DE2263824A1 - Verfahren und vorrichtung zur analyse von zeitintervallen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Zeitintervallen zwischen zwei elektrischen Signalen.

Ein bekanntes Verfahren besteht darin, daß mit N gleichen Stufen, die N in Kaskadenschaltung betriebenen Grund-Verzögerungsgliedern des Wertes t zugeordnet sind, ein mehrfaches Intervall χ · t bestimmt wird, das am nächsten vor oder nach dem zu messenden Intervall liegt (θ £ χ ^ N) . Eine hohe Meßauflösung erfordert immer eine sehr große Anzahl von N Stufen. Die Vorrichtung wird daher sehr aufwen-

4328.3)-Ko-r (8)

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dig und teuer und kann somit auch nur schwierig oder gar

nicht verwirklicht werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Analyse der Zeitintervalle zwischen zwei elektrischen Signalen V₁ und V , die zeitlich in dieser Reihenfolge aufeinanderfolgen, gelöst durch die folgenden Verfahrensschritte:

Einspeisung des ersten Signals V in mehrere in Reihe geschaltete Verzögerungsglieder, die alle das Signal im wesentlichen ohne Verformung und mit einer Verzögerung P übertragen,

Erfassung des i-ten Verzögerungsgliedes, bei dem sicher das Signal V gen tergeleitet wird,

das Signal V genau mit dem Auftreten des Signals V₂ weiAuswertung der vorangehenden Information, die eine erste Messung mit der Genauigkeit P bildet, zur Erzeugung eines Signales V , dessen zeitliche Abweichung in bezug auf das Signal V₂ eine Information über das Restintervall (kleiner als P) liefert, das V. von V im Zeitpunkt des Lesens des i-ten Gliedes trennt, d. h. über den begangenen Fehler der ersten Messung,

Verarbeitung des Signal-Paare V₂, V_ auf eine entsprechende Weise mit einer ähnlichen Einrichtung mit Verzögerungsgliedern mit einer Verzögerung ρ (ρ kleiner Ρ), vom eine zweite Messung mit der Genauigkeit ρ zu erhalten,

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Wiederholung dieses Vorgehens, bis die geforderte Genauigkeit erhalten ist, und

Ermittlung der algebraischen Summe der erhaltenen aufeinanderfolgenden Messungen.

Mit anderen Worten besteht das Verfahren in der Bestimmung der Zahl i zwischen 0 und n.. und des Vielfachen · t eines Grund-Zeitintervalls t.. , wobei dieses Vielfache am nächsten vor oder nach dem zu messenden Zeitintervall liegt,

- in einer Speicherung dieses ersten Meßergebnisses,

- in der Ermittlung des Restintervalles unterhalb von t (Fehler der zuvor beschriebenen Messung),

- in einer Bestimmung der Zahl j zwischen 0 und n„, deren Vielfaches j · t„ mit exults 2«?^eT?»iber t₁ viel kleineren Grund-Zeitintervall t_ am nächsten vor oder nach den Restintervall liegt,

- in einer Speicherung dieses zweiten Meßergebnisses,

- bei Bedarf in einer fortgesetzten Wiederholung der · vorangegangenen Verfahrensschritte für Grund-Zeitintervalle t_, t. usw., und

- in der Bildung der algebraischen Summe, die den verschiedenen Meßergebnissen entspricht. Diese algebraische Summe weist Additionen oder Subtraktionen auf, je nachdem, ob die entsprechende Messung vor oder nach dem Intervall durchgeführt wurde.

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Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Einspeisung des Signales V in die Verzögerungsglieder mit der Verzögerung P,

Erfassung des i-ten Gliedes, das vom Signal V beaufschlagt wird, wenn das Signal V auftritt, was eine erste Messung bildet,

Abnahme des Signals V am Ausgang des i-ten Verzögerungsgliedes zur Erzeugung des Signales V»,

Einspeisung des Signales V₂ in die Verzögerungsglieder mit der Verzögerung p,

Erfassung des j-ten Gliedes, das durch das Signal V₂ beaufschlagt wird, wenn das Signal V- eingespeist wird, was eine zweite Messung bildet,

Subtraktion der Meßergebnisse entsprechend der Beziehung:

· i · P - J · ρ t 6 ,

wobei At das zu messende Intervall und £ den Rest der zweiten Messung bedeutet.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das erste Impulssignal V zwei um eine Zeitdauer R getrennte Anstiegsflanken der gleichen Polarität aufweist, während das Signal V₂ lediglich eine Anstiegsflanke besitzt, und daß das Signal V_g in die Verzögerungsglieder mit der

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Verzögerung ρ über eine Einrichtung ohne Verformung und mit einer Verzögerung R eingespeist wird.

Die erste Flanke des Signals V wird zur Bestimmung der Zahl i verwendet. Die zweite Flanke des Signals V. greift am Ausgang des i-ten Elementes das Signal V~ ab, dessen Abgriff beim Durchgang der ersten Flanke um die kleine Zeit erschwert wurde, die diesen Durchgang von der Ermittlung der Zahl i trennt. Da das Signal V„ so absichtlich mit einer Verzögerung R (die die beiden Anstiegsflanken trennt) versehen wurde, ist es erforderlich, daß das Signal Vp vor seiner Verwendung zusammen mit dem Signal V„ derselben Verzögerung für die zweite Messung, und zwar die Messung j, unterworfen wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch

eine erste Eingangsklemme für das Signal V₁, die mit einer ersten Verzögerungsleitung aus Verzögerungsgliedern mit einer Verzögerung P verbunden ist, eine zweite Eingangsklemme für das Signal V₂, die einerseits mit einer verzögerungsfreien Leitung und andererseits mit einer zweiten Verzögerungsleitung aus Verzögerungsgliedern mit einer Verzögerung ρ über eine Verzögerungseinrichtung verbunden ist,

eine erste Reihe von logischen Gliedern mit zwei Eingängen, die an ihrem Ausgang den Binärzustand angeben, der an ihrem Stelleingang liegt, wenn ihr Steuereingang mit der Anstiegsflanke vor einem elektrischen Signal gespeist wird, wobei der Steuereingang von jedem logischen Glied mit dem Ausgang von jedem Verzögerungsglied der ersten Leitung und

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der Stelleingang von jedem logischen Glied mit der verzögerungsfreien Leitung verbunden ist,

eine zweite Reihe von logischen Gliedern mit zwei Eingängen, wobei der Steuereingang von jedem logischen Glied mit dem Ausgang von jedem Verzögerungsglied der ersten Verzögerungsleitung und der Stelleingang von jedem logischen Glied mit den entsprechenden Ausgängen der logischen Glieder der ersten Reihe verbunden ist, und

eine dritte Reihe von logischen Gliedern mit zwei Eingängen, wobei der Steuereingang von jedem logischen Glied mit dem Ausgang von jedem Verzögerungsglied der zweiten Verzögerungsleitung und der Stelleingang von jedem logischen Glied mit den Ausgängen der logischen Glieder der zweiten Reihe verbunden ist, während die Ausgänge parallel geschaltet sind.

Nachfolgend werden AusfUhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Schaltung der Vorrichtung; Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrene;

Fig. 3 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. h Signalfolgen, die verschiedenen Gliedern der ersten Feinmeß- oder Feineinstelleinrichtung der Vorrichtung entsprechen;

Fig. 5 Signalformen, die verschiedenen Gliedern der

zweiten Feinmeßeinrichtung der Vorrichtung entsprechen;

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Fig. 6 Signalformen, die die relative Stellung der Signale V und V₂ erläutern;

Fig. 7 ein Beispiel für das Ausgangsglied der Vorrichtung; und

Fig. 8 ein Beispiel für eine Anwendung der erfindungsgenäßen Vorrichtung auf einen Mehrbereichs-Zeit-■esser.

In der Fig. 2 ist ein "Zeitdiagramm" zur Erläuterung des erfindungsgemäßcn Verfahrens dargestellt. In diesem Diagramm stellt der Abschnitt I das Zeitintervall dar, das zwei Signale V und V_ trennt. Die Punkte E_, E usw. stellen die verschiedenen Stufen der ersten Verzögerungsleitung oder Verzögerungsstrecke dar. Sie sind um Zeitintervalle P voneinander getrennt. Die Punkte F_Q, F₁ usw. stellen die verschiedenen Stufen der zweiten Verzögerungsleitung dar. Sie sind um eine Zeit ρ voneinander getrennt. Im folgenden werden die verschiedenen Stufen (E_q, E₁ usw./ C-::* ersten Verzögerungsleitung als Feinmeß- oder Feineins teileinrichtung 1 und die verschiedenen Stufen (F_Qt F₁ usw.) der zweiten Verzögerungsleitung als Feinmeßeinrichtung 2 bezeichnet. In der Fig. 2 liegt das äußere Ende des Abschnittes I zwischen den Stufen E. und E*. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens beträgt die durch die erste Feinaeßeinrichtung gemessene Zeit 5 P· Die zweite Feinmeßeinrichtung 2 hat einen Ursprung F_, der mit dem äußeren Ende des Abschnittes I zusammenfällt. Da die Stufe E- der ersten Feinmeßeinrichtung zwischen den Stufen F- und F^ der zweiten Feinmeßeinrichtung liegt, mißt die zweite Feinmeßeinrichtung eine Zeit, die 6 ρ entspricht. Das Zeitinter-

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vail I zwischen den beiden Signalen V und V beträgt also 5 P - 6 p, wobei das Zeitintervall zwischen der Stufe E-der ersten Feinmeßeinrichtung und der Stufe Fg der zweiten Feinmeßeinrichtung den Meßfehler wiedergibt.

Aus der Fig. 2 geht hervor, daß ebenso mit der ersten Feinmeßeinrichtung eine Zeit 4 P (letzte Stufe vor dem äußeren Ende des Intervalls i) gemessen und diese Zeit zu der Zeit hinzugefügt werden kann, die der Anzahl entspricht, mit der ρ zwischen der Stufe E· und dem äußeren Ende des Abschnittes I enthalten ist.

Es ist offensichtlich, daß zur Erzielung einer größeren Meßgenauigkeit eine dritte Feinmeßeinrichtung mit dem Schritt q (q < p) hinzugefügt werden kann. Wie oben erläutert wurde, wird dann ein Zeitintervall, das die Stufen E_ und F^ mit dem Schritt q der dritten Feinmeßeinrichtung trennt, verglichen. Wenn dieser Schritt q r-mal im Zeitintervall enthalten ist, das die Stufen E_ und Fg trennt, beträgt das Zeitintervall I, das die Signale V. und V_ trennt, 5 P - 6 ρ - r · q.

Um die Anzahl der Feinmeßeinrichtungen abhängig von dem zu messenden Zeitintervall und von der gewünschten Genauigkeit zu optimieren, kann eine Näherungsrechnung durchgeführt werden. Man kann beispielsweise annehmen, daß die bereits angeregte Vorrichtung N ♦ 1 Stufen aufweist, während die neue Vorrichtung zur Überdeckung des gleichen Zeitintervalls ζ analoge Vorrichtungen mit jeweils η + 1 Stufen besitzt, so daß die folgende Beziehung gilt:

Gesamtzahl der Stufen N¹ s ζ · (n + 1) und n^z = N.

3 0 9 8 2 7 / 0 8 8

Dabei entspricht der theoretische Optimalwert dem Minimalwert von N¹ für einen gegebenen Wert von N. In einem Fall, in dem N 100 beträgt, erhält man als theoretisches Optimalergebnis: η = 3 oder k, und man findet ζ = 4 für η = k und ζ = 5 für η = 3. In beiden Fällen beträgt N¹ =

In Wirklichkeit sind die beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehenen Stufen weniger kompliziert, und der Optimalwert entspricht einem erhöhten Wert von n. Es ist auf der anderen Seite vorteilhaft, für η den Wert 10 vorzusehen. Diese Überlegungen führen dazu, als Optimalwert ζ = 2 zu verwenden.

Aus diesem Grund wurden bei der Vorrichtung zwei Feinmeßeinrichtungen (z = Z) verwendet. Es ist aber selbstverständlich, daß auch eine Vorrichtung mit ζ = 3 oder k oder jeder anderen Zahl ausgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt ein besonders günstiges Ausführungsbeispiel des Verfahrens durch, d. h. jede Feinmeßeinrichtung nimmt eine Messung über das Zeitintervall hinaus vor.

In der Fig. 1 ist das Grundprinzip der Vorrichtung erläutert. Diese umfaßt einen ersten Block 2, der gleichzeitig die Feinmeßeinrichtung 1 und die Verarbeitungseinrichtung für das Signal V_ enthält, wobei in diese Verarbeitungseinrichtung zwei Signale V und V eingespeist werden. Weiterhin ist ein zweiter Block k vorgesehen, der die zweite Feinmeßeinrichtung aufweist, wobei in den Block k die Signale V_ und V„ eingespeist werden.

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Bevor die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihren Einzelheiten beschrieben wird, soll festgelegt werden, was im folgenden genau unter einem logischen System verstanden werden soll. Es handelt sich dabei um ein D-Flipflop (bistabiles Bauelement) mit einem Steuereingang (im folgenden durch den Buchstaben C bezeichnet), einem Stelleingang (im folgenden durch den Buchstaben D bezeichnet) und einem Ausgang (im folgenden durch den Buchstaben Q bezeichnet). Dieses bistabile Bauelement (Flipflop) arbeitet im Binärsystem, d. h. es besitzt zwei mögliche Zustände 0 und 1. Der Steuereingang spricht auf die Anstiegsflanke des Signals an. Wenn in den Steuereingang eine Anstiegsflanke eingespeist wird, dann nimmt der Ausgang Q den Binärzustand an, den der Stelleingang D besitzt.

In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer ersten Reihe von D-Flipflops, die mit den Bezugszeichen B₁ bis B₀ bezeichnet sind, aus einer zweiten Reihe von D-Flipflops, die mit den Bezugszeichen B' bis B'_1O bezeichnet sind, aus einer dritten Reihe von D-Flipflops, die mit den Bezugszeichen B" bis B" bezeichnet sind. Die erste Reihe von Flipflops bildet die erste Feinmeßeinrichtung der Vorrichtung, die zweite Reihe von Flipflops bildet einen Signalerzeuger für das Signal V„, und die dritte Reihe von Flipflops stellt die zweite Feinmeßeinrichtung der Vorrichtung dar. Die Steuereingänge C , C_ usw. der Flipflops (bistabile Bauelemente) B₁, B₂ usw. sind mit einer Verzögerungsleitung 6 verbunden. Diese Verzögerungsleitung 6 besteht aus mehreren Verzögerungsgliedern 8, wobei diese Verzögerungsglieder 8 jeweils die gleiche Verzögerung P er-

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geben. Im betrachteten Ausführungsbeispiel beträgt diese Verzögerung 1 ns. Es sind ebensoviele Verzögerungsglieder 8 wie Flipflops (bistabile Bauelemente) B₁, B„ usw. vorgesehen, wobei der Steuereingang von jedem dieser Flipflops jeweils mit dem Ausgang des entsprechenden Verzögerungsgliedes 8 verbunden ist. Die Verzögerungsleitung 6 ist am Ausgang des Signalerzeugers aufgezweigt, der das Signal V₁ erzeugt. Dieses Signal V weist zwei Anstiegsflanken auf, die um ein Zeitintervall R getrennt sind. Dieses Signal ist in der Fig. k dargestellt. Das Signal V„ wird in eine verzögerungsfreie Leitung 10 eingespeist. Die Stelleingänge D , D_ usw. der Flipflops (bistabile Bauelemente) der ersten Reihe sind mit der Leitung 10 verbunden. Die Steuereingänge C' , C' usw. der Flipflops (bistabile Bauelemente) B¹ ₁, B' usw. sind mit den Ausgängen von Verzögerungsgliedern, wie beispielsweise den Verzögerungsgliedern 8 der Leitung 6, verbunden, während die Stelleingänge D¹ ₁» D' usw. dieser Flipflops (bistabile Bauelemente) mit den Ausgängen Q₁, Q₂ usw. der Flipflops (bistabile Bauelemente) B , B₂ usw. verbunden sind. Die Ausgänge Q¹ , Q' usw. der Flipflops B¹ ₁, B¹« usw. sind parallel mit einem Leiter 12 verbunden. Die Steuereingänge C¹· , C% usw. der Flipflops (bistabile Bauelemente) B" , B" usw. der dritten Reihe sind mit einer zweiten Verzögerungskette Ik verbunden, während die Stelleingänge an die Leitung 12 angeschlossen sind. Die Verzögerungskette lh besteht aus ebensovielen gleichen Verzögerungsgliedern 16 wie in der dritten Reihe Flipflops vorgesehen sind. Diese Verzögerungsglieder 16 ergeben eine Verzögerungszeit p, wobei ρ in P enthalten ist, das ein Vielfaches von ρ darstellt. Im betrachteten Ausführungsbeispiel beträgt ρ 100 ps. Die Verzögerungsleitung 1*1 ist mit dem Eingang der Leitung 10

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über eine bekannte Verzögerungseinrichtung 18 verbunden. Diese Verzögerungseinrichtung ergibt eine Verzögerung, die gleich ist zum Vert R (Zeitintervall zwischen zwei Anstiegsflanken des Signals V ), erhöht um die Umschaltzeit der Flipflops.

In den Fig. k und 5 ist der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. In diesen Figuren ist die Ansprechzeit von jedem der Flipflops mit e bezeichnet. In der Fig. k sind die Signale dargestellt, die den Ausgangssignalen nach der ersten Feinmeßeinrichtung und der Verarbeitung des Signals V„ entsprechen. In der Fig. 5 sind die der zweiten Feinmeßeinrichtung 2 entsprechenden Signale dargestellt.

Die in der Fig. ka dargestellten Signale stellen das Signal am Steuereingang der Flipflops B und B¹ dar, d. h. sie geben das verzögerte Signal V wieder. Beim Durchgang vom Flipflop B zum Flipflop B wird das Signal V₁ um eine Zeit P (1 ns) verzögert. In der Fig. kb ist das Signal V_ dargestellt, das für alle Kippschaltungen oder Flipflops B das gleiche ist. Bei dem in der Fig. k dargestellten Ausführungsbeispiel kann festgestellt werden, daß die erste Anstiegsflanke des Signals V gegenüber dem Signal V- am Ausgang des Flipflops B_ verzögert ist. Damit gehen das Ausgangssignal Q- des Flipflops B- und ebenso das Eingangsstellsignal D' des Flipflops B' in einen Zustand 1 in dem Augenblick, in dem das um die Zeit e für die Umschaltung des Flipflops erhöhte Signal V erscheint. Dasselbe gilt selbstverständlich für die Flipflops B_g, B₉ und B₁₀ (in den Fig. k und 5 sind lediglich acht erste Stufen dargestellt). Die zweite Anstiegsflanke des Signals V₁

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(in der Figur durch zwei Pfeile dargestellt) ist ab dem ersten Flipflop B gegenüber dem Signal V₂ verzögert, da das Ausgangssignal Q des Flipflops B in diesem Zeitpunkt (um die Zeitdauer e erhöht) in den Zustand 1 geht. Dasselbe gilt selbstverständlich für die anderen Flipflops mit einer Verschiebung von 1 ns.

Wenn die zweite Anstiegsflanke (durch einen Doppelpfeil dargestellt) des Signals V am siebenten Verzögerungsglied ankommt, dann kippt das Flipflop B¹,-, mit einer e entsprechenden Verzögerungszeit, da der Stelleingang D¹„ bereits im Zustand 1 (erste Anstiegsflanke; Fig. kc) ist. Da das siebente Flipflop B¹ zuerst kippt (in den Zustand 1 übergegangen), beträgt die durch die erste Feinmeßeinrichtung erfaßte Zeit T₁ also ?P» d. h. beim beschriebenen Ausführungsbeispiel 7 ns. Sobald ein Flipflop B* gekippt ist, geht das Signal V_ der Leitung 12 in den Zustand 1 über. Im betrachteten Ausführungsbeispiel geht nach dem Kippen des Flipflops B^f_ das Signal V_ in den Zustand 1 (Fig. ke) über. In der Fig. 4f ist das Signal V' dargestellt, das vom Signal V mit einer Verzögerung R + e abgeleitet ist.

In der Fig. 5 sind die der zweiten Feinmeßeinrichtung: 2 entsprechenden Signale dargestellt.

In der Fig. 5a ist ein in der Verzögerungsleitung 16 verzögertes Signal V^r ₂ dargestellt, d. h. diese Kurven stellen das Signal am Steuereingang der Flipflops B" dar. Wenn das verzögerte Signal V¹ ₂ gegenüber dem Signal V verzögert ist, kippt das entsprechende Flipflop B" mit einer Verzögerung e. In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies für das Flipflop B"^. Die durch die

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Feinmeßeinrichtung 2 angezeigte Zeit T^ beträgt also kp, d. h. im betrachteten Ausführungsbeispiel 400 ps. Das Zeitintervall zwischen den Signalen V und V₂ beträgt also C .. bis L₉, d. h. beim betrachteten Ausführungsbeispiel 6_t6 ns Im Übrigen ist der Meßfehler gleich zu der Zeit, die den' Kippzeitpunkt des Flipflops B". von der Anstiegsflanke des Signals V„ trennt.

In der Fig. 6 ist die Wirkungsweise der Flipflops B und B¹ so dargestellt, wie die Signale V und V auftreten:

- In der Fig. 6a kommt das Signal V_? nach dem Signal V₁ an.

- In der Fig. 6b kommt das Signal V gerade vor dem Si

gnal V an.

- In der Fig. 6c kommt das Signal V₂ vor dem Signal V₁ an.

Im ersten Fall kippt die erste Anstiegsflanke des Si gnale V₁ das Flipflop B nicht, während allein die zweite Anstiegsflanke das Kippen bewirkt. Das Flipflop B¹ kippt also nicht. Im zweiten Fall kippt das Flipflop B mit einer Verzögerung e, aber das Kippen ist nicht eindeutig, vielmehr tritt ein "Zittern" auf. Deshalb kippt das Flipflop B* nor mal. In dritten Fall kippt das Flipflop B ebenso wie das Flipflop B¹ normal.

Die Verwendung von zwei Reihen von Flipflops B, B¹ ist aus folgendem Grund erforderlich: Wenn bei einem D-Flipflop

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das Stellsignal kurz vor dem Steuersignal eintrifft, ist die Ansprechzeit der Kippstufe schlecht festgelegt. Mit einer einzigen Reihe von Flipflops B wäre es also unmöglich, ein Signal V_ zu erhalten, das mit einer Genauigkeit von iP ns ein Bild von V ist (i liegt zwischen 1 und N₁). Daher ist die Verwendung der zweiten Reihe von Flipflops B¹ zweckmäßig, bei denen das Stellsignal vor dem Steuersignal eintrifft, im vorliegenden Fall R - e ns vorher. Dies erläutert die Tatsache, daß das Signal V zwei positive Anstiegsflanken besitzt, die um R ns getrennt sind, wobei die erste Anstiegsflanke lediglich auf die Flipflops B einwirkt.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die erste Feinmeßeinrichtung zehn Stufen. Es ist selbstverständlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine davon abweichende Anzahl aufweisen kann. Es ist deshalb erforderlich, daß in der Leitung 6 ebensoviele Verzögerungsglieder 8 wie Flipflops B und Flipflops B¹ vorgesehen sind. Was die Anzahl der Flipflops B" anbelangt, so kann sie von zehn abweichen. Es ist erforderlich, daß ebensoviele Flipflops B" wie Verzögerungsglieder 16 in der Leitung lh vorgesehen sind. Die Anzahl der Flipflops hängt von dem maximalen Zeitintervall, das gemessen werden soll, und von der Genauigkeit ab, die bei der Messung erhalten werden soll. Die Anzahl der Flipflops B" hängt auf gleiche Weise von der Genauigkeit ab, die erhalten werden soll. Wenn die Anzahl der Flipflops B" mit η bezeichnet wird, soll das Produkt η * ρ größer sein als P. Wenn die Anstiegsflanke des Signals V₁ und die Anstiegsflanke des Signals V₂ in Phase bei der Stufe B. ankommen, dann sind zwei Fälle möglich:

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- i6 -

- Die Stufe i sowie die Stufe i + 1 gehen in den Zustand 1 über.

- Die Stufe i bleibt im Zustand 0, und die Stufe i + 1 geht in den Zustand 1 über.

Mit anderen Worten: Es kann für das erste Intervall I die erste Feinmeßeinrichtung ein Zeitintervall, das gleich ist zu i · P oder zu (i + 1) · P, messen. Im ersten Fall wird das Signal V„ durch das Kippen des Flipflops B' erzeugt. Im zweiten Fall wird das Signal V» durch das Kippen des Flipflops B¹ erzeugt. In beiden Fällen ist das Signal V' das gleiche. Dagegen mißt die Feinmeßeinrichtung je nach dem vorliegenden Fall zwei verschiedene Intervalle von P ns. Da der Wert von I dem Meßunterschied der Feinmeßeinrichtungen 1 und 2 entspricht, erhält man in beiden Fällen das gleiche Ergebnis. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, für die zweite Feinmeßeinrichtung 2 eine Anzahl von Stufen zu verwenden, so daß die durch die Feinmeßeinrichtung 2 gegebene maximale Verzögerung etwas oberhalb von P liegt.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden für die Messung eines Zeitintervalles von maximal 10 ns mit einer Genauigkeit von 100 ps 31 Flipflops verwendet. Bei einer Vorrichtung mit lediglich einer Feinmeßeinrichtung wären 100 Bauelemente erforderlich gewesen. Wenn mit η die Anzahl der in einem maximalen Zeitintervall, das mit der Vorrichtung gemessen werden soll, enthaltenen Grundschritte bezeichnet wird, dann verwendet die Vorrichtung mit zwei Feinmeßeinrichtungen anstelle von η Kippstufen (Flipflops) 3 η + 1 Flipflops.

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Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind als Vergleichsglieder zwischen den Signalen D-Flipflops vorgesehen. Es ist offensichtlich, daß auch jede andere Kippstufe, die das gleiche Ergebnis liefert, verwendet werden kann, beispielsweise ein Koinzidenzglied, das von einem monostabilen oder einem bistabilen Glied gefolgt wird, oder ein Antikoinzidenzglied, das von einem monostabilen oder bistabilen Glied gefolgt wird.

In der Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel für den Ausgang der Vorrichtung und zur Speicherung der Ergebnisse dargestellt. Die Ausgangssignale Q¹ oder Q¹ der Flipflops B^f sind mit einer Einrichtung 20 verbunden, die den Rang des ersten Flipflops erfaßt, das in den Zustand 1 übergeht. Zu diesem Zweck kann die Einrichtung 20 aus Gattern für ein exklusives UND oder ODER bestehen, abhängig von dem Fall, in dem die beiden Eingänge mit den Ausgangssignalen der beiden sich folgenden Flipflops B¹ gespeist werden. Der

Ausgang der Einrichtung 20 ist mit einem Umsetzer 22 für den Rang in eine binäre Schreibweise verbunden. Der in eine binäre Schreibweise umgewandelte Rang wird in diesem besonderen Fall in Schieberegister 2h, 26, 28, 30 eingespeist. Das Vorrücken der Schieberegister 24, 26 usw. wird durch das Signal V« über eine Verzögerungseinrichtung 32 gesteuert. Dasselbe gilt für die Rücksteuerung nach 0 von 3k der Flipflops von jeder der beiden Feinmeßeinrichtungen (Verzögerungseinrichtung 36). Es ist selbstverständlich, daß die gleiche Einrichtung am·Ausgang der Flipflops B" vorgesehen ist (durch ein Rechteck dargestellt). Es wird also einerseits der Rang des ersten Flipflops B¹ gespeichert, das seinen Zustand verändert, und andererseits der Rang des ersten Flipflops B", das seinen Zustand verändert. Es

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genügt also eine einfache Subtraktion, um das Zeitintervall zu erhalten, das die beiden Signale V und V trennt. Durch die Schieberegister und durch das Rückstellen auf 0 der verschiedenen Flipflops ist es möglich, mehrere aufeinanderfolgende Zeitintervalle zu messen und zu speichern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also als eine "Mehrfachvorrichtung" bezeichnet werden.

In der Fig. 8 ist ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Mehrfachzeitmesser mit einer hohen Auflösung dargestellt. Der Serienzeitmesser umfaßt, was im vorliegenden Fall von Bedeutung ist, im wesentlichen: einen Taktgeber 38, ein Register 40, das einem Gatter 42 zugeordnet ist, in das das Bezugssignal eingespeist wird, ein Phasensteiler 44, in den die zeitlich zu messenden Impulse über ein EingangSjglied 46 eingespeist werden, ein Leseglied 48 für die Veränderung des Registers 40 und einen Speicher 50.

Wenn eine Feinmeßeinrichtung parallel zum Phasensteller für eine zeitliche Messung der Impulse des Taktgebers geschaltet ist, dann wird die Genauigkeit des Haupttaktgebers erhöht, der eine Auflösung erlangt, die der der Feinmeßeinrichtung entspricht.

Durch die Verwendung einer einem angepaßten Leseglied 54 und einem Speicher 56 zugeordneten Doppelfeinmeßeinrichtung 52 wird beträchtlich die Genauigkeit des Mehrfachzeitmessers erhöht. Durch die gegenwärtige Technologie ist es möglich, ausreichend einfach Mehrfach-Zeitmesser mit einem Hauptteil zu verwirklichen, der mit einer Taktfrequenz von 100 MHz arbeitet.

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Die doppelte Feinmeßeinrichtung weist also eine theoretis.che Meßabstufung von zehn ns auf. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, einen Mehrfach-Zeitmesser mit einer Auflösung von 100 ps anzugeben, indem lediglich eine verhältnismäßig begrenzte Anzahl von Kippstufen benutzt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Analyse von Zeitintervallen kann auch eine dritte Feinmeßeinrichtung aufweisen, die gleich angeordnet ist wie die zweite Feinmeßeinrichtung, wobei der Schritt q ein Teiler des Schrittes ρ der zweiten Feinmeßeinrichtung ist. Dadurch wird die Auflösung der Vorrichtung weiter verbessert.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ' 1. Verfahren zur Analyse des Zeitintervalls zwischen zwei elektrischen Signalen V und V_, die zeitlich in dieser Reihenfolge aufeinanderfolgen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

   Einspeisung des ersten Signals V₁ in mehrere in Reihe geschaltete Verzögerungsglieder (8), die alle das Signal im wesentlichen ohne Verformung und mit einer Verzögerung P übertragen,

   Erfassung des i-ten Verzögerungsgliedes, bei dem sicher das Signal V genau mit dem Auftreten des Signals V₂ weitergeleitet wird,

   Auswertung der vorangehenden Information, die eine erste Messung mit der Genauigkeit P bildet, zur Erzeugung eines Signals V-, dessen zeitliche Abweichung in bezug auf das Signal V_ eine Information über das Restintervall (kleiner als P) liefert, das V„ von V im Zeitpunkt des Lesens des i-ten Gliedes trennt, d. h. über den begangenen Fehler der ersten Messung,

   Verarbeitung des Signal-Paares V , V auf eine entsprechende Weise mit einer ähnlichen Einrichtung (i*0 mit Verzögerungsgliedern mit einer Verzögerung ρ (ρ kleiner Ρ), um eine zweite Messung mit der Genauigkeit ρ zu erhalten,

   Wiederholung dieses Vorgehens, bis die geforderte Genauigkeit erhalten ist, und

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   Ermittlung der algebraischen Summe der erhaltenen, aufeinanderfolgenden Messungen.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

   Einspeisung des Signals V in die Verzögerungsglieder mit der Verzögerung P,

   Erfassung des i-ten Gliedes, das vom Signal V₁ beaufschlagt wird, wenn das Signal V„ auftritt, was eine erste Messung bildet,

   Abnahme des Signals V am Ausgang des i-ten Verzögerungsgliedes zur Erzeugung des Signals V„_f

   Einspeisung des Signals V in die Verzögerungsglieder mit der Verzögerung p,

   Erfassung des j-ten Gliedes, das durch das Signal V₂ beaufschlagt wird, wenn das Signal V„ eingespeist wird, was eine zweite Messung bildet,

   Subtraktion der Meßergebnisse entsprechend der Beziehung: At=i«P-j'p+6,

   wobei At das zu messende Intervall und 6* den Rest der zweiten Messung bedeutet.

   3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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   daß das erste Impulssignal V zwei um eine Zeitdauer R getrennte Anstiegsflanken der gleichen Polarität aufweist, während das Signal V lediglich eine Anstiegsflanke besitzt und daß das Signal V₀ in die Verzögerungsglieder mit der Verzögerung ρ über eine Einrichtung ohne Verformung und mit einer Verzögerung R eingespeist wird.

   k. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch

   eine erste Eingangsklemme für das Signal V₁, die mit einer ersten Verzögerungsleitung (6) aus Verzögerungsgliedern (8) mit einer Verzögerung P verbunden ist, eine zweite Eingangsklemme für das Signal V₂, die einerseits mit einer verzögerungsfreien Leitung (1O) und andererseits mit einer zweiten Verzögerungsleitung (i4) aus Verzögerungsgliedern (i6) mit einer Verzögerung ρ über eine Verzögerungseinrichtung (i8) verbunden ist,

   eine erste Reihe von logischen Gliedern (Β.) mit zwei Eingängen, die an ihrem Ausgang (Qj) den Binärzustand angeben, der an ihrem Stelleingang (θ.) liegt, wenn ihr Steuereingang (C,) mit der Anstiegsflanke vor einem elektrischen Signal gespeist wird, wobei der Steuereingang (C.) von jedem logischen Glied mit dem Ausgang von jedem Verzögerungsglied (8) der ersten Leitung (6) und der Stelleingang (D.) von jedem logischen Glied (B.) mit der verzögerungsfreien Leitung (ΐθ) verbunden ist,

   eine zweite Reihe von logischen Gliedern (B'_±) mit zwei Eingängen, wobei der Steuereingang (C· ) von jedem logischen Glied mit dem Ausgang von jedem Verzögerungsglied (8) der

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   ersten Verzögerungsleitung (6) und der Stelleingang (D¹.) von jedem logischen Glied mit den entsprechenden Ausgängen (Q.) der logischen Glieder (B.) der ersten Reihe verbunden ist, und

   eine dritte Reihe von logischen Gliedern (B" ) mit zwei Eingängen, wobei der Steuereingang (C".) von jedem logischen Glied mit dem Ausgang von jedem Verzögerungsglied (i6) der zweiten Verzögerungsleitung {^h) und der Stelleingang (D^m . ) von jedem logischen Glied (B" . ) mit tien Ausgängen (Q¹.) der logischen Glieder der zweiten Reihe verbunden ist, während die Ausgänge (Q"j) parallel geschaltet sind.

   5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Glieder mit zwei Eingängen D-Flipflops sind, die auf die Anstiegsflanken des Steuersignals ansprechen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch k oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Reihe η bistabile Kippstufen (B",) besitzt, wobei das Produkt η · ρ größer ist als P.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (i8), die mit dem Eingang der zweiten Verzögerungsleitung (i4) verbunden ist, eine Verzögerung gleich der Zeit R zwischen den Anstiegsflanken des Signals V., erhöht um die Ansprechzeit einer bistabilen Kippstufe, bewirkt.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche k bis 7 t da-

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   durch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (Q".) der bistabilen Kippstufen (B".) der zweiten Reihe mit einer logischen Einrichtung (66, 68) verbunden sind, die den Rang der ersten
   bistabilen Kippstufe dieser Reihe erfaßt, die ihren Zustand verändert hat, um diesen Rang binär umzusetzen.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (Q".) der bistabilen Kippstufen (B" ) der dritten Reihe mit einer logischen Einrichtung verbunden sind, die den Rang der ersten bistabilen Kippstufe dieser Reihe erfaßt, die ihren Zustand verändert
   hat, um diesen Rang in eine binäre Schreibweise umzusetzen.

   10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9» dadurch
   gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Binärumsetzer (68)
   mit Schieberegistern (70 - 76) verbunden sind, deren Steuereingang mit der Eingangsklemme für das Signal V über eine zweite Verzögerungseinrichtung (78) verbunden ist.

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