CZ294292B6

CZ294292B6 - Zařízení pro měření časových intervalů

Info

Publication number: CZ294292B6
Application number: CZ20032393A
Authority: CZ
Inventors: Petr Ing. Csc. Pánek
Original assignee: Petr Ing. Csc. Pánek
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2004-11-10
Also published as: CZ20032393A3; US7057978B2; US20050052952A1

Abstract

Zařízení pro měření časových intervalů ve svém prvním základním zapojení sestává ze vstupu (101) pro přívod impulzního 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). Výstup vzorkovacího obvodu (4) 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). 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. Výstup registru (7) čísel vzorků je propojen s druhým vstupem počítače (11) 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, přičemž výstup (104) počítače (11) je výstupem změřených časových intervalů. Druhé základní zapojení se liší od uvedeného jen tím, že vstup budiče (1) filtru je nyní připojen na výstup napěťového komparátoru (8).ŕ

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 impulzu a od konce měřeného intervalu do nejbližšího hodinového impulzu. Často se používá jednoduchý integrační interpolátor, který předvádí měření přírůstku napětí na měření 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 impulzu po zpožďovací lince. Podstata těchto metod a některé způsoby jejich využití jsou popsány např. v článku: Rahkonen, T.E. et al.: The use of stebilized CMOS delay lineš for the digitization of short time intervals. IEEE Joumal of Solid-State Circuits, Vol. 28, No. 8, pp. 887894 nebo v článku: Mota, M. et al.: A high-resolution time interpolátor based on a Delay Locked Loop and an RC delay line. IEEE Joumal of Solid-State Curcuits, Vol. 34, No. 10, pp. 1360— 1366. Princip využití zpožďovací linky je následující. Na vstup zpožďovací linky složené z mnoha shodných elementů jsou přivedeny impulzy. Na začátku a na konci měřeného intervalu se odečtou logické úrovně na výstupech jednotlivých elementů. Délka měřeného intervalu se určí z počtu elementů, kterými impulz za měřenou dobu prošel. S ohledem na teplotní závislost

-1 CZ 294292 B6 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 5 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 ío 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 linek 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 15 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 20 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 impulzního 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 30 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 35 registru 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 impulzního signálu je ke vstupu budiče filtru připojen přes přepínač, který je opatřen druhým vstupem pro přívod impulzního 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 impulzního 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 registruje spojen s třetím vstupem počítače. Druhý vstup pro přívod impulzního signálu je dále přes druhý napěťový komparátor spojen se spouštěcím vstupem druhého řídicího obvodu, jehož budicí výstup je spojen s druhým vstupem druhého budiče filtru a dále je jeden 55 jeho zapisovací výstup spojen se zapisovacím vstupem druhého registru vzorků a druhý zapiso

-2CZ 294292 B6 vací 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 impulzního signálu propojeného přes napěťový komparátor se sériovým řetězcem tvořeným budičem filtru, kteiý je přes filtr s povrchovou akustickou vlnou a přes zesilovač s analogovým vstupem vzorkovacího obvodu. Výstup vzorkovacího obvodu je spojen s analogovým vstupem analogově/číslicového převodníku, kteiý 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 číslový 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 impulzního 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 impulzního 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 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 impulzními 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

-3CZ 294292 B6

I 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 ío zapojení, jehož modifikace jsou uvedeny na obr. 2 a obr. 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 impulzními signály, které jsou tvarově shodné nebo podobné, mohou však mít různou velikost. Může se jednat např. o výstup detektoru průletu částic, fotodetektoru záření pulzního laseru nebo 20 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 impulzního signálu, který je propojen se sériovým řetězcem tvořeným budičem 1 filtru, spojeným přes filtr 2, s povrchovou akustickou vlnou, 25 který má charakter pásmové propusti s impulzní 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 11. Vstup 101 je dále přes napěťový komparátor 8 spojen se spouštěcím vstupem řídicího obvodu 9, 30 který má jeden zapisovací výstup spojen se zapisovacím vstupem registru 6 vzorků a druhý zapisovací výstup má spojen se zapisovacím vstupem registru 2 čísel vzorků. Výstup registru 2 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 35 s výstupem 103 zdroje referenčního hodinového signálu. Výstup 104 počítače 11 je výstupem změřených časových intervalů.

Vzorkovací obvod 4 je spouštěn referenčním hodinovým signálem o kmitočtu fs, který je zvolen tak, aby byla splněna podmínka

2f₀ + B 2f₀-B

------<f_s<------, M+1 M kde f₀ je střední kmitočet filtru, B je šířka propustného pásma filtru 2 a M je celé číslo z rozsahu fo 1 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 impulzní signály jsou přivedeny na vstup 101. Po příchodu prvého vstupního 55 impulzního signálu se vybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou a zároveň napěťový kompa

-4CZ 294292 B6 rátor 8 spustí řídicí obvod 9, který zapíše posloupnost n vzorků odezvy do registru 6 vzorků. Počet zapsaných vzorků musí splňovat podmínku n > x_Rf_s, kde t_r je délka odezvy filtru 2 s povrchovou akustickou vlnou na vstupní impulzní 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 impulzního 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 LI. 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 impulzním signálem.

K měření časového intervalu mezi dvěma vstupními impulzními 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 impulzního 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 druhý vstup 102. Po příchodu druhého vstupního impulzního 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 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 impulzní signál. Také musí být zaručena časová souslednost prvního a druhého vstupního impulzního 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 impulzními 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 řídicí 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 impulzního 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 11. Druhý vstup 102 pro přívod impulzního 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 11 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 impulzního signálu se vybudí filtr 2 s povrchovou akustickou vlnou a napěťový komparátor 8 spustí řídicí obvod 9, který zapíše posloupnost n vzorků do registru 6 vzorků. Zároveň řídicí obvod 9 zapíše z čítače 10 vzorků do registru 7 čísel vzorků

-5CZ 294292 B6 pořadové číslo prvního vzorku zaznamenané posloupnosti. Po odebrání všech n vzorků řídicí obvod 9 spustí synchronně s referenčním hodinovým signálem budič i 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 impulzního signálu se vybudí druhý filtr 22 s povrchovou akustickou vlnou a druhý napěťový komparátor 28 spustí druhý řídicí obvod 29, kteiý zapíše posloupnost n vzorků do druhého registru 26 vzorků. Zároveň druhý řídicí obvod 29 zapíše z čítače 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 11 a určí se délka časového intervalu.

Začátek a konec měřeného intervalu je často vztažen k určené napěťové úrovni vstupních impulzních signálů. Zapojení, která slouží k měření takto definovaného intervalu 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 impulzní signál na vstupu 101 překročí spouštěcí úroveň napěťového komparátoru 8.

Zapojení podle obr. 5 slouží k měření časového intervalu mezi vstupními impulzními signály připojenými na dva různé vstupy 101 a 102. První vstup 101 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 liší 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 impulzní signál na vstupu 101 překročí spouštěcí úroveň napěťového komparátoru 8, respektive vstupní impulzní 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 impulzní signál na vstupu 101 překročí spouštěcí úroveň napěťového komparátoru 8, respektive vstupní impulzní 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, radiové 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

1. Zařízení pro měření časových intervalů, vyznačující se tím, že sestává ze vstupu (101) pro přívod impulzního 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 impulzního signálu je ke vstupu budiče (1) filtru připojen přes přepínač (12), který je opatřen druhým vstupem (102) pro přívod impulzního 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 impulzního 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 impulzního 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, přičemž 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 impulzního signálu a jehož řídicí vstup je propojen s přepínacím výstupem řídicího obvodu (9).

6. Zařízení podle nároku4, 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 impulzního 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 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.