CZ20032393A3 - Zařízení pro měření časových intervalů - Google Patents
Zařízení pro měření časových intervalů Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 28
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
- G04F10/00—Apparatus 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)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20032393A CZ294292B6 (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 CZ294292B6 (cs) | 2003-09-04 | 2003-09-04 | Zařízení pro měření časových intervalů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20032393A3 true CZ20032393A3 (cs) | 2004-11-10 |
| CZ294292B6 CZ294292B6 (cs) | 2004-11-10 |
Family
ID=33304494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20032393A CZ294292B6 (cs) | 2003-09-04 | 2003-09-04 | Zařízení pro měření časových intervalů |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7057978B2 (cs) |
| CZ (1) | CZ294292B6 (cs) |
Cited By (1)
| 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)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1985019B1 (en) * | 2006-02-17 | 2009-08-05 | Verigy (Singapore) Pte. Ltd. | Time-to-digital conversion with delay contribution determination of delay elements |
| EP1961122B1 (en) * | 2006-02-17 | 2009-08-05 | Verigy (Singapore) Pte. Ltd. | Time-to-digital conversion with calibration pulse injection |
| 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)
| 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 |
-
2003
- 2003-09-04 CZ CZ20032393A patent/CZ294292B6/cs unknown
-
2004
- 2004-08-20 US US10/923,054 patent/US7057978B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| 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 |
| CZ294292B6 (cs) | 2004-11-10 |
| US7057978B2 (en) | 2006-06-06 |
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 | |
| US10528010B2 (en) | Range finding device | |
| 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) | ||
| Mantyniemi et al. | An integrated digital CMOS time-to-digital converter with 92 ps LSB |