supply.

Výstup prvého vstupného komparátora je. připojený na prvý vstup prvého synchronizačného obvodu, ktorého riadiace vstupy sú připojené na riadiace výstupy riadiacej jednotky. Výstup prvého synchronizačného obvodu je připojený na vstup prvého generátora pilového napatia, ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napaťového zdroja. Výstup prvého generátora pilového napatia je připojený na jeden vstup prvého komparátora pilového napatia. ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napaťového zdroja.The output of the first input comparator is. connected to the first input of the first synchronization circuit, whose control inputs are connected to the control outputs of the control unit. The output of the first synchronization circuit is connected to the input of the first saw voltage generator, the second input of which is connected to the output of the programmable power supply. The output of the first saw voltage generator is connected to one input of the first saw voltage comparator. whose second input is connected to the output of a programmable power supply.

Výstup prvého komparátora pilového napatia je připojený na prvý vstup detektore priority.The output of the first saw voltage comparator is connected to the first input of the priority detector.

Výstup z meraného objektu je připojený na prvý vstup druhého vstupného komparátora, ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napaťového zdroja.The output of the measured object is connected to the first input of the second input comparator, the second input of which is connected to the output of the programmable power supply.

Výstup druhého vstupného komparátora je připojený na prvý vstup druhého synchronizačného obvodu, ktorého riadiace vstupy sú připojené na riadiace výstupy rnikropočítača.The output of the second input comparator is connected to the first input of the second synchronization circuit, whose control inputs are connected to the control outputs of the microcomputer.

Výstup druhého synchronizačného obvodu ie připojený na vstup druhého generátora pilového napatia, ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napaťového zdroja.The output of the second synchronization circuit is connected to the input of the second saw voltage generator, the second input of which is connected to the output of the programmable power supply.

Výstup druhého uenerátora pilového napatia je připojený na jeden vstup druhého komparátora pilového napatia, ktorého druhý vstup je připojený na výstup programovatelného napaťového zdroja.The output of the second saw voltage generator is connected to one input of the second saw voltage comparator, the other input of which is connected to the output of the programmable power supply.

Výstup druhého komparátora pilového napatia je připojený na druhý vstup detektora priority.The output of the second saw voltage comparator is connected to the second input of the priority detector.

Výstup detektora priority je připojený na vyhodnocovací vstup riadiacej jednotky.The output of the priority detector is connected to the evaluation input of the control unit.

Zapojenie umožňuje prácu bez Tudskej obsluhy, urýchluje a skvalitňuje proces merania — teda může tvořit výkonnú jednotku v automatizovanom meracom pracovisku, napr. na meranie dynamických parametrov diskrétnych alebo integrovaných polovodičových prvkov.The wiring enables work without the human operator, speeds up and improves the measurement process - thus it can form a powerful unit in an automated measuring workplace, eg. for measuring dynamic parameters of discrete or integrated semiconductor devices.

Toto- zapojenie umožňuje, aby celé meranie prebiehalo podlá programu uloženého v památi riadiacej jednotky, ktorý možno modifikovat požiadavkami obsluhy, ďalej záznam a statistické spracovanie nameraných výsledko-v.This connection allows the whole measurement to be carried out according to a program stored in the memory of the control unit, which can be modified by the operator's requirements, as well as the recording and statistical processing of the measured results.

Převodník časového intervalu na údaj podlá vynálezu je oproti íným riešeniam obvodovo jednoduchý, výkonný a pohotový, vdáka použitiu mikropočítače vo funkcii riadiacej jednotky dosahuje velkú funkčnú variabilitu — umožňuje jednoduché, přesné a opakovatelné prispůsobenie sa podmienkam merania, volbu rozsahu a polarity meranej veličiny, počet meraní, atď. Důležitou vlastnbsťou, kto-rá umožňuje konstruovat převodník nielen z najkvalitnejších a vyberaných súčiastok je možnost autokalibrácie pomocou dvoch normálov — zdroja refe renčného napatia a kryštálom riadeného generátora impulzov.The converter of the time interval to the data according to the invention is in comparison with other solutions circumferentially simple, powerful and quick, thanks to the use of microcomputer in the function of the control unit achieves a great functional variability - enables simple, accurate and repeatable adaptation to measuring conditions, selection of range and polarity , etc. An important feature that allows the converter to be constructed not only of the highest quality and selected components is the possibility of autocalibration using two standards - a reference voltage source and a crystal-controlled pulse generator.

Symetrická konštrukcia prevodníka časového intervalu na údaj tiež výrazné vplýva na potlačenie vonkajších rušivých vplyvov na výslednú kvalitu a stabilitu merania.The symmetrical design of the time-to-data converter also significantly affects the suppression of external disturbances on the resulting quality and stability of the measurement.

Zapojenie prevodníka časového intervalu na číslicový údaj podlá vynálezu je názorné vysvětlené pomocou blokovej schémy na výkrese.The connection of the time interval converter to the numerical data according to the invention is illustrated by means of a block diagram in the drawing.

Zapojenie obsahuje dva kanály — kanál priradený generátoru měrného signálu a prlradený generátoru měrného signálu a kanál priradený meranému objektu. Oba kanály sú konstrukčně identické a majú rovnaké přenosové charakteristiky.The connection contains two channels - the channel assigned to the measuring signal generator and assigned to the measuring signal generator and the channel assigned to the measured object. Both channels are structurally identical and have the same transmission characteristics.

Výstup z generátora měrného signálu 1 je připojený na jeden vstup 111 prvého vstupného komparátora 11, ktorého druhý vstup 112 je připojený na výstup 4112 programovatelného napáťového zdroja 411, ďalej výstup 113 prvého vstupného- komparátora 11 je připojený na prvý vstup 121 prvého synchronizačného obvodu 12, ktorého riadiace vstupy 122 sú připojené na riadiace výstupy 512 riadiacej jednotky 51 a výstup 123 prvého synchronizačného obvodu 12 je připojený na vstup 131 prvého generátora pilového napatia 13, ktorého· druhý vstup 132 je připojený na výstup 4132 programovatelného napaťového zdroja 413, ďalej výstup 133 prvého generátora pilového napatia 13 je připojený na jeden vstup 141 prvého komparátora pilového napatia 14, ktorého druhý vstup 142 je připojený na výstup 4142 programovatelného napaťového zdroja 414, pričom výstup 143 prvého komparátora pilového napatia 14 je připojený na prvý vstup 311 detektora priority 31.The output of the measurement signal generator 1 is connected to one input 111 of the first input comparator 11, the second input 112 of which is connected to the output 4112 of the programmable power supply 411, and the output 113 of the first input-comparator 11 is connected to the first input 121 of the first synchronization circuit 12. whose control inputs 122 are connected to the control outputs 512 of the control unit 51 and the output 123 of the first synchronization circuit 12 is connected to the input 131 of the first saw voltage generator 13, whose second input 132 is connected to the output 4132 of the programmable power supply 413; the saw voltage generator 13 is connected to one input 141 of the first saw voltage comparator 14, whose second input 142 is connected to the output 4142 of the programmable power supply 414, the output 143 of the first saw voltage comparator 14 is connected to the first input 311 of the detector and priorities 31.

Výstup z meraného objektu 2 je připojený na jeden vstup 211 druhého vstupného komparátora 21, ktorého druhý vstup 212 . 5 je připojený na výstup 4212 programovatelného napSťového zdroje 421, ďalej výstup' 213 druhého vstupného komparátora 21 je připojený na prvý vstup 221 druhého synchronizačného 'obvodu 22, ktorého riadiace vstupy 222 sú připojené na riadiace výstupy 512 riadiacej jednotky 51 a výstup 223 druhého synchronizačného obvodu 22 je připojený na vstup 231 druhého generátora pilového napatia 23, ktorého druhý vstup 232 je připojený na výstup 4232 programovatelného napaťového zdroja 423, ďalej výstup 233 druhého generátore pilového napália 23 je připojený na jeden vstup 241 druhého komparátora pilového napatia 24, ktorého druhý vstup 242 je připojený na výstup . 4242 programovatelného napaťového zdroja 424, pričom výstup 243 druhého komparátora pilového napatia 24 je připojený na druhý vstup 312 detektora priority 31, pričom výstup 313 detektora priority 31 je připojený na vyhodnocovací vstup 511 riadiacej jednotky 51.The output of the measured object 2 is connected to one input 211 of the second input comparator 21, whose second input 212. 5 is connected to the output 4212 of the programmable power supply 421, the output 213 of the second input comparator 21 is connected to the first input 221 of the second synchronization circuit 22, whose control inputs 222 are connected to the control outputs 512 of the control unit 51 and the output 223 of the second synchronization circuit. 22 is connected to the input 231 of the second saw voltage generator 23, whose second input 232 is connected to the output 4232 of the programmable power supply 423, further the output 233 of the second saw voltage generator 23 is connected to one input 241 of the second saw voltage comparator 24. it is connected to the output. 4242 of the programmable power supply 424, wherein the output 243 of the second saw voltage comparator 24 is connected to the second input 312 of the priority detector 31, and the output 313 of the priority detector 31 is connected to the evaluation input 511 of the control unit 51.

Na vstupe prvého kanálu je prvý vstupný komparátor 11, ktorý vyhodnocuje přechod napaťového priebehu generátora měrného signálu 1 cez napaťovú úroveň, nastaveni! na programovatelnou! napaťovom zdroji 411. Výstup 113 prvého vstupného komparátora 11 je připojený na vstup 121 prvého synchronizačného obvodu 12, ktorý zabezpečuje synchronizáciu na nábežnú alebo dobežnú hranu vstupného impulzu, připadne pamaťový režim v případe velmi krátkých impulzov.At the input of the first channel is a first input comparator 11, which evaluates the transition of the voltage waveform of the measurement signal generator 1 through the voltage level, the setting! to programmable! The output 113 of the first input comparator 11 is connected to the input 121 of the first synchronization circuit 12, which provides synchronization to the leading or coasting edge of the input pulse, or memory mode in the case of very short pulses.

Výstup 123 prvého synchronizačného obvodu 12 ovládá prvý generátor pilového napátia 13. S nábežnou hranou vstupného impulzu 131 začína prvý generátor pilového napatia 13 vytvárať pilové napatie s definovanou strmosťou narastania. Strmost' narastania možno určiť hodnotou napaťovej úrovně programovatelného napaťového zdroja 413. Narastanie má po překročení pracovného rozsahu kladné obmedzenie. S ddbežuou hranou vstupného impulzu 131 začína napatie klesať s definovanou strínostou klcsania. Klosanío má po překročení pracovného rozsahu záporné obmedzenie. Z vytvořeného priebehu sa využívá len tá časť, kedy napatie narastá. Tento režim zabezpečuje prvý synchronlzačný obvod 12. Prvý komparátor pilového napatia 14 vyhodnocuje přechod narastajúceho napatia cez napaťovú úroveň nastavenú na programovatelném zdroji 414. Definovanou změnou napaťovej úrovně na programovatefnom napaťovom zdroji 414 dosiahneme definované časové oneskorenie výstupu 143 prvéh komparátora pilového napatia 14.The output 123 of the first synchronization circuit 12 controls the first saw voltage generator 13. With the leading edge of the input pulse 131, the first saw voltage generator 13 begins to generate a saw voltage with a defined steepness. The steepness of the increase can be determined by the voltage level value of the programmable voltage source 413. The increase has a positive limitation upon exceeding the operating range. With the long edge of the input pulse 131, the voltage begins to decrease with a defined slip stiffness. Klosanío has a negative restriction after working range. From the created course, only the part where the tension increases. This mode provides the first synchronization circuit 12. The first saw voltage comparator 14 evaluates the transition of the increasing voltage through the voltage level set on the programmable power supply 414. By defining the voltage level on the programmable power supply 414, a defined time delay of output 143 of the first saw voltage comparator 14 is achieved.

Na vstupe druhého kanálu je druhý vstupný komparátor 21, ktorý vyhodnocuje přechod napaťového priebehu z meraného obvodu 2 cez napaťovú úroveň na programovatefnom napáťovom zdroji 421. Výstup 213 druhého vstupného komparátora 21 je připojený na vstup 221 druhého synchronizač6 ného obvodu 22, ktorý zabezpečuje, synchronizáciu na nábežnú alebo dobežnú hranu vstupného impulzu, připadne pamaťový režim v případe velmi krátkých impulzov. Výstup 223 druhého synchronizačného· obvodu 22 ovládá druhý generátor pilového napatia 23. S nábežnou hranou vstupného impulzu 231 začína druhý generátor pilového napatia 23 vytvárať pilové napatie s definovanou strmosťou narastania. Strmost narastania možno určiť hodnotou napaťovej úrovně programovatelného napaťového zdroja 423. Narastanie má po překročení pracovného rozsahu kladné obmedzenie. S dobežnou hranou vstupného impulzu 231 začína napatie klesať s definovanou strmosťou klesania. Klesanie má po překročení pracovného rozsahu záporné obmedzenie.At the input of the second channel is a second input comparator 21 which evaluates the transition of the voltage waveform from the measured circuit 2 through the voltage level at the programmable power supply 421. The output 213 of the second input comparator 21 is connected to the input 221 of the second synchronization circuit 22. the leading or running edge of the input pulse, or memory mode in the case of very short pulses. The output 223 of the second synchronization circuit 22 controls the second saw voltage generator 23. With the leading edge of the input pulse 231, the second saw voltage generator 23 begins to generate a saw voltage with a defined steepness. The steepness of the build-up can be determined by the voltage level value of the programmable power supply 423. The build-up has a positive limitation upon exceeding the operating range. With the coasting edge of the input pulse 231, the voltage begins to decrease with a defined slope. Decreasing has a negative limit after working range.

Z vytvořeného priebehu sa využívá len tá časť, kedy napatie narastá. Tento režim zabezpečuje druhý synchronizačný obvod 22. Druhý komparátor pilového napátia 24 vyhodnocuje přechod narastajúceho napatia cez napaťovú úroveň nastavenú na programovatefnom napaťovom zdroji 424. Definovanou změnou napaťovej úrovně na programovatefnom napaťovom zdroji 424 dosiahneme definované časové oneskorenie výstupu 243 druhého komparátora pilového napatia 24.From the created course, only the part where the tension increases. This mode provides the second synchronization circuit 22. The second saw voltage comparator 24 evaluates the transition of the increasing voltage through the voltage level set on the programmable power supply 424. By a defined change in the voltage level on the programmable power supply 424, a defined time delay of output 243 of the second saw comparator 24 is achieved.

Výstup 143 prvého kanálu a výstup 243 druhého kanálu sú vstupmi 311 a 312 detektora priority 31, ktorý vyhodnocuje nábežné hrany výstupov kanálov 143 a 243 c určuje, ktorá hrana přišla skůr.The output of the first channel 143 and output of the second channel are inputs 311 and 312 of the priority detector 31, which evaluates the leading edges of the outputs of the channels 143 and 243c to determine which edge the skins have come.

Ak privedieme ten istý signál na oba kanály, nastavíme rovnaké podmienky v· oboch kanáloch — výstupy 143 a 243 kanálov budú prichádzať na detektor priority 31 súčasne. Tento stav zabezpečuje prvá časť autokalibrácie — nastavenie nuly. Ak privedieme kalibračný signál o presne definovanej šírke impulzu, prvý kanál zasynchronizujeme na nábežnú hranu a druhý kanál zasynchronizujeme na dobežnú hranu, výstup 243 bude prichádzať na detektor priority 31 oneskorený voči výstupu 143 o šířku kalibračného· impulzu. Zvyšováním hodnoty výstupného napatia programovatelného· napaťového zdroja 414 oneskorujeme výstup 143 prvého kanálu až dosiahneme súčasný příchod výstupov 143 a 243 na detektor priority 31.If we apply the same signal to both channels, we set the same conditions in both channels - the 143 and 243 channel outputs will come to the priority 31 detector simultaneously. This state is provided by the first part of the autocalibration - zero setting. If a calibration signal of precisely defined pulse width is applied, the first channel is synchronized to the leading edge and the second channel is synchronized to the coasting edge, output 243 will arrive at the priority detector 31 delayed to output 143 by the calibration pulse width. By increasing the output voltage of the programmable power supply 414, we delay the first channel output 143 until simultaneous arrival of the outputs 143 and 243 to the priority 31 detector.

Hodnota, o ktorú sme změnili napatie na programovatelnom napaťovom zdroji 414 zodpovedá šírke kalibračného impulzu. Súhlas týchto hodnot zabezpečuje druhá časť autokalibrácie — nastavenie maxima.The value by which we changed the voltage at the programmable power supply 414 corresponds to the width of the calibration pulse. Agreement of these values is ensured by the second part of the autocalibration - maximum setting.

Samotné meranie spočívá vo vyrovnaní oneskorení medzi kanálmi, ktoré odpovedá šírke meraného impulzu. Stav vyrovnania oneskorenia medzi kanálmi nám signalizuje svojim výstupom detektor priority. Velkost změny napatia programovatelného· napáťového zdroja 414 je číslicový údaj, ktorý je po ukončení merania zobrazený, ale261664 bo zaznamenaný do památi ako výstupná nameraná veličina.The measurement itself consists in equalizing the delay between the channels, which corresponds to the width of the measured pulse. The delay offset between channels is signaled by a priority detector. The magnitude of the change in voltage of the programmable power supply 414 is a digital value that is displayed after the measurement is completed, but is recorded in memory as an output measured quantity.

Převodník časového intervalu na číslicový údaj možno využit okrem popisovaného použitia v meracej technike aj ako jednotku programovatelného oneskorenia, ktorá z jedného vstupu — pri spojení vstupov jedného vstupu — pri spojení vstupov kanálov do jedného bodu — dává dva navzájom nezávisle programovatelné oneskorovacie výstupy, ďalej ako stavebný blok generátorov impulzov, kde sa využije vynikajúca prírastková schopnost plynulého programovania oneskorenia hrany impulzu.The time-to-digital converter can also be used as a programmable delay unit which, from one input - when connecting inputs of one input - when connecting inputs of channels to one point - gives two independently programmable delay outputs, further as construction a pulse generator block utilizing the excellent incremental capability of continuous pulse edge delay programming.

Claims

SUBJECT

The time-to-digital converter is characterized in that the output of the measurement signal generator (1j is connected to one input (111) of the first input comparator (11), the second input (112) of which is connected to the output (4112) of the programmable power supply. 411), the output (113) of the first input comparator (11) is connected to the first input (121) of the first synchronization circuit (12), whose control inputs (122) are connected to the control outputs (512) of the control unit (51) and output (123) of the first synchronization circuit (12) is connected to the input (131) of the first saw voltage generator (13), the second input (132) of which is connected to the output (4132) of the programmable power supply (413); a saw voltage generator (13) is connected to one input (141) of a first saw voltage comparator (14), the second input (142) of which is connected to an output (4142) of a programmable a voltage source (414) wherein the outputs (143) of the first saw voltage comparator (14) are connected to the first input (311) of the priority detector (31), further output from the measured object (2j)

OF THE INVENTION is connected to one input (211) of the second input comparator (21), the second input (212) of which is connected to the output (4212) of the programmable power supply (421), the output (213) of the second input comparator (21) a first input (221) of the second synchronization circuit (22) whose control inputs (222) are connected to the control outputs (512) of the control unit (51) and the output (223) of the second synchronization circuit (22) is connected to the input (231) of the second a saw voltage generator (23) having a second input (232) connected to an output (4232) of a programmable power supply (423), an output (233) of a second saw voltage generator (23) connected to one input (241) of a second saw comparator the second input (242) is connected to the output (4242) of the programmable power supply (424), the output (243) of the second saw voltage comparator (24) is connected The output (313) of the priority detector (31) is connected to the evaluation input (511) of the control unit (51).