CZ20032393A3 - Zařízení pro měření časových intervalů - Google Patents

Zařízení pro měření časových intervalů Download PDF

Info

Publication number
CZ20032393A3
CZ20032393A3 CZ20032393A CZ20032393A CZ20032393A3 CZ 20032393 A3 CZ20032393 A3 CZ 20032393A3 CZ 20032393 A CZ20032393 A CZ 20032393A CZ 20032393 A CZ20032393 A CZ 20032393A CZ 20032393 A3 CZ20032393 A3 CZ 20032393A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
input
output
sample
coupled
analog
Prior art date
Application number
CZ20032393A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ294292B6 (cs
Inventor
Petr Ing. Csc. Pánek
Original Assignee
Petr Ing. Csc. Pánek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Petr Ing. Csc. Pánek filed Critical Petr Ing. Csc. Pánek
Priority to CZ20032393A priority Critical patent/CZ20032393A3/cs
Priority to US10/923,054 priority patent/US7057978B2/en
Publication of CZ294292B6 publication Critical patent/CZ294292B6/cs
Publication of CZ20032393A3 publication Critical patent/CZ20032393A3/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04FTIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)

Description

Zařízení pro měření časových intervalů
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení, které umožňuje přesné měření časových intervalů.
Dosavadní stav techniky
Obsáhlý přehled tradičních metod přesného měření časových intervalů je uveden například v článku: Porat D.I.: Review of sub-nanosecond time-interval measurements. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 20, No. 5, pp. 36-51.
Nejběžnější metodou měření časových intervalů je použití čítače referenčního hodinového signálu. Dynamický rozsah měřeného intervalu roste s délkou čítače až exponenciálně a není prakticky omezen. Rozlišení této metody je určeno kmitočtem referenčního hodinového signálu, který je omezen především rychlostí číslicových obvodů čítače. Z tohoto důvodu rozlišení čítače zpravidla nepřesahuje 1 ns. Přesnost měření je určena přesností kmitočtu referenčního hodinového signálu. Vzhledem k velkému dynamickému rozsahu a dobré integrální linearitě jsou číslicové čítače, s výjimkou měření velmi krátkých časových intervalů, základem všech používaných metod. Jejich rozlišení se však vhodným způsobem zvyšuje.
Jednoduchou metodou zvýšení rozlišení je použití několika synchronních fázově posunutých hodinových signálů přivedených do několika čítačů. Přesnost této metody je omezena přesností a stabilitou vzájemného fázového posunu mezi jednotlivými hodinovými signály.
Významného zvýšení rozlišení čítače se dosahuje pomocí analogového interpolátoru, který pracuje na principu měření přírůstku napětí na integrátoru nabíjeného po dobu měřeného intervalu. Interpolátor zajišťuje změření krátkých intervalů od začátku měřeného intervalu do nejbližšího hodinového impulsu a od konce měřeného intervalu do nejbližšího hodinového impulsu. Často se používá jednoduchý integrační interpolátor, který převádí měření přírůstku napětí na měření doby potřebné k vybití integrátoru a nevyžaduje tedy samostatný analogově-číslicový převodník. Vzhledem k značné teplotní nestálosti časové konstanty integrátoru musí být integrační interpolátor průběžně kalibrován. Jeho přesnost je omezena šumem a rušením v obvodech integrátoru a nelinearitou integrátoru.
Další interpolační metody vycházejí z principu nonia. Tyto metody zpravidla využívají pomocných oscilátorů spouštěných na začátku a na konci měřeného intervalu. Kmitočet pomocných oscilátorů je mírně odchýlen od kmitočtu referenčního hodinového signálu. Interpolace se provádí na základě měření doby od spuštění pomocného oscilátoru do dosažení fázové shody s referenčním hodinovým signálem. Rozlišení je nepřímo úměrné kmitočtové odchylce pomocných oscilátorů. Přesnost je omezena především nestálostí kmitočtu a fázovými fluktuacemi spouštěných pomocných oscilátorů.
V poslední době zaznamenaly značný rozvoj interpolační metody založené na sledování šíření impulsu po zpožďovací lince. Podstata těchto metod a některé způsoby jejich využití jsou popsány např. v článku: Rahkonen, T.E. et al.: The use of stabilized CMOS delay lineš for the digitization of short time intervals. IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 28, No. 8, pp. 887-894 nebo v článku: Mota, M. et al.: A high-resolution time i nterpolator b ased ona Delay Locked Loop and an RC delay line. IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 34, No. 10, pp. 1360-1366. Princip využití zpožďovací linky je následující. Na vstup zpožďovací linky složené z mnoha shodných elementů jsou přivedeny impulsy. Na začátku a na konci měřeného intervalu se odečtou logické úrovně na výstupech jednotlivých elementů. Délka měřeného intervalu se určí z počtu elementů, kterými impuls za měřenou dobu prošel. S ohledem na teplotní závislost zpoždění je většinou nezbytná průběžná kalibrace zpožďovací linky vzhledem k referenčnímu hodinovému signálu. Případně se pomocí PLL nebo DLL udržuje zpoždění dílčích elementů na nominální hodnotě. Při použití PLL je zpožďovací linka zapojena do kruhového oscilátoru. Zpoždění linky se řídí tak, aby kmitočet a fáze kruhového oscilátoru sledovaly referenční hodinový signál. V případě DLL je zpožďovací linka buzena referenčním hodinovým signálem.
Zpoždění linky se řídí tak, aby signál na jejím vstupu byl ve fázi se signálem na jejím výstupu. Rozlišení těchto metod je určeno zpožděním elementů zpožďovací linky. Pokud je zpožďovací linka realizována současnou technologií CMOS, leží obyčejně v řádu 100 ps. Existuje několik způsobů zvýšení rozlišení za tuto hranici. Jednou z možností je opět využití principu nonia. V tomto případě se používají dvě zpožďovací linky s poněkud odlišným zpožděním dílčích elementů a sleduje se, na kterých párových elementech obou zpožďovacích linek nastane koincidence postupujících signálů. Další možností je použití pole zpožďovacích línek buzených různě zpožděným signálem. Toho se dosahuje např. buzením z odboček na další zpožďovací lince stabilizované pomocí DLL nebo zapojením pole do vícefázového kruhového oscilátoru stabilizovaného PLL. Přesnost interpolace pomocí zpožďovací linky je omezena především odchylkami ve zpoždění jednotlivých elementů. Dobré linearity je možné dosáhnout jen při stejném zpoždění všech elementů zpožďovací linky, což vede k požadavku shodné topologie jednotlivých elementů. Uvedenou podmínku je však obtížné při návrhu zpožďovací linky zaručit. Při realizaci kruhové zpožďovací linky to ani není prakticky možné. Dále je přesnost omezena rychlými složkami šumu zpožďovací linky, které nemohou být potlačeny stabilizací DLL nebo PLL.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro měření časových intervalů podle předkládaného vynálezu. Jeho podstatou je, že v jednom základním zapojení sestává ze vstupu pro přívod impulsního signálu propojeného se sériovým řetězcem tvořeným budičem filtru, který je přes filtr s povrchovou akustickou vlnou a přes zesilovač spojen s analogovým vstupem vzorkovacího obvodu. Výstup vzorkovacího obvodu je spojen s analogovým vstupem analogově/číslicového převodníku, jehož výstup je spojen s číslicovým vstupem registru vzorků. Výstup registru vzorků je spojen s prvním vstupem počítače. Vstup je dále přes napěťový komparátor spojen se spouštěcím vstupem řídicího obvodu, jehož jeden zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru čísel vzorků. Výstup registru čísel vzorků je propojen s druhým vstupem počítače. Na číslicový vstup registru čísel vzorků je připojen výstup čítače vzorků. Vstup čítače vzorků je spolu se spouštěcím vstupem analogově/číslicového převodníku, s vzorkovacím vstupem vzorkovacího obvodu a s hodinovým vstupem řídicího obvodu propojen s výstupem zdroje referenčního hodinového signálu. Výstup počítače je výstupem změřených časových intervalů.
V jedné modifikaci je toto první základní zapojení upraveno tak, že vstup pro přívod impulsního signálu je ke vstupu budiče filtru připojen přes přepínač, který je opatřen druhým vstupem pro přívod impulsního signálu a řídicím vstupem, propojeným s přepínacím výstupem řídicího obvodu.
V jiné modifikaci je základní zapojení upraveno tak, že řídicí obvod je opatřen budicím výstupem propojeným s druhým vstupem budiče filtru a zařízení dále sestává ještě z druhé větve. Tato druhá větev je tvořena druhým vstupem pro přívod impulsního signálu propojeným se sériovým řetězcem tvořeným druhým budičem filtru, který je přes druhý filtr s povrchovou akustickou vlnou a přes druhý zesilovač spojen s analogovým vstupem druhého vzorkovacího obvodu. Výstup druhého vzorkovacího obvodu je spojen s analogovým vstupem druhého analogově/číslicového převodníku, který má výstup spojen s číslicovým vstupem druhého registru vzorků. Výstup druhého registru vzorků je spojen s třetím vstupem počítače. Druhý vstup pro přívod impulsního signálu je dále přes druhý napěťový komparátor slpojen se spouštěcím vstupem druhého řídicího obvodu, jehož budicí v/ výstup je spojen s druhým vstupem druhého budiče filtru a dále je jeden jeho zapisovací výstup spojen se zapisovacím vstupem druhého registru vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem druhého registru čísel vzorků. Výstup druhého registru čísel vzorků je propojen se čtvrtým vstupem počítače. Na číslicový vstup druhého registru čísel vzorků je připojen výstup čítače vzorků. Spouštěcí vstup druhého analogově/číslicového převodníku, vzorkovací vstup druhého vzorkovacího obvodu a hodinový vstup druhého řídicího obvodu jsou propojeny s výstupem zdroje referenčního hodinového signálu.
Ve druhém základním provedení zařízení pro měření časových intervalů sestává ze vstupu pro přívod impulsního signálu propojeného přes napěťový komparátor se sériovým řetězcem tvořeným budičem filtru, který je přes filtr s povrchovou akustickou vlnou a přes zesilovač spojen s analogovým vstupem vzorkovacího obvodu. Výstup vzorkovacího obvodu je spojen s analogovým vstupem analogově/číslicového převodníku, který má výstup spojen s číslicovým vstupem registru vzorků, jehož výstup je spojen s prvním vstupem počítače. Výstup napěťového komparátoru je dále spojen se spouštěcím vstupem řídicího obvodu, jehož jeden zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru čísel vzorků. Výstup registru čísel vzorků je propojen s druhým vstupem počítače a na jeho číslicový vstup je připojen výstup čítače vzorků. Vstup čítače vzorků je spolu se spouštěcím vstupem analogově/číslicového převodníku, s vzorkovacím vstupem vzorkovacího obvodu a s hodinovým vstupem řídicího obvodu propojen s výstupem zdroje referenčního hodinového signálu. Výstup počítače je výstupem změřených časových intervalů.
V jedné modifikaci tohoto druhého základního zapojení je napěťový komparátor ke vstupu budiče filtru připojen přes přepínač, na jehož druhý vstup je připojen výstup druhého napěťového komparátoru s druhým vstupem pro přívod impulsního signálu a jehož řídicí vstup je propojen s přepínacím výstupem řídicího obvodu.
Ve druhé modifikaci je zařízení upraveno tak, že řídicí obvod je opatřen budicím výstupem propojeným s druhým vstupem budiče filtru a zařízení dále sestává ještě z druhé větve. Tato druhá větev je tvořena druhým vstupem pro přívod impulsního signálu propojeným přes druhý napěťový komparátor se sériovým řetězcem tvořeným druhým budičem filtru, který je přes druhý filtr s povrchovou akustickou vlnou a přes druhý zesilovač spojen s analogovým vstupem druhého vzorkovacího obvodu. Výstup druhého vzorkovacího obvodu je spojen s analogovým vstupem druhého analogově/číslicového převodníku, jehož výstup je spojen s číslicovým vstupem druhého registru vzorků. Výstup druhého registru vzorků je spojen se třetím vstupem počítače. Výstup druhého napěťového komparátoru je dále spojen se spouštěcím vstupem druhého řídicího obvodu, jehož budicí výstup je spojen s druhým vstupem druhého budiče filtru a dále je jeden jeho zapisovací výstup spojen se zapisovacím vstupem druhého registru vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem druhého registru čísel vzorků. Výstup druhého registru čísel vzorků je propojen s čtvrtým vstupem počítače, na jehož číslicový vstup je připojen výstup čítače vzorků. Spouštěcí vstup druhého analogově/číslicového převodníku, vzorkovací vstup druhého vzorkovacího obvodu a hodinový vstup druhého řídicího obvodu jsou propojeny s výstupem zdroje referenčního hodinového signálu.
Vynález slouží k přesnému měření délky časového intervalu mezi událostmi reprezentovanými impulsními signály. Princip jeho činnosti spočívá v převedení měření časového intervalu na změření posloupnosti vzorků odezvy filtru s povrchovou akustickou vlnou vybuzeného na začátku a na konci měřeného intervalu. Výhodou předkládaného řešení je možnost měřit časové intervaly s vysokou přesností a prakticky neomezeným dynamickým rozsahem a rozlišením. Vysoké přesnosti lze přitom dosáhnout při použití poměrně nízkého hodinového kmitočtu a tedy nepříliš vysokých nárocích na rychlost použitých číslicových obvodů a analogově-číslicového převodníku. Převedení měření časového intervalu na změření posloupnosti mnoha vzorků vede při následném korelačním zpracování k potlačení řady chyb měření. Je možné ukázat, že potlačení chyb způsobených fázovým šumem hodinového signálu a jittrem vzorkovacího obvodu roste s vzorkovacím kmitočtem a s délkou odezvy filtru. Potlačení chyb způsobených kvantováním vzorků v analogově-číslicovém převodníku a aditivním šumem odezvy roste se středním kmitočtem filtru, vzorkovacím kmitočtem a energií odezvy filtru. Při použití filtru s vhodnými parametry, dostatečně vysokého vzorkovacího kmitočtu a vzorkovacího obvodu s malým jittrem je proto možné dosáhnout extrémní přesnosti měření obtížně dosažitelné dosud používanými metodami.
Přehled obrázků na výkresech
Příklady provedení zařízení pro měření časových intervalů podle předkládaného vynálezu jsou schematicky uvedeny na přiložených výkresech. Na obr.1 je blokové schéma prvního základního zapojení, jehož modifikace jsou uvedeny na obr.2 a 3. Obr.4 znázorňuje blokové schéma druhého základního provedení zařízení, jehož modifikace jsou schematicky naznačeny na obr.5 a 6.
Příklady provedení vynálezu
Zařízení na obr. 1, obr. 2 a obr. 3 slouží k měření časového intervalu mezi dvěma impulsními signály, které jsou tvarově shodné nebo podobné, mohou však mít různou velikost. Může se jednat např. o výstup detektoru průletu částic, fotodetektoru záření pulsního laseru nebo detektoru rádiového přijímače.
Na obr.1 je uveden příklad prvního základního zapojení zařízení pro měření časových intervalů. Toto zařízení je tvořeno vstupem 101 pro přívod impulsního signálu, který je propojen se sériovým řetězcem tvořeným budičem 1 filtru, spojeným přes filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou, který má charakter pásmové propusti s impulsní odezvou konečné délky, a přes zesilovač 3 s analogovým vstupem vzorkovacího obvodu 4. Výstup vzorkovacího obvodu 4 je spojen s analogovým vstupem analogově/číslicového převodníku 5, který má výstup spojen s číslicovým vstupem registru 6 vzorků. Výstup registru vzorků 6 je spojen s prvním vstupem počítače IL Vstup 101 je dále přes napěťový komparátor 8 spojen se spouštěcím vstupem řídicího obvodu 9, který má jeden zapisovací výstup spojen se zapisovacím vstupem registru 6 vzorků a druhý zapisovací výstup má spojen se zapisovacím vstupem registru 7 čísel vzorků. Výstup registru 7 čísel vzorků je propojen s druhým vstupem počítače a na jeho číslicový vstup je připojen výstup čítače 10 vzorků. Vstup čítače 10 vzorků, spouštěcí vstup analogově/číslicového převodníku 5, vzorkovací vstup vzorkovacího obvodu 4 a hodinový vstup řídicího obvodu 9 jsou propojeny s výstupem 103 zdroje referenčního hodinového signálu. Výstup 104 počítače 1_1 je výstupem změřených časových intervalů.
Vzorkovací obvod 4 je spouštěn referenčním hodinovým signálem o kmitočtu /s, který je zvolen tak, aby byla splněna podmínka
M + i M kde f0 je střední kmitočet filtru, b je šířka propustného pásma filtru 2 a m je celé číslo z rozsahu
0< M< — ~ — .
B 2
Zároveň s odebráním každého vzorku se inkrementuje čítač vzorků 10. Odebrané vzorky se převádějí analogově/číslicovým převodníkem 5 do číslicového tvaru.
Oba vstupní impulsní signály jsou přivedeny na vstup 101. Po příchodu prvého vstupního impulsního signálu se vybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou a zároveň napěťový komparátor 8 spustí řídicí obvod 9, kfterý zíapíše p osloupnost n vzorků odezvy do registru 6 vzorků. Počet zapsaných vzorků musí splňovat podmínku n > τr/s ' kde tr je délka odezvy filtru 2 s povrchovou akustickou vlnou na vstupní impulsní signál. Řídicí obvod 9 také zapíše z čítače vzorků 10 do registru 7 čísel vzorků pořadové číslo prvního vzorku zaznamenané posloupnosti. Po příchodu druhého vstupního impulsního signálu se znovu vybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou a vzorky odezvy se rovněž zaznamenají do registrů 6 respektive 7. Obě zaznamenané posloupnosti vzorků odezev a pořadová čísla prvních vzorků se poté zpracují počítačem 11.. Vzhledem k výše uvedeným předpokladům lze v počítači 11 na základě konečného počtu vzorků odezev filtru 2 tyto odezvy interpolací jednoznačně rekonstruovat a nalezením maxima vzájemné korelace určit jejich vzájemné posunutí. Tím je určena i délka časového intervalu mezi prvním a druhým impulsním signálem.
K měření časového intervalu mezi dvěma vstupními impulsními signály připojenými na dva vstupy 101 a 102 slouží zapojení podle obr. 2. První i druhý vstup vedou do přepínače 12, který je ovládán řídicím obvodem 9. Zbytek zapojení se neliší od zapojení podle obr. 1. Na začátku měření je přepínač 12 přepnut na první vstup 101.. Po příchodu prvního vstupního impulsního signálu se vybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou a vzorky odezvy se spolu s pořadovým číslem prvního vzorku posloupnosti zaznamenají do registrů 6 respektive 7. Poté řídicí obvod 9 přepne přepínač 12 na dfruhý vjstup 1 02. Po příchodu druhého vstupního impulsního signálu se znovu vjybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou a vzorky odezvy se rovněž zaznamenají do registrů 6 respektive 7. Obě zaznamenané posloupnosti vzorků odezev a pořadová čísla prvních vzorků se zpracují počítačem 11 a určí se délka časového intervalu.
Zapojení podle obr. 1 a obr. 2 se vyznačují tím, že délka měřeného intervalu nesmí být kratší než délka odezvy filtru 2 s povrchovou akustickou vlnou na vstupní impulsní signál. Také musí být zaručena časová souslednost prvního a druhého vstupního impulsního signálu. Zapojení tedy nejsou vhodná k měření velmi krátkých intervalů nebo záporných zpoždění. Uvedená omezení odstraňuje zapojení podle obr. 3, které slouží k měření časového intervalu mezi dvěma vstupními impulsními signály bez jakýchkoli předpokladů o délce časového intervalu a časové souslednosti vstupních signálů.
Toto zařízení opět vychází z prvního základního provedení na obr.1. Nyní je ale řídící obvod 9 ještě opatřen budicím výstupem, který je propojen s druhým vstupem budiče 1 filtru. Zařízení dále sestává ještě z druhé větve tvořené druhým vstupem 102 pro přívod impulsního signálu propojeným se sériovým řetězcem tvořeným druhým budičem 21. filtru, který je přes druhý filtr 22 s povrchovou akustickou vlnou a přes druhý zesilovač 23 spojen s analogovým vstupem druhého vzorkovacího obvodu 24. Jeho výstup je spojen s analogovým vstupem druhého analogově/číslicového převodníku 25, který má výstup spojen s číslicovým vstupem druhého registru 26 vzorků. Výstup druhého registru 26 vzorků je spojen se třetím vstupem počítače IT. Druhý vstup 1 02 pro přívod impulsního signálu je dále přes druhý napěťový komparátor 28 spojen se spouštěcím vstupem druhého řídicího obvodu 29, jehož budicí výstup je spojen s druhým vstupem druhého budiče 21 filtru a dále je jeden jeho zapisovací výstup spojen se zapisovacím vstupem druhého registru 26 vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem druhého registru 27 čísel vzorků. Výstup druhého registru 27 čísel vzorků je propojen se čtvrtým vstupem počítače 1_1 a na jeho číslicový vstup je připojen výstup čítače 10 vzorků. Spouštěcí vstup druhého analogově/číslicového převodníku 25, vzorkovací vstup druhého vzorkovacího obvodu 24 a hodinový vstup druhého řídicího obvodu 29 jsou opět propojeny s výstupem 103 zdroje referenčního hodinového signálu.
Po příchodu prvního vstupního impulsního signálu se vybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou a napěťový komparátor 8 spustí řídicí obvod 9, který zapíše posloupnost « vzorků do registru 6 vzorků. Zároveň řídicí obvod 9 zapíše z čítače 10 vzorků do registru 7 čísel vzorků pořadové číslo prvního vzorku zaznamenané posloupnosti. Po odebrání všech n vzorků řídicí obvod 9 spustí synchronně s referenčním hodinovým signálem budič 1 filtru, který vybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou. Řídicí obvod 9 pak zapíše do registru 6 vzorků dalších n vzorků. Při příchodu druhého vstupního impulsního signálu se vybudí druhý filtr 22 s povrchovou akustickou vlnou a druhý napěťový komparátor 28 spustí druhý řídicí obvod 29, který zapíše posloupnost « vzorků do druhého registru 26 vzorků. Zároveň druhý řídicí obvod 29 zapíše z čítače vzorků 10 do druhého registru 27 čísel vzorků pořadové číslo prvního vzorku zaznamenané posloupnosti. Po odebrání všech n vzorků druhý řídicí obvod 29 spustí synchronně s referenčním hodinovým signálem druhý budič 21 filtru, který vybudí druhý filtr 22 s povrchovou akustickou vlnou. Druhý řídicí obvod 29 pak zapíše do druhého registru 26 vzorků dalších n vzorků. Zaznamenané posloupnosti vzorků odezev a pořadová čísla prvních vzorků se poté zpracují počítačem H a určí se délka časového intervalu.
Začátek a konec měřeného intervalu je často vztažen k určené napěťové úrovni vstupních impulsních signálů. Zapojení, která slouží k měření takto definovaného intervalu jsou na obr. 4, obr. 5 a obr. 6.
Základní zapojení na obr.4 se liší od zapojení na obr. 1 jen tím, že vstup budiče 1 filtru je nyní připojen na výstup napěťového komparátoru 8. Jeho činnost se shoduje s činností zapojení na obr. 1 s tím, že k vybuzení filtru 2 s povrchovou akustickou vlnou a záznamu vzorků odezvy dojde až poté, co vstupní impulsní signál na vstupu 101 překročí spouštěcí úroveň napěťového komparátoru 8.
Zapojení podle obr. 5 slouží k měření časového intervalu mezi vstupními impulsními signály připojenými na dva různé vstupy 101 a 102. První vstup 104 je přiveden na napěťový komparátor 8. Druhý vstup 102 je přiveden na druhý napěťový komparátor 28. Výstupy napěťového komparátoru 8 a druhého napěťového komparátoru 28 vedou do přepínače 12, který je ovládán řídicím obvodem 9. Zbytek zapojení se neliší od zapojení podle obr. 4. Činnost zapojení se shoduje s činností zapojení na obr. 2 s tím, že k vybuzení filtru 2 s povrchovou akustickou vlnou a záznamu vzorků odezvy dojde až poté, co vstupní impulsní signál na vstupu 101 překročí spouštěcí úroveň napěťového komparátoru 8, respektive vstupní impulsní signál na druhém vstupu 102 překročí spouštěcí úroveň napěťového komparátoru 28.
Zapojení podle obr. 6 umožňuje měřit časový interval mezi dvěma vstupními signály připojenými na dva vstupy bez jakýchkoli předpokladů o délce časového intervalu a časové souslednosti vstupních signálů. Zapojení se liší od zapojení na obr. 3 pouze tím, že vstup budiče 1 filtru je nyní připojen na výstup napěťového komparátoru 8 a vstup druhého budiče 21 filtru je připojen na výstup druhého napěťového komparátoru 28. Činnost zapojení se shoduje s činností zapojení na obr. 2 s tím, že k vybuzení filtru 2 s povrchovou akustickou vlnou a záznamu vzorků odezvy dojde až poté, co vstupní impulsní signál na vstupu 101 překročí spouštěcí úroveň napěťového komparátoru 8, respektive vstupní impulsní signál na druhém vstupu 102 překročí spouštěcí úroveň druhého napěťového komparátoru 28.
Průmyslová využitelnost
Zapojení podle předkládaného vynálezu může být využito v zařízeních jako jsou přístroje pro jadernou techniku, chemickou analýzu a lékařskou diagnostiku, laserové, rádiové a ultrazvukové dálkoměry, radary, lidary a sonary, zařízení pro zaměřování metodou TDOA, přístroje pro testování integrovaných obvodů, převodníky TDC, měřicí přístroje pro metrologii času a kmitočtu.

Claims (6)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Zařízení pro měření časových intervalů,vyznačující se tím, že sestává ze vstupu (101) pro přívod impulsního signálu propojeného se sériovým řetězcem tvořeným budičem (1) filtru, který je přes filtr (2) s povrchovou akustickou vlnou a přes zesilovač (3) spojen s analogovým vstupem vzorkovacího obvodu (4), jehož výstup je spojen s analogovým vstupem analogově/číslicového převodníku (5) majícího výstup spojen s číslicovým vstupem registru (6) vzorků, jehož výstup je spojen s prvním vstupem počítače (11), přičemž vstup (101) je dále přes napěťový komparátor (8) spojen se spouštěcím vstupem řídicího obvodu (9), jehož jeden zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru (6) vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru (7) čísel vzorků, jehož výstup je propojen s druhým vstupem počítače (11) a na jehož číslicový vstup je připojen výstup čítače (10) vzorků, jehož vstup je spolu se spouštěcím vstupem analogově/číslicového převodníku (5), se vzorkovacím vstupem vzorkovacího obvodu (4) a s hodinovým vstupem řídicího obvodu (9) propojen s výstupem (103) zdroje referenčního hodinového signálu, přičemž výstup (104) počítače (11) je výstupem změřených časových intervalů.
  2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstup (101) pro přívod impulsního signálu je ke vstupu budiče (1) filtru připojen přes přepínač (12), který je opatřen druhým vstupem (102) pro přívod impulsního signálu a řídicím vstupem, propojeným s přepínacím výstupem řídicího obvodu (9).
  3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídicí obvod (9) je opatřen budicím výstupem propojeným s druhým vstupem budiče (1) filtru a zařízení dále sestává ještě z druhé větve tvořené druhým vstupem (102) pro přívod impulsního signálu propojeným se sériovým řetězcem tvořeným druhým budičem (21) filtru, který je přes druhý filtr (22) s povrchovou akustickou vlnou a přes druhý zesilovač (23) spojen s analogovým vstupem druhého vzorkovacího obvodu (24), jehož výstup je spojen s analogovým vstupem druhého analogově/číslicového převodníku (25) majícího výstup spojen s číslicovým vstupem druhého registru (26) vzorků, jehož výstup je spojen s třetím vstupem počítače (11), přičemž druhý vstup (102) je dále přes druhý napěťový komparátor (28) spojen se spouštěcím vstupem druhého řídicího obvodu (29), jehož budicí výstup je spojen s druhým vstupem druhého budiče (21) filtru a dále je jeden jeho zapisovací výstup spojen se zapisovacím vstupem druhého registru (26) vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen s zapisovacím vstupem druhého registru (27) čísel vzorků, jehož výstup je propojen se čtvrtým vstupem počítače (11) a na jehož číslicový vstup je připojen výstup čítače (10) vzorků, přičemž spouštěcí vstup druhého analogově/číslicového převodníku (25), vzorkovací vstup druhého vzorkovacího obvodu (24) a hodinový vstup druhého řídicího obvodu (29) jsou propojeny s výstupem (103) zdroje referenčního hodinového signálu.
  4. 4. Zařízení pro měření časových intervalů,vyznačující se tím, že sestává ze vstupu (101) pro přívod impulsního signálu propojeného přes napěťový komparátor (8) se sériovým řetězcem tvořeným budičem (1) filtru, který je přes filtr (2) s povrchovou akustickou vlnou a přes zesilovač (3) spojen s analogovým vstupem vzorkovacího obvodu (4), jehož výstup je spojen s analogovým vstupem analogově/číslicového převodníku (5) majícího výstup spojen s číslicovým vstupem registru (6) vzorků, jehož výstup je spojen s prvním vstupem počítače (11), přičemž výstup napěťového komparátoru (8) je dále spojen se spouštěcím vstupem řídicího obvodu (9), jehož jeden zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru (6) vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem registru (7) čísel vzorků, jehož výstup je propojen s druhým vstupem počítače (11) a na jehož číslicový vstup je připojen výstup čítače (10) vzorků, jehož vstup je spolu se spouštěcím vstupem analogově/číslicového převodníku (5), s vzorkovacím vstupem vzorkovacího obvodu (4) a s hodinovým vstupem řídicího obvodu (9) propojen s výstupem (103) zdroje referenčního hodinového signálu, f)|řičemž výstup (104) počítače (11) je výstupem změřených časových intervalů.
  5. 5. Zařízení podle nároku 4,vyznačující se tím, že napěťový komparátor (8) je ke vstupu budiče (1) filtru připojen přes přepínač (12), na jehož druhý vstup je připojen výstup druhého napěťového komparátoru (28) s druhým vstupem (102) pro přívod impulsního signálu a jehož řídicí vstup je propojen s přepínacím výstupem řídicího obvodu (9).
  6. 6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že řídící obvod (9) je opatřen budicím výstupem propojeným s druhým vstupem budiče (1) filtru a zařízení dále sestává ještě z druhé větve tvořené druhým vstupem (102) pro přívod impulsního signálu propojeným přes druhý napěťový komparátor (28) se sériovým řetězcem tvořeným druhým budičem (21) filtru, který je přes druhý filtr (22) s povrchovou akustickou vlnou a přes druhý zesilovač (23) spojen s analogovým vstupem druhého vzorkovacího obvodu (24), jehož výstup je spojen s analogovým vstupem druhého analogově/číslicového převodníku (25) majícího výstup spojen s číslicovým vstupem druhého registru (26) vzorků, jehož výstup je spojen s třetím vstupem počítače (11), přičemž výstup druhého napěťového komparátoru (28) je dále spojen se spouštěcím vstupem druhého řídicího obvodu (29), jehož budicí výstup je spojen s druhým vstupem druhého budiče (21) filtru a dále je jeden jeho zapisovací výstup Hej spojen se zapisovacím vstupem druhého registru (26) vzorků a druhý zapisovací výstup je spojen se zapisovacím vstupem druhého registru (27) čísel vzorků, jehož výstup je propojen s čtvrtým vstupem počítače (11) a na jehož číslicový vstup je připojen výstup čítače (10) vzorků, přičemž spouštěcí vstup druhého analogově/číslicového převodníku (25), vzorkovací vstup druhého vzorkovacího obvodu (24) a hodinový vstup druhého řídicího obvodu (29) jsou propojeny s výstupem (103) zdroje referenčního hodinového signálu.
CZ20032393A 2003-09-04 2003-09-04 Zařízení pro měření časových intervalů CZ20032393A3 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20032393A CZ20032393A3 (cs) 2003-09-04 2003-09-04 Zařízení pro měření časových intervalů
US10/923,054 US7057978B2 (en) 2003-09-04 2004-08-20 Time interval measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20032393A CZ20032393A3 (cs) 2003-09-04 2003-09-04 Zařízení pro měření časových intervalů

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ294292B6 CZ294292B6 (cs) 2004-11-10
CZ20032393A3 true CZ20032393A3 (cs) 2004-11-10

Family

ID=33304494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20032393A CZ20032393A3 (cs) 2003-09-04 2003-09-04 Zařízení pro měření časových intervalů

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7057978B2 (cs)
CZ (1) CZ20032393A3 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021115500A1 (en) * 2019-12-08 2021-06-17 Trojanek Ing Pavel A device for accurate measurement of time intervals

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1961122B1 (en) * 2006-02-17 2009-08-05 Verigy (Singapore) Pte. Ltd. Time-to-digital conversion with calibration pulse injection
US7782242B2 (en) * 2006-02-17 2010-08-24 Verigy (Singapore) Pte. Ltd. Time-to-digital conversion with delay contribution determination of delay elements
US7945408B2 (en) 2007-09-20 2011-05-17 Voxis, Inc. Time delay estimation
US7880454B2 (en) 2007-12-21 2011-02-01 L&L Engineering Llc Methods and systems for control of switches in power regulators/power amplifiers
CN102621878A (zh) * 2012-01-04 2012-08-01 西安近代化学研究所 高精度时间间隔测量装置
CN102721945B (zh) * 2012-06-04 2014-09-10 北京邮电大学 一种到达时间差滤波方法、装置及特征数据存储方法
GB2540730B (en) * 2015-05-11 2017-09-13 Thermo Fisher Scient (Bremen) Gmbh Time interval measurement
CN106302014B (zh) * 2016-08-12 2019-08-27 电信科学技术第五研究所有限公司 宽量程高精度的信号测量方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4678345A (en) * 1986-05-01 1987-07-07 Tektronix, Inc. Equivalent time pseudorandom sampling system
US5027298A (en) * 1989-06-29 1991-06-25 Genrad, Inc. Low-dead-time interval timer
US5903523A (en) * 1996-11-08 1999-05-11 Eg & G Instruments, Inc. Time analyzer having an improved interpolator with temperature compensation
US7379395B2 (en) * 2004-06-30 2008-05-27 Teradyne, Inc. Precise time measurement apparatus and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021115500A1 (en) * 2019-12-08 2021-06-17 Trojanek Ing Pavel A device for accurate measurement of time intervals

Also Published As

Publication number Publication date
US20050052952A1 (en) 2005-03-10
US7057978B2 (en) 2006-06-06
CZ294292B6 (cs) 2004-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nissinen et al. A CMOS time-to-digital converter based on a ring oscillator for a laser radar
US6956422B2 (en) Generation and measurement of timing delays by digital phase error compensation
AU2006202661B2 (en) High resolution time interval measurement apparatus and method
EP0891654B1 (en) Apparatus and method for measuring time intervals with very high resolution
CN102334038A (zh) 相位测定装置、以及频率测定装置
JPH0854481A (ja) 時間間隔測定装置
Jovanovic et al. Vernier’s delay line time–to–digital converter
Amiri et al. A multihit time-to-digital converter architecture on FPGA
CN106443184B (zh) 一种相位检测装置及相位检测方法
Mantyniemi et al. A high resolution digital CMOS time-to-digital converter based on nested delay locked loops
CZ20032393A3 (cs) Zařízení pro měření časových intervalů
JP2002196087A (ja) 時間測定回路
Xie et al. Cascading delay line time-to-digital converter with 75 ps resolution and a reduced number of delay cells
KR102420037B1 (ko) 실시간 캘리브레이션을 지원하는 tdc
Mantyniemi et al. A 9-channel integrated time-to-digital converter with sub-nanosecond resolution
US6944099B1 (en) Precise time period measurement
Batrakov et al. Precision digital signal integrators with accurate synchronization
US10545462B2 (en) Time-to-voltage converter
RU2561999C1 (ru) Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код
Makhlouf A 17ps Two Channel TDC System Based on XILINX ZYNQ 7000 SoC
JPH1028110A (ja) 位相差測定回路
US20230012142A1 (en) A device for accurate measurement of time intervals
Mantyniemi et al. A 9-channel time-to-digital converter for an imaging lidar application
Szplet et al. Modular time interval counter
JPH0455274B2 (cs)