DE19620736C1 - Elektronische Schaltung zum hochauflösenden Messen von Zeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum hochauflösenden Messen von Zeiten, mit einem zu Beginn der Zeitmessung anzustoßenden Oszillator, einer ersten Einrichtung zur Grobzeitmessung, in der die Anzahl der Oszillatorperioden gezählt wird, einer zweiten Einrichtung zur Feinzeitmessung umfassend eine Gatterkette, in der die Phasenlage der momentan anliegenden Periode des Oszil­ lators im Zeitpunkt der Beendigung der Zeitmessung bestimmt wird, anhand wel­ cher die Zeit seit dem Auftreten der Periodenflanke ermittelbar ist, und einer mit der ersten und der zweiten Einrichtung kommunizierenden Verarbeitungseinheit.

Die möglichst genaue und hochauflösende Messung von Zeiten stellt seit jeher auf dem Meßtechniksektor ein Problem dar, das bisher im Stand der Technik nur unzureichend gelöst ist. Entweder werden sehr hohe Meßfrequenzen benutzt, was zu Nachteilen bei der Verlustleistung und zu hohen Kosten hinsichtlich der anzu­ wendenden Technologie führt, oder es wird eine Grobbestimmung mit einem nie­ derfrequenten Takt durchgeführt, wobei der Auflösungsfehler durch analoge Ele­ mente vermessen und kompensiert wird. Auch diese Alternative verursacht infolge der zu verwendenden analogen Bauelemente mit oft sehr kritischen Anforderun­ gen hohe Kosten. Um diese Probleme zu vermeiden, ist aus der Deutschen Pa­ tentschrift DE 41 11 350 eine elektronische Schaltung zum Messen eines kurzen Zeitintervalls, das in Form eines elektrischen Meßpulses vorliegt, bekannt, welche die obengenannten Komponenten beinhaltet. Bei dieser Schaltung wird ein Rin­ goszillator mit einer integrierten Gatterkette, die Bestandteil des Oszillators ist, verwendet. Mittels eines nachgeschalteten Phasenindikators wird der jeweilige Zustand der einzelnen Inverter innerhalb der Gatterkette und damit die momenta­ ne Phasenlage der durchlaufenden Welle im Zeitpunkt der Beendigung der Zeit­ messung erfaßt, woraus mit Einbeziehung der ebenfalls gezählten kompletten Oszillatorperioden die vergangene Zeit gemessen werden kann. Bei der in dieser Schrift beschriebenen Schaltung handelt es sich bei dem Oszillator um einen Rin­ goszillator, in den die Gatterkette vollständig integriert ist. Dieser Ringoszillator schwingt mit seiner Eigenfrequenz, die sich aus den Laufzeiten sämtlicher nach­ geschalteter Inverter sowie deren Anzahl ergibt. Dies führt aber, da die die Fre­ quenz bestimmenden Bauteile, nämlich der Oszillator selbst und die nachgeschal­ teten Inverter, jeweils unterschiedliche Verhalten und Parameterabhängigkeiten besitzen, zu Ungleichmäßigkeiten der Gatterlaufzeit und damit zu Zeitmeßfehlern. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Eigenschaften elek­ tronischer Bauteile auf einem Chip von deren geometrischen Ausrichtung auf demselben abhängig sind. Bei einem Ringoszillator, wie er in der DE 41 11 350 verwendet wird, muß der Ausgang der Gatterkette in irgendeiner Weise auf seinen Eingang zurückgeführt werden. Dies führt aber entweder zu einer Ungleichmäßig­ keit in der Leitungslänge oder aber zu einer unterschiedlichen Ausrichtung der einzelnen Bauelemente auf dem Kristall, um die erforderliche Rückführung zu bewirken. Hieraus resultieren folglich aus geometrischen Gründen Ungleichmä­ ßigkeiten. Weitere Ungleichmäßigkeiten ergeben sich bei der im Stand der Tech­ nik bekannten Lösung daraus, daß im Rahmen der Rückführung jeweils entweder der positive oder der negative Teil der Welle des Oszillatorsignals zurückgeführt wird. Auch aus dem Anschluß nachfolgender Bauelemente an den Ringoszillator ergeben sich Ungleichmäßigkeiten. Eine exakte Messung ist infolgedessen nicht möglich, was insbesondere dann extrem nachteilig ist, wenn sehr kurze Zeiten, die einer entsprechend hohen Auflösung bedürfen, vermessen werden sollen.

Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, die die genannten Probleme beseitigt und eine exakte Zeitmessung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektronischen Schaltung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Gatterkette dem separaten Oszillator nachge­ schaltet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung sind somit vorteilhaft der Oszillator und die Gatterkette selbst voneinander getrennt und stellen quasi separate Bauteile dar, so daß eine Abhängigkeit des Oszillators in seinen Schwingungs- und Frequen­ zeigenschaften von der Gatterkette infolge der Entkopplung nicht mehr gegeben ist. Auf diese Weise können mit besonderem Vorteil die sich aus spezifischen Verhaltensgründen ergebenden Ungleichmäßigkeiten vermieden werden. Insbe­ sondere ist infolge der Entkopplung keine wie im Stand der Technik nötige Rück­ führung des Kettenausgangs nötig, so daß die hieraus resultierenden geometri­ schen und rückführungsbedingten Ungleichmäßigkeiten vorteilhaft vermieden sind.

Infolge der Entkopplung bzw. Trennung von Oszillator und Gatterkette ist wegen der nunmehr nicht mehr erforderlichen Rückführung des Kettenausgangs schließ­ lich auch die Anordnung der Elemente der Gatterkette, die im Stand der Technik - sofern die Rückführung nicht über eine Leitung erfolgt - zwangsläufig unterschied­ lich ausgerichtet sind, nicht mehr gebunden, so daß jedwede geometrische An­ ordnung möglich ist. Als besonders vorteilhaft und zweckmäßig hat es sich erwie­ sen, wenn die Gatterkette als geometrisch lineare Gatterkette ausgebildet ist, das heißt, die einzelnen Gatterkettenelemente sind in einer linearen Anordnung hin­ tereinandergeschaltet, was dazu führt, daß mit besonderem Vorteil die eingangs beschriebenen, aus einer unterschiedlichen geometrischen Ausrichtung der Bau­ teile resultierenden Ungleichmäßigkeiten vermieden werden und eine weitere Verbesserung der Messung erreicht werden kann, da diese Ungleichmäßigkeiten das Meßergebnis nicht negativ beeinflussen können.

Ein weiteres Problem, das der aus der DE-PS 41 11 350 entnehmbaren Schaltung zu eigen ist, resultiert aus dem Aufbau der Gatterkette mittels Invertern. Denn in­ folge der Invertierung des Signals bei jedem Glied der Inverterkette muß stets ei­ ne andere Polarität der durchlaufenden Welle an jedem Inverterausgang gemes­ sen werden, was zu einer ungleichmäßigen Auflösung des Meßverfahrens führt. Eine weitere Fehlerquelle ist das Tastverhältnis des Ringoszillators von ungleich 50%, was aus den unterschiedlichen Verzögerungszeiten von positiver und nega­ tiver Flanke bei in CMOS-Technologie aufgeführten Invertern resultiert und zu pe­ riodischen Fehlern im Bereich von ± 100 Pikosekunden führt.

Um auch diesem Problem Abhilfe zu schaffen, ist in weiterer Erfindungsausgestal­ tung vorgesehen, daß die Gatterkette aus identischen nichtinvertierenden Schal­ tungselementen besteht. Mit dieser linearen Gatterkette, bei der die durchlaufen­ de Welle nicht an jedem Schaltungselement invertiert wird und infolgedessen an jedem Ausgang der Elemente die gleiche Polarität gemessen wird, heben sich somit bei identischen Elementen alle polaritätsabhängigen Schwankungen her­ aus, und jede Stufe ergibt folglich stets die selbe Verzögerung. Die im Stand der Technik auftretenden Probleme sowohl hinsichtlich der Auflösung als auch der Unregelmäßigkeiten im Tastverhältnis können so mit besonderem Vorteil ausge­ räumt werden.

Da insbesondere kurze Zeiten zu messen sind, ist zur Erzielung eines hohen Auflösungsvermögens erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schaltungselemen­ te eine Verzögerungsfunktion besitzen, so daß das durchlaufende Oszillator-Signal in seiner Phasenlage exakt im Zeitpunkt der Beendigung der Messung be­ stimmbar ist. Die Schaltungselemente selbst können erfindungsgemäß Tristate-Elemente sein, welche signalabhängig in einen hochohmigen Zustand versetzbar sind und auf diese Weise der Zustand der Gatterkette "eingefroren" wird. Im Rahmen einer zweiten Erfindungsalternative kann jedem Schaltungselement, also jedem einzelnen Buffer, ein D-Flip-Flop nachgeschaltet sein, dessen D-Eingang mit dem Ausgang des Schaltungselements verbunden ist. Bei dieser Version wer­ den die einzelnen Flip-Flops bei Anliegen des Stop-Impulses am Takteingang ent­ sprechend aktiviert, womit der momentane Flankenstand der durchgeführten Welle innerhalb der Verzögerungsleitung detektiert werden kann. In einer dritten erfindungsgemäßen Alternative können die Schaltungselemente aus transparen­ ten D-Flip-Flops bestehen, welche ebenfalls mittels eines am Flip-Flop-Eingang anliegenden Stop-Signals entsprechend geschaltet werden können, so daß mit besonderem Vorteil auch hier der letzte Zustand der Gatterkette quasi "eingefroren" werden kann. In anderer Erfindungsausgestaltung kann ferner vor­ gesehen sein, daß der Gatterkette und ggf. den Schaltungselementen, den D-Flip-Flops oder den transparenten D-Flip-Flops eine Dekodierschaltung nachgeschal­ tet ist, mittels welcher der jeweilige Zustand direkt auslesbar ist und als entspre­ chend aufbereitetes Signal in der jeweiligen Einrichtung entweder weiterverarbei­ tet oder direkt der Verarbeitungseinheit zugeführt wird.

Die Anzahl der Schaltungselemente der Gatterkette kann erfindungsgemäß derart gewählt sein, daß mindestens zwei komplette Oszillatorperioden führbar sind. Als Oszillator kann erfindungsgemäß ein Festfrequenzoszillator, insbesondere mit einem Quarz- oder Keramikresonator, verwendet werden, was aus mehrerlei Hin­ sicht von besonderem Vorteil ist. Denn bei derartigen Oszillatoren ist die Peri­ odendauer mit hoher Genauigkeit bekannt. Ist nun die Gatterkette lang genug, so enthält sie mehrere Phasenbeginne des Oszillator-Signals. Mittels der Dekodier­ schaltung ist es dann möglich, die jeweiligen Periodengänge gleicher Polarität zu ermitteln und aus der Zahl der Schaltungselemente zwischen diesen jeweiligen Stellen die Verzögerungszeit einer Stufe aus der Division der exakt bekannten Periodendauer des Oszillators und der Zahl der Schaltungselemente zwischen diesen identischen Flanken zu ermitteln. Auf diese Weise wird es mit besonderem Vorteil und infolge der Trennung von Oszillator und Laufzeitkette ermöglicht, ohne jedweden zusätzlichen Kalibrierzyklus auch die unbekannte und variable Element­ verzögerungszeit mit zu bestimmen, was ein weiterer Vorteil gegenüber der aus der DE-PS 41 11 350 bekannten Schaltung ist, bei welcher temporäre Kalibrier­ zyklen, während welcher keine Messung stattfinden kann, durchgeführt werden müssen.

Demgegenüber kann der Oszillator im Rahmen einer weiteren Erfindungsalterna­ tive auch als Laufzeit- oder als Rückkopplungsoszillator ausgebildet sein, wobei zur Bestimmung der bei diesen Oszillatoren von insbesondere den äußeren Pa­ rametern abhängigen Frequenz eine Einrichtung zur Frequenzbestimmung nach­ geschaltet ist, wobei die hiermit bestimmte Frequenz vorteilhaft zur abschließen­ den Zeitberechnung verwendet wird. Finden derartige Oszillatoren Einsatz, so hat es sich im Rahmen der Erfindung als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Periodendauer des Oszillators mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor 3, kleiner ist als das die Durchlaufzeit einer Periode durch die Gat­ terkette, da eine Frequenzschwankung in diesem Bereich - wie bereits oben an­ gesprochen - infolge äußerer Einflüsse od. dgl. ohne weiteres möglich ist und so sichergestellt ist, daß auch bei Frequenzschwankungen stets mindestens eine Periode innerhalb der Gatterkette führbar ist. Es ist also vorteilhaft möglich, in der Gatterkette mindestens zwei Perioden und damit zwei Phasensprünge zu führen. Der Abstand der Phasensprünge kann dann mit besonderem Vorteil gemessen werden, woraus anschließend die Durchlaufzeit der Perioden durch die Gatterket­ te bestimmt werden kann. Auf diese Weise ist eine sehr einfache Eichung mög­ lich, ohne hierfür besondere Eich- oder Kalibrierzyklen vorzusehen.

Die Zähleinrichtung der ersten Einrichtung für die Grobzeitmessung kann auf Ba­ sis der Erfindung ein frequenzbeaufschlagtes Flip-Flop umfassen, womit eine äu­ ßerst einfache, aber wirkungsvolle Zähleinrichtung geschaffen wird. Dies gilt um so mehr, wenn, wie erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein kann, die Zählein­ richtung einen, ggf. dem Flip-Flop nachgeschalteten, zumindest in der ersten Stufe asynchronen Zähler, insbesondere einen Binärzähler, umfaßt, mittels wel­ chem die einzelnen Perioden sicher gezählt werden können.

Probleme können im Rahmen der Zählung der Periodenanzahl des Oszillators dann entstehen, wenn das Stop-Signal genau im Zeitpunkt des Ansteigens einer Flanke eines neuen Signals oder in einem sehr eng begrenzten Toleranzbereich dazu gegeben wird. In diesem Fall ist es dann fraglich, ob die Zähleinrichtung das neue Signal bereits gezählt hat oder noch nicht. Zu diesem Zweck ist im Rahmen der Erfindung ferner vorgesehen, daß ein zweites, dem ersten Flip-Flop vorge­ schaltetes frequenzbeaufschlagtes Flip-Flop vorgesehen ist. Dieses Flip-Flop än­ dert seinen Zustand, da vorgeschaltet, vor dem eigentlichen Zähl-Flip-Flop, was dahingehend von besonderem Vorteil ist, daß bei dem genannten Problemfall im Zeitpunkt des Stop-Signals entweder unterschiedliche Zustände der Flip-Flops vorliegen, was bedeutet, daß die neue Periode im Zähl-Flip-Flop noch nicht ge­ zählt ist. Befinden sich beide Flip-Flops im gleichen Schaltzustand, so ist die neue Periode bereits gezählt. Neben der Ausführungsform, daß beide Flip-Flops auf die selbe Flanke des Oszillator-Signals reagieren, kann in weiterer Erfindungsausge­ staltung das zweite Flip-Flop derart ausgeführt sein, daß es auf die entgegenge­ setzte Flanke des Oszillator-Signals reagiert, wozu erfindungsgemäß vorgesehen sein kann, daß dem zweiten Flip-Flop ein Inverter vorgeschaltet ist, der das anlie­ gende Oszillator-Signal invertiert und so die entgegengesetzte Schaltflanke liefert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Beispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 2 die Gatterkette in Tristate-Ausführung,

Fig. 3 die Gatterkette mit D-Flip-Flops zum Auslesen,

Fig. 4 die Gatterkette mit Schaltungselementen in Form transparenter D-Flip-Flops, und

Fig. 5 eine Schaltskizze der ersten Einrichtung zur Grobzeitmessung.

Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung. Diese besteht aus einem Oszillator 1, der mittels des Start-Signals 2 angestoßen wird und zu schwingen beginnt, wobei die Periodendauer - natürlich abhängig vom verwendeten Oszillatortyp und dessen Stabilitätseigenschaften - in der Regel um einen Faktor 3 kleiner als das kürzeste zu messende Zeitintervall ist. Dieses Oszil­ lator-Signal wird zunächst auf eine erste Einrichtung 3 für die Grobzeitmessung gegeben. Mit dieser Einrichtung 3 werden die einzelnen kompletten Perioden des vom Oszillator bereitgestellten Signals gezählt, anhand welcher eine Grobbestim­ mung der seit Beginn der Messung, also im Zeitpunkt der Zufuhr des Start-Signals, bis zu dem Zeitpunkt, in dem ein Stop-Signal 4 zugeführt wird, bestimmt wird. Parallel dazu wird das Oszillator-Signal einer Gatterkette 5 zugeführt, die dem Oszillator 1, der ein separates Bauteil darstellt, direkt nachgeschaltet ist. Die Gatterkette 5 besteht aus einer Vielzahl von nichtinvertierenden Schaltungsele­ menten 6, die, wie bezüglich der Fig. 2 bis 4 beschrieben werden wird, in un­ terschiedlichen Modifikationen ausgeführt sein können. Die Schaltungselemente sind zur Vermeidung geometrischer Ungleichmäßigkeiten in linearer Reihe hinter­ einander angeordnet. Jedes der identischen Schaltungselemente 6 besitzt eine Verzögerungsfunktion, so daß die die Gatterkette 5 durchlaufende Welle an jedem Schaltungselement in gleicher Weise vorbestimmt verzögert wird. Auf diese Wei­ se ist eine entsprechend hohe Auflösung der Welle innerhalb der Gatterkette, die für die anschließende Messung nötig ist, erreichbar. Jeder Ausgang der jeweiligen Schaltungselemente 6 ist mit einer zweiten Einrichtung 7 für die Feinzeitmessung verbunden. Mittels der Gatterkette 6 und der Feinzeitmessung 7 ist es möglich, das durch die Gatterkette 6 laufende Oszillator-Signal an seiner jeweiligen Positi­ on im Moment der Zufuhr des Stop-Signals zu ermitteln. Zu diesem Zweck verzö­ gern die Schaltungselemente 6 das zugeführte Oszillator-Signal, um eine hohe Auflösung zu erreichen. Wird nun das Stop-Signal 4 zugeführt, so wird dies zum einen der Einrichtung 3 gegeben, die entsprechend die Zählung der kompletten Oszillatorperioden beendet. Gleichzeitig wird das Stop-Signal 4 der Einrichtung 7 zugeführt, in welcher es mit Wirkung für die Schaltungselemente 6 entsprechend verarbeitet wird, was bezüglich der folgenden Fig. 2 bis 4 noch näher be­ schrieben werden wird. Die im Zeitpunkt des Stop-Signals 4 gemessenen Zeiten der Einrichtungen 3 und 7 werden anschließend einer Verarbeitungseinheit 8 zu­ geführt, in welcher anhand der jeweiligen Werte der tatsächliche Zeitwert zwi­ schen Start- und Stop-Signal berechnet und ausgegeben wird, wobei der Berech­ nungsmodus grob wie folgt angegeben werden kann:
t_gesamt = n ·t_grob + x · t_Verzögerung, mit
t_gesamt: zu messende Gesamtzeit
n: Anzahl der Oszillatorperioden
t_grob: Periodendauer des Oszillators
x: Position der Flanken bzw. des Zustandswechsels in der Gatterkette
t_Verzögerung : Verzögerungszeit eines Schaltungselements.

In Fig. 2 ist nunmehr eine erste Ausführungsform der Gatterkette dargestellt. Die Schaltungselemente 6 bei dieser Ausführungsform sind als Tristate-Elemente ausgeführt. Am Eingang der Gatterkette liegt das Oszillator-Signal f_osz an. Die zu­ geführte Welle durchläuft im Falle, daß kein Stop-Signal zugeführt wird, die ge­ samte Kette. Wird nun das Stop-Signal zugeführt, werden alle Schaltungselemen­ te der Kette gleichzeitig in einen hochohmigen Zustand versetzt. Da mit der durchlaufenden Welle in den einzelnen Elementen Zustandsänderungen bedingt werden, und da bei Eintreffen des Stop-Signals infolge der Hochohmigkeit der Elemente ein weiteres Durchlaufen der Welle nicht mehr möglich ist, werden die jeweiligen Glieder quasi in ihren vorhandenen Zuständen "eingefroren". Diese werden dabei in den Gate-Kapazitäten 9 der jeweils nachfolgenden Elemente ge­ speichert. Die gespeicherten Ladungen werden im Anschluß an die Messung mit einem Übernahmesignal S_Übernahme über elektronische Schalter auf eine nachge­ schaltete Dekodierschaltung übernommen und letztlich innerhalb der Einrichtung 7 ausgewertet und für die Verarbeitungseinheit 8 aufbereitet. Anhand dieser La­ dungszustände, die sich ja abhängig davon, wo der jeweilige Wellenpegel gerade anliegt, ändern, kann somit die momentane Position des Pegels im Zeitpunkt des Stop-Signals bestimmt werden und anhand der durchlaufenen Schaltungselemen­ te und der bekannten Verzögerungszeiten derselben die Zeit bestimmt werden, die seit dem Beginn der Periode, in welcher das Stop-Signal gegeben wird, ver­ gangen ist.

Fig. 3 zeigt eine Gatterkette, bei welcher die Schaltungselemente 6 mit ihrem je­ weiligen Ausgang an D-Flip-Flops 11 anliegen. Der Ausgang jedes Schaltungse­ lements liegt dabei auf dem D-Eingang 12 eines jeden Flip-Flops. Am Taktein­ gang 13 jedes D-Flip-Flops liegt im entsprechenden Fall das Stop-Signal 4 an und aktiviert diesen. Wird das Stop-Signal 4 gegeben, so werden die Flip-Flops in ih­ rem Schaltzustand abhängig davon, wie weit die Welle bereits durchgelaufen ist, entsprechend gesteuert bzw. betätigt. Der jeweilige Zustand kann dann über den Q-Ausgang der jeweiligen Flip-Flops mittels der Dekodierschaltung 10 ausgelesen werden. Mit der in Fig. 3 gezeigten Schaltung kann der momentane Stand der Flanke in der Gatterkette detektiert werden.

Eine weitere Ausführungsform einer Gatterkette ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei besteht die Gatterkette und damit jedes Schaltungselement selbst aus transparenten D-Flip-Flops 14. Das Oszillator-Signal liegt an den D-Flip-Flops 14 jeweils am D-Eingang an bzw. tritt am Q-Ausgang wieder aus. Am C-Eingang ist das Stop-Signal 4 anlegbar. Liegt kein Stop-Signal an, so ist der C-Eingang auf 1 gelegt. In diesem Fall wirkt das D-Flip-Flop wie ein normales Schaltungs- oder Buffer-Element. Die Welle läuft mit einer gewissen elementspezifischen Verzögerung durch die gesamte Kette. Wird nun das Stop-Signal gegeben, so wird der Stop-Eingang auf 0 gelegt, so daß in den transparenten D-Flip-Flops der jeweils letzte Zustand abgespeichert und auch hier die Kette quasi "eingefroren" wird. Dieser Zustand kann am jeweiligen Q ausgelesen werden, wobei der Zustand abhängig davon ist, wie weit die Welle durchgelaufen ist, d. h., die Detektierschaltung 10 liest abhängig vom Zustand eine 0 oder eine 1 aus.

Fig. 5 zeigt nun eine prinzipielle Schaltskizze des Aufbaus der Einrichtung 3 für die Grobzeitmessung. Diese besteht zunächst aus einem ersten Flip-Flop 15, dem das Oszillator-Signal f_osz auf seinen Eingang gegeben wird. Am T-Eingang liegt das Stop-Signal 4 an. Dem Flip-Flop 15 nachgeschaltet sind weitere Zählstufen 16 in Form eines Binärzählers, wobei das Flip-Flop 15 und der Binärzähler 16 in ei­ nem asynchronen Verhältnis zueinander stehen. Über dem Q-Ausgang wird, wenn eine neue Periode am Flip-Flop 15 anliegt, dem Binärzähler 16 ein Signal auf sei­ nen Eingang gegeben, so daß die Wertigkeit entsprechend um 1 erhöht wird. Dies wird so lange betrieben, bis das Stop-Signal am T-Eingang anliegt. Für den Fall, daß das Stop-Signal 4 genau oder nur in einem minimalen Zeitbereich vor oder nach dem Auftreten einer Flanke einer neuen Periode, die zu einer Zählung führt, gegeben wird, ist dem Flip-Flop 15 ein zweites Flip-Flop 17 vorgeschaltet, mittels welchem es letztlich feststellbar ist, ob das Flip-Flop 15 diese neue Flanke bereits gezählt hat oder nicht. Diesbezüglich muß Sicherheit bestehen, da ansonsten entweder eine Periode zu viel oder zu wenig gezählt wurde. Am Eingang des Flip-Flops 17 liegt ebenfalls das Oszillator-Signal f_osz an, jedoch mit zum normalen Si­ gnal entgegengesetzter Flanke, da das Signal mittels eines Inverters 18 invertiert wird. Am T-Eingang des Flip-Flops 17 liegt auch hier das Stop-Signal 4 an. Das Flip-Flop 17 reagiert auf die entgegensetzte Flanke des invertierten Oszillator-Signals. Wird diese gegeben, so schaltet das Flip-Flop 17 infolge seiner Vorschal­ tung zeitig früher als das Flip-Flop 15 und hat somit für die Zeit bis zum Schalten des Flip-Flops 15 einen anderen Schaltzustand als dieses. Kommt nun das Stop-Signal 4, so werden die Zustände in den beiden Flip-Flops 15 und 17 fixiert. An­ hand der an den Q-Ausgängen anstehenden Signale 19 und 20 ist es dann mög­ lich, festzustellen, ob das Flip-Flop 15 die neue Periode bereits gezählt hat oder aber nicht. Haben die Signale 19 und 20 die gleiche Wertigkeit, so hat der Zähler 16 bzw. das Flip-Flop 15 bereits geschaltet und damit die Periode gezählt. Stim­ men die beiden Signale 19 und 20 nicht überein, so erfolgte noch keine Signalzäh­ lung. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, daß es sich bei der ersten Stufe des Grobzählers um einen Asynchronzähler handelt, d. h., daß die höheren Stufen erst dann schalten können, wenn die erste Stufe, nämlich das Flip-Flop 15, bereits geschaltet hat.

Claims (17)

1. Elektronische Schaltung zum hochauflösenden Messen von Zeiten, mit ei­ nem zu Beginn der Zeitmessung anzustoßenden Oszillator, einer ersten Einrichtung zur Grobzeitmessung, in der die Anzahl der Oszillatorperioden gezählt wird, einer zweiten Einrichtung zur Feinzeitmessung umfassend ei­ ne Gatterkette, in der die Phasenlage der momentan anliegenden Periode des Oszillators im Zeitpunkt der Beendigung der Zeitmessung bestimmt wird, anhand welcher die Zeit seit dem Auftreten der Periodenflanke ermit­ telbar ist, und einer mit der ersten und der zweiten Einrichtung kommunizie­ renden Verarbeitungseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterkette (5) dem separaten Oszillator (1) nachgeschaltet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterkette als geometrisch lineare Gatterkette ausgebildet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gat­ terkette (5) aus identischen nichtinvertierenden Schaltungselementen (6) besteht.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung­ selemente (6) eine Verzögerungsfunktion besitzen.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente (6) Tristate-Elemente (Fig. 2) sind.

6. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schaltungselement (6) ein D-Flip-Flop (11) nachgeschaltet ist, dessen D-Eingang (13) mit dem Ausgang des Schaltungselements (6) verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente transparente D-Flip-Flops (14) sind.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatterkette (5) und ggf. den Schaltungselementen (6), den D-Flip-Flops (11) oder den transparenten D-Flip-Flops (14) eine Dekodierschal­ tung (10) nachgeschaltet ist.

9. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl der Schaltungselemente (6) der Gatterkette (5) derart gewählt ist, daß mindestens zwei komplette Oszillatorperioden führ­ bar sind.

10. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Oszillator ein Festfrequenzoszillator, insbesondere mit einem Quarz oder Keramikresonator ist.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein Laufzeit- oder ein Rückkopplungsoszillator ist.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oszillator eine Einrichtung zur Bestimmung der Frequenz nachgeschaltet ist.

13. Schaltung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pe­ riodendauer des Oszillators mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor 3 kleiner ist als die Durchlaufzeit einer Periode durch die Gatterkette.

14. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähleinrichtung (3) der ersten Einrichtung für die Grob­ zeitmessung ein frequenzbeaufschlagtes Flip-Flop (15) umfaßt.

15. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähleinrichtung (3) einen, gegebenenfalls dem Flip-Flop (15) nachgeschalteten, zumindest in der ersten Stufe asynchronen Zähler (16), insbesondere einen Binärzähler umfaßt.

16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, dem ersten Flip-Flop (15) vorgeschaltetes frequenzbeaufschlagtes Flip-Flop (17) vorgesehen ist.

17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Flip-Flop (17) ein Inverter (18) vorgeschaltet ist.