DE1548119A1

DE1548119A1 - Messschaltung

Info

Publication number: DE1548119A1
Application number: DE19651548119
Authority: DE
Inventors: Cecil Riddle
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1964-05-13
Filing date: 1965-05-13
Publication date: 1969-09-11
Also published as: GB1078281A; US3404344A

Description

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Augsburg,, den 11. Mai 1965

National Research Development Corporation, 1, Tilney Street,

London, W.-I.i England

Meßschaltung

Die Erfindung betrifft Meßschaltungen für Zeitmessungen. ·-.■■'■ ·

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Meßs"chaltung, mittels welcher eine Spannung erzeugt werden kann, deren Größe dem Zeitunterschied zwischen dem

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Auftreten von zwei Impulsen proportional ist und deren Vorzeichen davon abhängt, welcher der beiden Impulse zuerst auftritt. Die erfindungsgemäße Schaltung kann in Signalauswerteinrichtungen Verwendung finden, wie sie an anderer Stelle bereits vorgeschlagen sind.

Die Erfindung beinhaltet eine Meßschaltung zur Bestimmung des Zeitunterschiedes zwischen dem Auftreten von Impulsen auf einer Signalimpuls-Eingangsleitung einerseits und einer Vergleichsimpuls-Eingangsleitung andererseits, mit einer linear ansteigende, diesen Zeitunterschied darstellende Spannungen erzeugenden Spannungsquelle, und eine derartige Meßschaltung ist nach der Erfindung durch einen an die Vergleichsimpuls-Eingangsleitung angeschlossenen bistabilen Kippkreis, dessen Ausgang mittels eines Auslösekreises zum Zeitpunkt des Auftretens eines Impulses auf der Signalimpuls-Eingangsleitung auf eine bestimmte Zeitdauer sperrbar ist, ferner durch einen an die Signalimpuls-Eingangsleitung angeschlossenen, weiteren bistabilen Kippkreis, dessen Ausgang ebenfalls mittels eines weiteren Auslösekreises zum Zeitpunkt des Auftretens eines Impulses auf der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung auf eine bestimmte Zeitdauer sperrbar ist, und endlich durch Anschlußleitungen zwischen diesen beiden bistabilen Kippkreisen einerseits

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und der Spannungsquelle andererseits gekennzeichnet, die bewirken, daß die Ausgangssignale der beiden bistabilen Kippkreise im Sinne einer Erzeugung von in dem einen bzw. in dem entgegengesetzten Sinne linear ansteigenden Spannungen, an die genannte Spannungs quelle geführt werden.

Gemäß der Erfindung sind demgemäß zwei Triggerkreise vorgesellen, welche jeweils einerseits mit der Vergleichsimpuls-Eingangs leitung bzw. der Signalimpuls-Eingangsleutung verbunden sind und andererseits an die genannte Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Auslösekreise haben erfindungsgemäß die Form von monostabilen Flip-Flop-Kreisen, von denen der dem bistabilen Kippkreis der Signalimpuls-Eingangsleitung zugeordnete Flip-Flop-Kreis seinerseits mit der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung verbunden ist, während der dem bistabilen Kippkreis der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung zugeordnete Flip-Flop-Kreis mit der Signalimpuls-Eingangsleitung verbunden ist. Die monostabilen Flip-Flop-Kreise bewirken eine Sperrung des Ausganges der ihnen jeweils zugeordneten bistabilen Kippkreise während derjenigen Zeitdauer, in der sich die Flip-Flop-Kreise jeweils im Ein- Zustand befinden»

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Die Rückschaltzeit der monostabilen Flip-llop-Kreise muß größer sein als der Zeitraum zwischen aufeinanderfolgend auftretenden Impulsen auf der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung einerseits und der Signalimpuls-Eingangsleitung andererseits und geringer sein als der Zeitraum zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Impulsen der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung. Schließlich können Verbindungsleitungen zur Rückführung vorgesehen sein, mittels welchen die, geradlinig ansteigende Spannungen erzeugende Spannungsquelle immer dann auf Bullpotential zurückgeführt wird, wenn einer der beiden monostabilen Flip-Flop-Kreise jeweils in seinen stabilen Zustand zurückkehrt.

' Gemäß der Erfindung ist der, der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung zugeordnete bistabile Kippkreis mit einem Teil der Spannungsquelle verbunden, welcher während und nur während des Einschaltzustandes dieses bistabilen Kippkreises eine linear ansteigende Spannung einer bestimmten Polarität erzeugt, während der, der Signalimpuls-Eingangsleitung zugeordnete bistabile Kippkreis mit dem jeweils anderen Teil der 8pannungsquelle verbunden ist, welcher dann und nur dann eine linear ansteigende Spannung der jeweils entgegengesetzten Polarität

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erzeugt, wenn sich der letztgenannte bistabile Kippkreis im Einschaltzustand befindet.

Auf der Ausgangsseite der Meßschaltung können die beiden Ausgänge der Spannungsquelle einander überlagert werden.

Im folgenden wird die Erfindung durch die beispielsweise Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

!Figur 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßschaltung, dargestellt als logisches Schalt-. bild und

Figur 2 ein logisches Schaltbild einer

Abwandlung der in Figur Λ dargestellten erfindungsgemäßen Schaltung.

Die in den Zeichnungen verwendeten Schaltsymbole für bistabile Triggerkreise und für monostabile Flip-Flop-Kreise haben bereits Eingang in die Fachliteratur

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gefunden.'

In Figur 1 der Zeichnungen ist eine Signalimpuls-Eingangsleitung T dargestellt, welche mit dem Eingang eines bistabilen Triggerkreises T1 verbunden ist, dessen Ausgang an eine Spannungsquelle G1 angeschlossen ist, welche eine negative, linear ansteigende Spannung erzeugt. Ferner ist eine Vergleichsimpuls-Eingangsleitung X vorgesehen, die mit dem Eingang eines monostabilen Elip-Flop-Kreises verbunden ist, der in der Zeichnung als Trigger T2 mit einem, zwischen seinen Ausgang und seinen, eine Sperrung auslösenden Eingang geschalteten Verzögerungsglied D1 dargestellt ist. Der Ausgang des Flip-Flop-Kreises T2, D1.steht mit einem, eine Sperrung auslösenden Eingang des bistabilen Triggerkreises 11 in Verbindung.

Die Signalimpuls-Eingangsleitung Y ist außerdem an einen monostabilen Flip-Flop-Kreis T3, D2 angeschlossen, welch letzterer in den ,Zeichnungen ebenfalls durch einen Trigger T3 mit einem, zwischen 'seinen Ausgang und seinen, die Sperrung auslösenden Eingang geschalteten Verzögerungsglied D2 dargestellt ist. Die Vergleichsimpuls-Eingangsleitung X ist ebenfalls an einen bistabilen

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Triggerkreis Τ4- angeschaltet, dessen Ausgang an eine Spannungsquelle G2 gelegt ist, welche-eine positive, linear ansteigende Spannung darbietet. Geeignete Spannungsquellen dieser Art sind in der Zeitschrift "Electronic Engineering", März 1965» auf den Seiten 172 "bis 175 indem Artikel "A Pulse i'Iidth Amplitude Converter" beschrieben. Der Ausgang des I¹I ip-Elop-Kr eis es T3, D2 ist an einen die Sperrung auslösenden Eingang des Triggerkreises T4-gelegt. Die Ausgänge der Spannungsquelle GI und G2 sind an die Eingangsanschlüsse einer analogen Additionsschaltung A gelegt. Diese analoge Additionsschaltung erzeugt einen Ausgang 01, dessen Spannungswert der Summe der seinem Eingang zugeführten Signalspannungen ist.

Die Signalimpuls-Eingangsleitung Y ist außerdem mit dem Eingang eines Flip-Flop-Kreises T5_S D3 verbunden, welcher in der Zeichnung wiederum als Triggerkreis T-5 : mit einem zwischen seinen Ausgang und seinen, die Sperrung auslösenden Eingang geschalteten Verzögerungsglied D3 dargestellt ist. Der negierte Ausgang dieses Flip-Flop-Kreis es T$, D3 steht mit einem Eingangs ans chluß der die negative, linear ansteigende Spannung darbietenden Sp annungs quelle GI in Verbindung, von welchem aus die Rückführung dieser Sp annungs quelle auf Erullpotential

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erfolgen kann. In -ähnlicher Weise ist die Vergleichsimpuls-Eingangsleitung X an den Eingang eines Flip-Flop-Kreises T6, D4 angeschlossen, welcher in der Zeichnung als Triggerkreis T6 mit einem, zwischen seinen Ausgang und seinen die Sperrung auslösenden Eingang geschalteten Verzögerungsglied D4- dargestellt ist. Der negierte Ausgang dieses Flip-Flop-Er eis es T6, D4- ist mit einem Eingangsanschluß der die positive, linear ansteigende Spannung darbietenden Spannungsquelle G2 verbunden, von welchem aus die Rückführung dieser Spannungsquelle auf Nullpotential ausgelöst werden kann.

Die Wirkungsweise der in Figur 1 der Zeichnungen dargestellten Schaltung ist folgende:

Über die Vergleichsimpuls-Eingangsleitung X werden Vergleichsimpulse eingespeist, welche mit im wesentlichen unveränderlicher Wiederho lungs frequenz auftreten, "über die Signalimpuls-Eingangsleitung Y werden Signalimpulse herbeigeführt, welche vor, nach oder gleichzeitig mit den Vergleichsimpulsen auftreten können. Dabei sollen jedoch die möglichen Zeitunterschiede des Auftretens zwischen Signalimpulsen und zugehörigen Vergleichsimpulsen klein im Vergleich zur Impulspause zwischen den Vergleichsimpulsen sein.

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Es sei nun zunächst angenommen, daß ein Signalimpuls an der Signalimpuls-Eingangsleitung Y auftritt, bevor ein Vergleichsimpuls die Vergleichsimpuls-Bingangsleitung X erreicht. In diesem Falle schaltet'der Signalimpuls sowohl den bistabilen Triggerkreis T1 als auch den monostabilen Flip-Flop-Kreis T3, D2 in den Ein-Zustand» Der Ausgang des bistabilen Triggerkreises T1 löst die negative SpannungsQuelle G1 aus, so daß diese eine kontinuierlich anwachsende, negative Spannung darbietet. iVird nun der entsprechende Vergleichsimpuls in die Vergleichsimpuls-Eingangsleitung X eingespeist, so wird hierdurch der monostabile Triggerkreis T2, D1 in den Ein-Zustand gestellt und sein Ausgang schaltet seinerseits den Triggerkrei's' T1 in den Aus-Zustand, wodurch am Ausgang der Spannungsquelle G1 diejenige Spannung fixiert wird, welche die Spannungsquelle in.dem Zeitraum zwischen dem Auftreten des Signalimpulses und dem Auftreten des Vergleichsimpulses erreicht hat. Die; Größe dieser Spannung ist damit dem zwischen dem Signalimpuls und dem Vergleichsimpuls liegenden Zeitraum proportional. Die Eückschaltzeit des Flip-Flop-Kreises T3, D2 ist so eingestellt, daß er sich im Ein-Zustand befindet, wenn der Vergleichsimpuls auftritt. Der die Sperrung auslösende Eingang des Trigger kr eis es T4- wird mit dem Ausgangssignal

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des Flip-Flop-Kreises T3, D2 "beaufschlagt und dieses Ausgangssignal wirkt mit Vorrang vor dem Vergleichsimpuls auf den Trigger T4-, so da3 dieser nicht in den JjJin-Zustand geschaltet werden kann, wenn ein Vergleichsimpuls auftritt. Aus diesem Grunde ändert sich in dem vorliegend angenommenen Fall die Spannung der eine positive, linear ansteigende Spannung darbietenden Spannungsquelle G2 nicht. Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist also der Ausgang der positiven Spannungsquelle G2 tatsächlich gleich Null. Am Ausgang der analogen Additionsschaltung A tritt daher als Spannung die zuletzt an der negativen Spannungsquelle G1 fixierte negative Spannung auf. Die Ausgangsspannung des analogen Additionskreises A ist also eine, negative Spannung, welche der Zeitdauer zwischen dem Auftreten eines.Signalimpulses und dem Auftreten eines Vergleichsimpulses proportional ist.

Sobald ein Signalimpuls auftritt, wird der monostabile Flip-Flop-Kreis T5, D3 in den Ein-Zustand geschaltet. Dieser Flip-Flop-Kreis hat eine derartige Rucksehaltzeit, daß er in den Aus-Zustand zurückschaltet, bevor der nächste Signalimpuls auftreten kann. Sobald dieser Flip-Flop-Kreis also in den'Aus-Zustand zurückschaltet, wird sein negierter Ausgang der negativen Spannungsquelle G1

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zugeführt, deren Potential daraufhin auf'Erdpotential zurückspringt, so daß die Spannungsquelle für die nächste Messung vorbereitet ist.

: In ähnlicher v/eise wird der monostabile Kippkreis T6, In den Ein-Zustand gestellt, sobald ein Vergleichsimpuls auftritt. Die Relaxationszeit dieses monostabilen Flip-Flop-Kreises ist so gewählt, daß er in den Aus-Zustand zurückschaltet, bevor der nächste Vergleichsimpuls auftreten kann. Sobald der Flip-Flop-Kreis T6, D4- in den Aus-Zustand zurückschaltet, wird sein negierter Ausgang der positiven Spannungsquelle G2 zugeführt, deren Potential hierauf in entsprechender Weise auf Erdpotential zurückspringt, wodurch diese Spannungsquelle ebenfalls für die nächste Ivlessung vorbereitet ist.

Es sei nun angenommen., daß ein Vergleichsimpuls in die Vergleichsimpuls-Eingangsleitung X eingespeist werde, bevor ein. Signalimpuls auf der Signalimpuls-Eingansleitung I auftritt. In diesem Falle wird der Triggerkreis T4 durch den Vergleichsimpuls in den Ein-Zustand ■^ebrucht. Hierdurch wird die positive SpannungsquelIe G2 ou>:gelüüt, welche hierauf eine positive, abhängig von <]-er Zeit linear ansteigende Spannung erzeugt. Dieses

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lineare Ansteigen hält an, bis ein Signalimpuls auftritt und der Flip-Flop-Kreis T3, D2 in den Ein-Zustand gebracht wird. Der Trigger T4- wird hierdurch in den Aus-Zustand gestellt und dadurch das Ausgangssignal der positiven Spannungsquelle G-2 an einem Spannungswert fixiert, welchen die Spannungsquelle in dem Zeitraum zwischen dem Vergleichsimpuls und dem Signalimpuls erreichen konnte. Dies ist eine positive Spannung, welche der Zeitdauer zwischen dem Auftreten des Vergleichsimpulses und dem Auftreten des Signalimpulses proportional ist. Tritt der Vergleichsimpuls auf, so wird auch der Flip-Flop-Kreis T2, D1 in den Ein-Zustand gestellt und verhindert eine Einschaltung des Triggerkreises T1 auch dann, wenn ein Signalimpuls eintrifft. Unter diesen Bedingungen wird also die negative Spännungsquelle G-1 nicht betätigt. Hieraus folgt, daß das von dem analogen Additionskreis A dargebotene Ausgangssignal von der positiven Spannung gebildet wird, welche die positive Sp annungs quelle G-2 erreichen konnte und welche der Zeitdauer zwischem dem Vergleichsimpuls und dem Signalimpuls proportional ist. Der 11ip-Flop-Kxeis T2, D1 ist so ausgelegt, daß er in den Aus_Zustand zurückkehrt, -bevor die nächste Messung ausgeführt werden soll.

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Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß der Ausgang des analogen Additionskreises A bei Jedem Meßvorgang auf eine Spannung gebracht wird, welche, wie bereits gesagt, dem Zeitintervall zwischem dem Vergleichsimpuls und dem Signalimpuls proportional ist und welche entweder positiv oder negativ ist, 'je nachdem ob der Vergleichsimpuls oder der Signalimpuls eher auftritt.

In Figur 2 der Zeichnungen ist eine gegenüber Figur Λ abgewandelte erfindungsgemäße Meßschaltung dargestellt, in welcher die monostabilen Flip-Flop-Kreise T5, D3 und T6, D4 weggelassen sind und statt dessen negierte Ausgänge der monostabilen Flip-Flop-Kreise 12, D1 und T3, D2 mit den die Rückstellung auslösenden Eingängen der Spannungsquellen G1 und G2 verbunden sind. In der erfindungsgemäßen "Schaltung nach Figur 2 erfüllen also die Flip-Flop- ■ Kreise T2, D1 und I¹J, D2 auch die Funktionen der hier weggelassenen, oben erwähnten Schaltkreise T5j S3' und T6,

Die beiden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind selbstverständlich nur als Beispiele erläutert worden und dem Fachmann bietet sich noch eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten. So können beispielsweise

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die Ausgänge der monostabilen Flip-Flop-Kreise mit Sperrgattern verbunden sein, welche zwischen die Ausgänge der Triggerkreise und die Eingänge der Spannungsquellen geschaltet sind. In diesem Falle können anstelle der bistabilen Triggerkreise monostabile Flip-Flop-Kreise Verwendung finden. Die Ausgänge der Flip-Flop-Kreise T2, D1 und T3, D2 können mit Sperrgattern verbunden sein, welche mit den Eingangsanschlüssen d"er Triggerkreise T1 und T4- jeweils in Seihe geschaltet sind, wodurch eine zusätzliche Sicherheit dagegen geschaffen wird, daß diese Triggerkreise eingeschaltet werden, während sich die ihnen zugeordneten Flip-Flop-Kreise T2, D1 und T3, D2 ihrerseits im Eiii-Zustand befinden.

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Claims

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1. Meßschaltung zur Bestimmung des Zeitunterschiedes zwischen dem Auftreten von Impulsen auf einer Signalimpuls-Eingangs leitung einerseits und einer Vergleichsimpuls-Eingangsleitung andererseits, mit einer linear ansteigende, diesen Zeitunterschied darstellende Spannungen erzeugenden Spannungsquelle, gekennzeichnet durch einen an die Vergleichsimpuls-Eingangsleitung (X) angeschlossenen bistabilen Kippkreis (T4-), dessen Ausgang mittels eines Auslösekreises (T5, D2) zum Zeitpunkt des Auftretens eines Impulses auf der Signalimpuls-Eingangsleitung (Y) auf eine bestimmte Zeitdauer sperrbar ist, ferner durch einen an die Signalimpuls-Eingangsleitung (Y) angeschlossenen weiteren bistabilen Kippkreis (OM), dessen Ausgang ebenfalls mittels eines weiteren Auslösekreises (T2, D1) zum Zeitpunkt des Auftretens eines Impulses auf der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung (X.) auf eine bestimmte Zeitdauer sperrbar ist, und endlich durch. Anschlußleitungen zwischen diesen beiden bistabilen Kippkreisen öinerseits und der Spannungsquelle (G1, G2) andererseits, die bewirken, daß die Ausgangssignale der beiden bistabilen Kippkreise im Sinne einer Erzeugung von in dem einen bzwv

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in dem entgegengesetzten Sinne linear ansteigenden Spannungen an die genannte Spannungsquelle (G1, G2) geführt werden»

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösekreise (T3, D2; 12,1)1) die Form von monostabilen Flip-Flop-Kreisen haben, von denen der dem bistabilen Kippkreis (ö?1) der Signalimpuls-. Eingangsleitung (ϊ) zugeordnete Flip-Flop-Kreis (T2, D1) seinerseits mit der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung (X) verbunden ist, während der dem bistabilen Kippkreis (T4-) der Vergleichsimpuls-Eingangsleitung (X) zugeordnete Flip-Flop-Kreis (T3, D2) mit der Signalimpuls-Eingangsleitung (Y) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstelleinrichtung (T5, D3; T6, D4) vorgesehen ist, welche die Spannungsquelle (G1, G2) jedesmal auf einen Ausgangsvergleichspegel zurückstellt, wenn einer der beiden Flip-Flop-Kreise (T2, D1; T3, D2) in seinen Aus-Zustand zurückschaltet.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der, der Vergleichsimpuls-

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Eingangsleitung (X) zugeordnete bistabile Kippkreis (T4-) mit einem Teil (G2) der Spannungsquelle (G1, G2) verbunden ist, welcher während des Einschaltzustandes dieses bistabilen Kippkreises eine linear ansteigende Spannung einer bestimmten Polarität erzeugt und daß der, der Signalimpuls-Eingangsleitung (Y) zugeordnete bistabile Kippkreis (T1) mit dem jeweils anderen Teil (G-1) der Spannungsquelle verbunden ist, welcher während des Einschaltzustandes des letztgenannten bistabilen Kippkreises eine linear ansteigende Spannung der jeweils entgegengesetzten Polarität erzeugt.

5· Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden Teilen (G1, G2) der Spannungsquelle eine deren Ausgangsspannungen einander, überlagernde analog rechnende Additionsschaltung (A) verbunden ist.

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