DE3209529C2

DE3209529C2 - Bezüglich Drift und Nicht-Linearität kompensierter, intervallausdehnender Zeitgeber

Info

Publication number: DE3209529C2
Application number: DE3209529A
Authority: DE
Inventors: Mishio Osato Saitama Hayashi
Original assignee: Takeda Riken Industries Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1981-03-16
Filing date: 1982-03-16
Publication date: 1983-07-28
Also published as: DE3209529A1; US4523288A; JPS57151888A

Abstract

Ein bezüglich Drift und Nicht-Linearitäten kompensierter intervallausdehnender Zeitgeber, in dem ein Zeitintervall ΔT + nT ↓0 als Summe eines zu messenden Zeitintervalls ΔT und eines konstanten Zeitintervalls nT ↓0 sowie Zeitintervalle (n + 1)T ↓0 und nT ↓0 nach ihrer Ausdehnung gemessen werden, berechnet den Ausdruck (Formel) auf der Basis der Meßergebnisse, um dadurch das Zeitintervall ΔT zu messen. Die Ausdehnung der Zeitintervalle erfolgt folgendermaßen: Eine Festspannung wird durch einen ersten Integrator in einer gegebenen Zeitdauer integriert, und die Festspannung wird von einem zweiten Integrator mit einer geringeren Integrationsgeschwindigkeit als beim ersten Integrator integriert. Die Übereinstimmung der Ausgangssignale der Integratoren wird erfaßt, und das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Integration durch den zweiten Integrator und der Feststellung der Übereinstimmung wird als intervallausgedehnte Ausgangsgröße erhalten. Die Zeitintervalle ΔT + nT ↓0, (n + 1)T ↓0 und nT ↓0 werden jeweils nach einem solchen Verfahren ausgedehnt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zeitgeber zum Messen eines Zeitintervalls, indem beispielsweise Taktimpulse gezählt werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Zeitintervall-

Meßeinrichtung, mittels der ein Zeitintervall mit hoher Genauigkeit dadurch gemessen wird, daß ein Bruchteil der Taktperiode ausgedehnt wird, um eine Kompensation bezüglich Drifterscheinungen und Nicht-Linearitäten zu erhalten.

Zum Messen eines Zeitintervalls Δ T wird ein Zeitintervall gemessen, welches der Addition von AT und einer Konstanten nTo entspricht (n ist eine positive ganze Zahl, und T₀ ist ein Festwert), nachdem eine Ausdehnung mit einer festen Geschwindigkeit erfolgte, und es werden konstante Zeitintervalle (n+1) 7ö und nTo gemessen, nachdem diese in ähnlicher Weise mit der erwähnten festen Geschwindigkeit ausgedehnt wurden. Unter Verwendung der Meßergebnisse der Zeitintervalle ΔΤ+πΤο, (n+l)To und nT₀ wird der folgende Ausdruck berechnet:

(AT+nT₀)-nT₀ _yT "\n+\)T₀-nT_a ' °

Durch eine solche Intervallausdehnung können Meßergebnisse mit hoher Genauigkeit eraelt werden. Ferner kann durch Ausdehnen des Zeitintervalls, dem der Festwert nTo in der geschilderten Weise hinzugefügt ist, selbst dann eine lineare Ausdehnung erfolgen, wenn das Zeitintervall Δ T sehr kurz ist und wenn die Ausdehnungskennlinie der Intervallausdehnungseinrichtung in einem schmalen Eingangs-Zeitintervallbereich nicht-linear ist. Selbst wenn die Ausdehnungseiririchtung einer Temperaturdrift ausgesetzt ist, wird der Driftanteil durch die Berechnung des obigen Ausdrucks eliminiert, wodurch eine genaue Messung gewährleistet ist. Eine solche Zeitintervall-Meßeinrichtung ist zum Beispiel in der DE-OS 28 55 819 beschrieben. Mit dieser bekannten Intervallausdehnungseinrichtung werden die erwähnten Zeitintervalle ΔΤ\+ηΤο, (n+\)To und nTo jeweils durch einen herkömmlichen Integrator in Spannungen umgesetzt, weiche in individuellen Spannungshalteschaltungen gehalten werden. Eine Übereinstimmung zwischen den jeweiligen in den Halteschaltungen gespeicherten Spannungen und dem integrierten Ausgangssignal eines Integrators, dessen Integrationsrate geringer ist als die des erwähnten Integrators, wird ermittelt. Die Zeitdauer zwischen dem Beginn der Integration durch den letztgenannten Integrator und der Erfassung der Übereinstimmung wird als ein für das ausgedehnte Zeitintervall repräsentatives Ausgangssignal abgegeben. Da bei der bekannten Anordnung drei Spannungshalteschaltungen verwendet werden, führen Abweichungen in deren Kennlinien aufgrund von Temperaturschwankungen und Alterungserscheinungen zu Meßfehlern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zeitintervall-Meßeinrichtung zu schaffen, die durch Schwankungen der Umgebungstemperatur und durch Alterungserscheinungen nicht abträglich beeinflußt wird. Es soll weiterhin eine Einrichtung geschaffen werden, die eine Vereinfachung der Steuerschaltung und anderer Schaltungselemente ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Gemäß der Erfindung wird also eine feste Spannung durch einen ersten Integrator während einer gegebenen Zeitdauer, daß heißt während eines der Zeitintervalle ΔΤ+ηΤο. (n+\)To und nT₀, integriert. Dann wird die Pestspannung von einem zweiten Integrator integriert, und zwar mit einer geringeren Integrationsrate als beim ersten Integrator. Die integrierten Ausgangssignale des ersten und zweiten Integrators werden verglichen, um eine Übereinstimmung dieser Größen festzustellen. Die Zeitdauer zwischen dem Beginn der Integration durch den zweiten Integrator und dem Feststellen der Übereinstimmung ist ein für das ausgedehnte Zeitintervall repräsentatives Ausgangssignal. Dieser Vorgang wird für jedes dür Zeitintervalle Δ Τ+πΤο, (π+I)To und nTo ausgeführt, und im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung ist man

ίο nicht auf Spannungshalteschaltungen angewiesen. Folglich arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung ohne einen solchen Unsicherheitsfaktor, der bei der oben beschriebenen Einrichtung durch die Streuung der Kennlinien der Spannungshalteschaltungen hervorgerufen wird.

Der erste und zweite Integrator werden folgendermaßen gesteuert: Ein bezüglich eines Taktimpulses um 4T] verschobener Impuls gelangt an einen ersten Schaltsignalgenerator, um diesen zu triggern und ein erstes Schaltsignal zu erzeugen. Durch das erste Schaltsignal beginnt der erste 'integrator mit dem Integrieren. Das erste Schaltsignal treibt eine Verzögerungseinrichtung, um ein mit einem Taktsignal synchronisiertes Ausgangssignal zu erzeugen, welches um die Zeit nTo oder (n+ l)7ö nach Maßgabe des Zustands des Ausgangssignals der Ablaufsteuerung verzögert ist. Zu Beginn der Integration.wird eine Verzögerung um die Zeit nTo ausgeführt, und demzufolge erhält man ein verzögertes Ausgangssignal /ST\ + nTo. Angestoßen

jo durch das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung erzeugt ein zweiter Schaltsignalgenerator ein zweites Schaltsignal, durch das der Eingang des ersten Integrators abgeschaltet wird. Dessen bis dahin erhaltener integrierter Wert wird festgehalten, und die Integration durch den zweiten Integrator wird durch das zweite Steuersignal begonnen. Am Ende des zweiten Schaltsignals wird die Ablaufsteuerung fortgeschaltet, und ein taktsynchroner Triggergenerator wird getriggert. Der taktsynchrone Triggergenerator liefert

·»<> entsprechend dem Zustand des Ausgangssignals der Ablaufsteuerung einen Triggerimpuls, und durch diesen Triggerimpuls wird der erste Schaltsignalgenerator erneut angestoßen. Dann wiederholen sich die oben beschriebenen Vorgänge, diesmal liefert d:e Verzöge-

i", rungseinrichtung jedoch ein um (n+ l)7ö verzögertes Ausgangssignal, und wenn das erste Schaltsignal erzeugt wird, liefert die Verzögerungseinrichtung ein um ηT₀ verzögertes Ausgangssignal.

Auf diese Weise werden nacheinander die Zeitinter-

'·!' valle ΔΤ\ + πΤο, (n+\)To und nTo erzeugt, und die Schaltsignale ζικη Steuern des ersten und zweiten Integrators werden durch eine relativ einfache Schaltungsanordnung erhalten. Ferner werden die drei Spannungshalteschaltungen im Gegensatz zum Stand

'·'< der Technik nicht benötigt. Folglich kann die Inlerval!- Meßeinrichtung nach der Erfindung in ihrer Gesamtheit vereinfacht werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhanH der Zeichnungen näher erläutert. Es

η» zeigt

Fig. 1 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung einer herkömmlichen Zeitintervall-Meßfinrichtung,

Fig.2 ein Schaltungsdiagramm zum Veranschaulichen der herkömmlichen Zeitintervall-Meßeinrichtung, F i g. 3 ein Scha.Hingsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zeitintervall-Meßeinrichtung, wobei eine spezielle Ausgestaltung einer Zeitintervall-AusdehnunEseinheit rinruestpllt kt wpli-hp

den hauptsächlichen Teil der Einrichtung bildet,

Fig.4 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der in Fig.3 dargestellten Einrichtung,

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zeitintervall-Meßeinrichtung,

Fig.6 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des in Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar angewandt bei der Messung eines relativ langen Zeitintervalls,

Fig. 8 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach F i g. 7, und

Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm einer modifizierten Ausführungsform der Zeitintervall-Ausdehnungseinheit.

Im folgenden soll zunächst eine Schaltung nach dem Stand der Technik beschrieben werden. Beispielsweise werden Taktimpulse mit einer Periodendauer To gemäß Fig. IB für ein zu messendes Zeitintervall Tx gemäß Fig. IA über eine Gatterschaltung gegeben, um dadurch ein Gatter-Ausgangssignal gemäß Fig. IC zu erhalten. Dann werden N der auf diese Weise ausgeblendeten Taktimpulse gezählt. Gleichzeitig werden ein Zeitintervall ΔΤ\ zwischen dem Anfang der zu messenden Zeit Tx und dem nächstfolgenden Taktimpuls gemäß Fig. ID sowie ein Zeitinvervall Δ7} zwischen dem Ende der Zeit Tx und dem nächstfolgenden Taktimpuls gemäß Fig. ID erfaßt. Dann werden diese erfaßten Zeitintervalle ΔΤ\ und Δ7j gemessen, indem Taktimpulse verwendet werden, deren Frequenz ausreichend größer ist als diejenige der Taktimpulse gemäß Fig. IB. oder nachdem die Zeitintervalle ausgedehnt worden sind. Aus diesen Meßwerten ergibt die Berechnung NT₀ +ΔΤ\ -ΔΤ₂ mit hoher Genauigkeit einen Wert des Zeitintervall Tx.

Obwohl die Zeitintervalle Δ T₁ und Δ T^ sehr kurz sind, können sie in diesem Fall mit hoher Genauigkeit gemessen werden, weil eine oben erwähnte Zeitausdehnungsschaltung vorgesehen ist. deren Aufbau billig ist. Wenn die Zeitintervalle ΔΤ\ und ΔΤ2 jedoch Werte in dem Bereich von 0 bis 7"₀ annehmen, und wenn es sich um sehr kurze Zeitintervalle in der Nähe von 0 handelt, besteht die Möglichkeit, daß sie in einem nicht-linearen Bereich der Wandlerkennlinie eines Zeit-Spannung-Umsetzers liegen, der für die Ausdehnung der Intervalle verwendet wird. Ferner kann auch nicht darüber hinweggesehen werden, daß die Wandlerkennlinie des Zeit-Spannung-Umsetzers Einflüssen der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist. Im Hinblick auf die obigen Schwierigkeiten wurde in der erwähnten deutschen Patentschrift vorgeschlagen, das Zeitintervall Δ T₁ beispielsweise dadurch zu messen, daß drei Impulse wie die in Fig. IF gezeigten Impulse erzeugt wurden, das heißt, ein Impuls einer Dauer von ΔΤχ + ηΤο (n=\ in Fig. IF). ein Impuls einer konstanten Dauer (n+\)To, die langer ist als die konstante Dauer nTo, und ein Impuls der konstanten Dauer nTo, daß die Dauern dieser Impulse nach ihrer Ausdehnung gemessen wurde und daß dann der folgende Ausdruck aus den gemessenen Werten berechnet wurde:

(β+1) T₀ -nT₀
Bei der herkömmlichen Einrichtung erfolgt diese zeitliche Ausdehnung folgendermaßen: Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird eine am Anschluß 13 anstehende Festspannung + E\ durch einen Integrator 11 integriert, dessen Rücksetzschalter 12 in dem Zeitintervall ΔΤ\ + ηΤ₀ geöffnet ist, und das integrierte Ausgangssignal gelangt über einen Umschalter 14 in eine Halteschaltung 15, wo es gespeichert wird. Dann wird -\er Umschalter 14 auf eine Halteschaltung 16 gelegt, und die oben erwähnte Festspannung + E₁ wird integriert, wobei der Rücksetzschalter 12 für das Zeitintervall (N+ I)To geöffnet wird, und das integrierte Ausgangssignal wird in der Halteschaltung 16 gespeichert. Als nächstes wird der Umschalter 14 an die andere Halteschaltung 17 gelegt, und das auf ähnliche Weise durch Integrieren der Festspannung + E\ im Zeitintervall nTo erhaltene Signal wird in der Halteschaltung 17 gespeichert. Danach gelangt das Ausgangssignal von der Halteschaltung 15 über einen Umschalter 18 an einen Eingang eines Vergleichers 19, und eine Fcsispar.nung -f E₁ am Anschluß 23 wird durch einen Integrator 21 integriert, dessen Rücksetzschalter 22 geöffnet gehalten wird. Das integrierte Ausgangssignal gelangt an den anderen Eingang des Vergleichers 19, um eine Übereinstimmung zwischen den beiden Eingangssignalen zu erfassen. In diesem Fall wird die Integrationszeitkonstante des Integrators 21 größer gewählt als die Integrationszeitkonstante des Integrators 11; der Integrator 21 vollzieht die Integration also mit einer ,jiringeren Geschwindigkeit oder Rate als der Integrator 11. Auf diese Weise erhält man das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Integration durch den Integrator 21 bei an de; Halteschaltung 15 liegendem Schalter 18 und der Erfassung einer Übereinstimmung durch den Vergleicher 19 als eine

J5 Ausdehnung des Zeitintervalls ΔΤ\ + ηΤο. In ähnlicher Weise erhält man ausgedehnte Ausgangssignale der Zeitintervalle (n+\) T₀ und nTo, indem die Halteschaltungen 16 und 17 über den Schalter 18 an den Vergleicher 19 gelegt werden.

Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Schaltung unterliegen die Kennlinien der Halteschaltungen 15,16 und 17 jedoch Alterungseffekten und Schwankungen aufgrund von Umgebungstemperaturänderungen, insbesondere unterliegt die Offsetspannung Schwan-

4ϊ kungen, wodurch eine Streuung der Kennlinien der Halteschaltungen 15, 16 und 17 erfolgt, was zu Meßfehlern führt.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zeitintervall-Meßeinrichtung. Ein Integrator 25 enthält einen Operationsverstärker 26, einen Eingangs-Integrationswiderstand 27, der an den Eingang des Operationsverstärkers 26 angeschlossen ist, einen Integrationskondensator 28, der zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers 26 liegt, und einen Rücksetzschalter 29, der parallel zum Integrationskondensator 28 geschaltet ist Ein weiterer Integrator 31 weist eine niedrigere Integrationsrate oder -geschwindigkeit auf als der oben erwähnte Integrator 25. Der Integrator besitzt einen Operationsverstärker 32, einen Eingangs-Integrationswiderstand 33, einen Integrationskondensator 34 und einen Rücksetzschalter 35, ähnlich wie der Integrator 25. Die Ausgangssignale der Integratoren 25 und 31 werden durch einen Vergleicher 36 verglichen, um eine Übereinstimmung dieser beiden Eingangssignale des Vergleichers zu erfassen. Eingangsseitig liegt der Integrator 25 über einen Schalter 37 an einem Anschluß 38, der mit einer Festspannung E\ gespeist wird,

während der Integrator 31 eingangsseitig direkt an den Anschluß 38 angeschlossen ist. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die zu integrierende Spannung, das heißt die Eingangsspannung, für beide Integratoren 25 und 31 denselben Wert hat, wird die Integrationsrate des Integrators 31 niedriger gemacht als diejenige des Integrators 25, indem die Integrationszeitkonstante des ersteren Integrators größer gemacht wird als die des leL-riren. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß die iiingangsspannung des Integrators 31 absolut gesehen kleiner gemacht wird als die Eingangsspannung des Integrators 25, oder dadurch, daß unterschiedliche Integrationszeitkonstanten und unterschiedliche Eingangsspannungen für die Integratoren 25 und 31 kombiniert werden.

Um ein Zeitintervall 7"(siehe Fig.4A) auszudehnen, werden die Schalter 29,35 und 37 zunächst eingeschaltet, und die Spannung E\ am Anschluß 28 wird durch den Integrator 25 integriert, wobei nur sein Rücksetzschalicf 23 iür uic Zcii 7"geöffnet wild, üin das ii'i F lg.4B dargestellte Ausgangssignal zu erhalten. Am Ende der Zeit T werden der Schalter 37 und der Rücksetzschalter 35 geöffnet, und die Spannung £2 wird durch den Integrator 31 integriert, um das in Fig.4C dargestellte Ausgangssignal zu erhalten. Wenn dieses integrierte Ausgangssignal mit der Ausgangsspannung — V, des Integrators 25 übereinstimmt, während das Ausgangssignal des Vergleichers 36 invertiert, und es bekommt den in Fig.4D dargestellten hohen Pegel. Die Zeitdauer <xT zwischen dem Beginn der Integration durch den Integrator 31 und dem Invertieren des Au^gangssignals des Vergleichers 36 stellt eine Ausdehnung des Zeitsignals T dar. In diesem Fall kann der Integrator 31 auch eine geeignete Zeit nach der Integration durch den Integrator 25 betätigt werden.

Die oben erwähnten Zeitintervalle Δ Τ+ηΤο, (η+ 1)7ό und nTo werden nacheinander durch Steuern der Schalter 29, 35 und 37 durch eine Steuerung ! wie im Fall des Zeitintervalls Tausgedehnt, und die ausgedehnten Zeitintervalle werden jeweils durch an einem Zähler 2 für jedes Zeitintervall gegebenen Taktimpulse gemessen. Die Meß- oder Zählwerte des Zählers 2 gelangen an einen Rechner 3, um den obigen Ausdruck (1) zu berechnen. Das berechnete Ergebnis wird mittels einer Anzeige 4 angezeigt.

Selbst wenn also die Kennlinien der Zeitintervall-Ausdehnungselemente gemäß Fig.3, das heißt, die Integratoren 25 und 31 und der Vergleicher 36 Einflüssen durch Alterung und Umgebungstemperaturschwankungen ausgesetzt sind, so werden diese Einflüsse durch die Berechnung des Ausdrucks (1) eliminiert, weil der Ausdruck der Zeitintervalle ΔΤ+ nTo,(n+\)Tound nTo demselben Einfluß unterliegt.

Als nächstes soll anhand von Fig.5 ein spezielles Beispiel der erfindungsgemäßen Zeitintervall-Meßeinrichtung beschrieben werden. An einen Anschluß 41 gelangt ein Rücksetzimpuls, wie er zum Beispiel in Fig.6A gezeigt ist. Dieser Impuls gelangt über ein ODER-Glied 42 an die Rücksetzanschlüsse von D-Flipflops 43, 44 und 45 sowie an einen Rücksetzanschluß eines Zählers 46. An einen Datenanschluß jedes der Flipflops 43 und 44 gelangt stets ein Eingangssignal hohen Pegels »1«. Der Rücksetzimpuls vom Anschluß 41 gelangt außerdem über ein ODER-Glied 47 an einen Voreinstellanschluß eines D-Flipflops 48, und dieser Rücksetzimpuls gelangt weiterhin an ein Schieberegister 49. Demzufolge werden die (^-Ausgänge der Flipflops 43 und 44 niedrig, während die Q-Ausgänge des Flipflops 48 ebenfalls niedrigen Pegel erhält. Die Ausgänge Qa, Qb und Qc des Schieberegisters 49 werden auf »1«, »0« bzw. »0« gesetzt. In diesem Zustand gelangen die Ausgangssignale des Flipflops 43 und 44 über einen Pegelumsetzer 51 an die Rücksetzschalter 29 und 35 der Integratoren 25 und 31, um sie im EIN-Zustand zu halten, was die Integratoren 25 und 31 im Rücksetzzustand hält. Durch das Ausgangssignal des Flipflops 44 wird der Schalter 37 im EIN-Zustand gehalten. Die Schalter 29 und 35 sind jeweils FET-Schalter, die durch ein Eingangssignal hohen Pegels am Gate eingeschaltet werden, und der Schalter 37 ist ein FET-Schalter von der Art, die durch ein Eingangssignal niedrigen Pegels am Gate eingeschaltet werden.

Nach dieser Initialisierung oder Voreinstellung gelangt, wenn ein den Beginn des zu messenden Zeitintervalls 7> (siehe Fig. 1) anzeigender Impuls an einen Anschluß 52 gelegt wird, beispielsweise gemäß

2ü rig. GB iiil Zciipüuki i\, dieser Impuls über ein ODER-Glied 53 an einen Triggeranschluß des Flipflops 43, um dessen Ausgangssignal auf hohen Pegel zu bringen, wie es in F i g. 6D dargestellt ist. Als Folge wird der Rücksetzschalter 29 des Integrators 25 ausgeschaltet, so daß der Integrator 25 mit dem Integrieren der Spannung am Anschluß 38 beginnen kann. Das integrierte Ausgangssignal nimmt nach und nach gemäß F i g. 6F ab. Das hohe <?-Ausgangssignal vom Flipflop 43 gelangt an den Datenanschluß des Flipflops 45, welches

jo gleichzeitig an seinem Triggeranschluß Taktimpulse gemäß Fig.6C empfängt. Folglich bekommt der Ausgang des Flipflops 45 durch einen unmittelbar an den Zeitpunkt fi anschließenden Taktimpuls hohen Pegels, und dieses Ausgangssignal hohen Pegels sowie das Ausgangssignal des Flipflops 43 wird ein UND-Glied 56 geöffnet, welches den Durchlauf von Taktimpulsen vom Anschluß 54 gestattet. Die Ausgangssignale des UND-Glieds 56 werden durch den Zähler 46 gezählt.

In dem oben unter Bezugnahme auf die F i g. 5 und 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die erwähnt-" Zahl η zu Zwei gewählt, und der Zähler 46 ist so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal abgibt, wenn jeweils bis Zwei gezählt wurde. Das heißt: Nach dem Zählen von zwei Taktimpulsen liefert der Zähler 46 sein Ausgangssignal an das Flipflop 44, um es zum Zeitpunkt f2 zu setzen und sein Ausgangssignal auf hohen Pegel zu bringen, wie es in Fi g. 6E gezeigt ist. Durch dieses Ausgangssignal hohen Pegels werden die Schalter 35 und 37 ausgeschaltet, um den Integrationsvorgang des Integrators 25 zu stoppen und an seinem Ausgang eine durch die bis dahin erfolgte Integration erhaltene Spannung V\ zu halten, wie es zum Beispiel in Fig.6F gezeigt ist. Weiterhin wird im Zeitpunkt fe der Rücksetzschalter 35 des Integrators ausgeschaltet, damit der Integrator mit dem Integrieren beginnen kann. Sein Ausgangssignal nimmt nach und nach ab, wie es in Fig.6G dargestellt ist. Die Ausgangssignale der Integratoren 25 und 31 werden von dem Vergleicher 36 verglichen.

Das Ausgangssignal des Flipflops 44 gelangt zu UND-Gliedern 57,58 und 59, die von dem Schieberegister die Signale von den Ausgängen Qa, Qb bzw. Qc empfangen. Darüber hinaus gelangen Taktimpulse, die beispielsweise um eine Größenordnung schneller sind als die Taktimpulse vom Anschluß 54 (siehe F i g. 6K), von einem Anschluß 61 an die UND-Glieder 57,58 und 59, denen der Anschluß 61 gemeinsam ist Folglich weist

im Anfangszustand der Qa-Ausgang des Schieberegisters 49 hohen Pegel auf, und nach dem Zeitpunkt t₂ erhält das Ausgangssjgnal des Flipflops 44 hohen Pegel, so daß das Gatter 57 geöffnet wird und die schnellen Taktimpulse vom Anschluß 61 gemäß F i g. 6L hindurchläßt. Nach dem Erfassen, das das Ausgangssignal des Integrators 31 den Wert Vi erreicht hat, liefert der Vergleicher 36 ein Ausgangssignal hohen Pegels, welches zum ODER-Glied 42 geführt wird und die Flipflops 43,44 und 45 sowie den Zähler 46 zurücksetzt. Durch das Zurücksetzen des Flipflops 44 wird der Schalter 35 eingeschaltet, und das Ausgangssignal des Integrators 31 erhält sofort niedrigen Pegel, wie es in Fig.6H dargestellt ist. Im Zeitpunkt fo, wenn das Ausgangssignal des Flipflops 44 niedrigen Pegel hat, wird ein Zeitgeber 62 getrieben, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches für eine feste Zeitdauer Ta auf hohem Pegel bleibt und im Zeitpunkt U auf niedrigen Pegel zurückfällt (siehe F i g. 61). Durch die Änderung des Aiisgangssignal'; des Zeitgebers fi2 von hohen auf niedrigen Pegel im Zeitpunkt u wird das Schieberegister 49 veranlaßt, mit dem Qa-Ausgang auf niedrigen Pegel zu gehen, während der Q6-Ausgang hohen Pegel erhält. Weiterhin gelangt das Ausgangssignal des Zeitgebers 65 zum Flipflop 48, und da nun das Signal niedrigen Pegels am Qe-Ausgang des Schieberegisters 49 an den Datenanschluß des Flipflops 48 gelangt, steigt dessen ^-Ausgang im Zeitpunkt U gemäß F i g. 6J auf hohen Pegel an. Durch das hohe Ausgangssignal des (^•Ausgangs des Flipflops 48 wird ein Gatter 43 geöffnet, und ein vom Anschluß 54 unmittelbar nach dem Zeitpunkt T« kommender Taktimpuls gelangt über die Gatter 63 und 53 zum Flipflop 43, so daß dessen Ausgangssignal im Zeitpunkt fs hohen Pegel annimmt, wie in Fig.6D gezeigt ist. Auf diese Weise nimmt der Integrator 25 gemäß F i g. 6F das Integrieren wieder auf. Durch den nächsten vom Anschluß 54 kommenden Taktimpuls erhält das Ausgangssignal des Flipflops 45 hohen Pegel, und somit gelangt der nächstfolgende Taktimpuls vom Anschluß 54 über die Gatter 56 und 47 zu dem Voreinstellanschluß des Flipflops 48, um es zu setzen, und sein ^-Ausgang geht auf niedrigen Pegel, wie es in F i g. 6J gezeigt ist. Gleichzeitig werden die Taktimpulse vom Anschluß 54 durch den Zähler 46 gezählt. Wenn der Zähler 46 also zwei Taktimpulse zählt, wird das Flipflop 44 im Zeitpunkt k gesetzt und gibt gemäß F i g. 6E ein Signal mit hohem Pegel ab, was den Integrator 31 veranlaßt, mit dem Integrieren zu beginnen. Das integrierte Ausgangssignal des Integrators 31 verringert sich nach und nach gemäß Fig.6G. Da der <?6-Ausgang des Schieberegisters zu Beginn des Integrationsvorgangs »1« war, wird das Gatter 58 durch das Ausgangssignal des Flipflops 44 geöffnet, um die sehr schnellen Taktimpulse vom Anschluß 61 nach dem Zeitpunkt & hindurchzulassen.

Nach dem Obereinstimmen des Ausgangssignals des Integrators 31 mit dem Ausgangssignal V₂ des Integrators 25 erzeugt der Vergleicher 36 ein hohes Ausgangssignal im Zeitpunkt f₇, wie es oben bereits beschrieben wurde; dieses Ausgangssignal gelangt über das Gatter 42 an die Flipflops 43, 44 und 45 und den Zähler 46, um diese zurückzusetzen. Folglich wird der Zeitgeber 62 getrieben und im Zeitpunkt fe nach der Zeitdauer Ta, während der der Zeitgeber 62 getrieben wurde, wird das Flipflop 48 getriggert Gleichzeitig wird der Inhalt des Schieberegisters 49 verschoben, und der <?c-Ausgang des Schieberegisters erhält hohen Pegel, der zum Flipflop 45 gelangt, um es zu setzen. Im Zeitpunkt tg, wenn der nächste Taktimpuls von dem Anschluß 54 kommt, wird das Flipflop 43 gesetzt, um ein Signal hohen Ptgels gemäß F i g. 6D abzugeben, und sein Ausgangssignal gelangt an den Integrator 25, damit dieser gemäß F i g. 6E den Integrationsvorgang beginnt. Da das Ausgangssignal des Flipflops 43 hohen Pegel hat und da das Ausgangssignal des Flipflops 45 bereits durch den (?c-Ausgang des Schieberegisters 49 einen hohen Pegel erhalten hatte, gelangen Taktimpulse vom

ίο Anschluß 54 durch das Gatter 56. Nach dem Durchlauf von zwei Impulsen des Anschlusses 54 durch das Gatter 56 nach dem Zeitpunkt f₉ liefert der Zähler 46 sein Ausgangssignal an das Flipflop 44, um es zu triggern und dadurch den Schalter 37 zu öffnen. Gleichzeitig wird der Integrator 31 veranlaßt, im Zeitpunkt f| mit dem Integrieren zu beginnen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Gatter 59 geöffnet, um die schnellen Taktimpulse vom Anschluß 61 gemäß F i g. 6N hindurchzulassen. Wenn die Ausgangsspannung Vj vom Integrator 25 und die

2» A.USgangssnanniing vom Integrator 31 zu dem Zeitpunkt übereinstimmen, liefert der Vergleicher 36 im Zeitpunkt in ein Ausgangssignal, durch welches die Flipflops 43 und 44 zurückgesetzt werden, wodurch das Gatter 29 geschlossen wird. Gleichzeitig damit wird auch der Zeitgeber 62 getrieben, so daß er ein Ausgangssignal abgibt, wie es in Fig.61 dargestellt ist. Durch das Abfallen dieses Ausgangssignals wird das Flipflop 48 getrieben, da sein Datenanschluß jedoch das Ausgangssignal hohen Pegels vom Anschluß Qc des

Jf) Schieberegisters 49 zu diesem Zeitpunkt empfängt, erhält der Ausgang Q des Flipflops 48 jetzt keinen hohen Pegel, und demzufolge werden die Taktimpulse vom Anschluß 54 daran gehindert, das Gatter 63 zu durchlaufen, wodurch der Anfangszustand erreicht wird.

In der oben beschriebenen Weise werden von den Gattern 57, 58 und 59 zu Beginn des gemäß F i g. 1 zu messenden Zeitintervalls Tx sehr schnelle Taktimpulse abgeleitet, deren Zahl den drei Zeitintervallen ΔΤι + ηΤο, (η+I)T₀ und ηΤ₀ entspricht. Weiterhin wird am Ende des Zeitintervalls Tx ein Triggerimpuls an den Anschluß 52 gelegt, wodurch die drei Zeitintervalle AT₂ +nTo, (n+\)To und nTo entsprechend den oben erwähnten Intervallen automatisch in der zuvor beschriebenen Weise gemessen werden. Das Flipflop 43

■*"' in Fig.5 bildet einen Schaltsignalgenerator, der ein Schaltsignal zum Steuern des Schalters 29 erzeugt. Das Flipflop 44 bildet einen Schaltsignalgenerator, der ein Schaltsignal zum Steuern der Schalter 35 und 37 erzeugt. Das Schieberegister 49 bildet eine Ablaufsteueso rung zum Messen der Zeitintervalle ΔT\ + nTo, (n+ I)To und nTo in aufeinanderfolgender Weise. Schließlich bilden das Flipflop 45, das Gatter 56 und der Zähler 46 eine Verzögerungseinrichtung zum Erhalten eines mit einem Taktimpuls synchronisierten Ausgangssignals des Zeitintervalls nTo oder (n+\)To, nachdem das Flipflop 43 getriggert wurde. Die Verzögerung des Zeitintervalls nTo oder (n+ I)Io hängt ab vom Ausgangszustand der Ablaufsteuerung 49. Weiterhin dienen das Flipflop 48 und die Gatter 47 und 63 als taktsynchronisierte Triggergeneratoren zum Triggern des Flipflops 43, wenn nicht das Flipflop 43 durch die Impulse vom Anschluß 52 getriggert wird. Dieser Triggergenerator wird durch das Ausgangssignal des Flipflops 44 über den Zeitgeber 62 getriggert In F ig. 5 bilden die Teile außer den Integratoren 25 und 33, dem Vergleicher 36 und dem Schalter 37 die Steuerung 1 gemäß F i g. 3, die die Zeitintervalle ΔΤι+ηΤο, (n+\)T₀ und nTo in Abhängigkeit des Eingangsimpulses erzeugt und jeden Schalter

Il

steuert. Durch Auswahl der Ausdehnung jedes der Zeitintervalle Δ Ti + nTo, (n+\)Tn und nTo in hinreichend hohem Maße besteht die Möglichkeit, als Taktimpulse am Anschluß 61 solche Taktimpulse zu verwenden, die dieselbe Folgefrequenz haben, wie die Taktimpiilse am Anschluß 54.

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 die Messung des Zeitintervalls Tx gemäß F i g. 1 a durch Verwenden des oben geschilderten Verfahrens zum Messen sehr kurzer Zeitintervalle beschrieben werden. Im Zeitpunkt t\ gelangt ein Rücksetzimpuls, wie er zum Beispiel in F i g. 8A gezeigt ist, vom Anschluß 41 zur Zeitintervall-Meßeinrichtung, um diese in den Anfangszustand zu setzen, in diesem Zustand gelangt ein Impuls des zu messenden Zeitintervalls Tx gemäß Fig.8D an einen Anschluß 68 eines Differentiators 69, dessen differenzierte Ausgangssignale dem Ansteigen bzw. Abfallen des Eingangsimpulses entsprechen, wie dies in den Fig.8C und 8D dargestellt ist. Die limetenzierie'i Ausgangssignaie gelangen an eine erste bzw. zweite Bruchteil-Meßeinheit 71 bzw. 72, die identisch aufgebaut sind, wie die in F i g. 5 dargestellte Meßschaltung. Folglich empfangen sie die Rücksetzimpulse vom Anschluß 41, die ersten Taktimpulse vom Anschluß 54 und die schnellen zweiten Taktimpulse vom Anschluß 61.

In der Bruchteil-Meßeinheit 71 werden Impulse der Zeitintervalle ΔΤ\ + πΤ₀, (η+ I)T₀ und nT₀ in der oben geschilderten Weise erzeugt, und die Anzahl der zweiten Taktimpulse entspricht jeweils der Dauer der erwähnten drei Intervalle. Diese Zahlenwerte werden an den Anschlüssen 65a, 66a und 67a erhalten, die den Ausgangsanschlüssen 65, 66 bzw. 67 in F i g. 5 entsprechen. Die Taktimpulse an den Anschlüssen 65a und 66a werden von (umkehrbaren) Auf-/Ab-Zählern 73 bzw. 74 hochgezählt, während die Taktimpulse am Anschluß 67a von den Zählern 73 und 74 heruntergezählt werden. Das Ausgangssigna! am Ausgangsanschluß 64s der Bruchteil-Meßeinheit 71, welches dem Ausgangssignal am Anschluß 64 des Flipflops 44 in Fig.4 entspricht, gelangt an einen Triggeranschluß T eines Flipflops 55, welches vorab zurückgestellt wird, wobei ein Eingangssignal mit hohem Pegel »1« an dessen Datenanschluß D gelegt wurde.

Der (^-Ausgang des Flipflops 75 erhält also gemäß Fig.8H hohen Pegel durch das Ansteigen eines ersten Impulses (im Zeitpunkt t₂ in F i g. 6E) vom Anschluß 64a, und das Ausgangssignal hohen Pegels gelangt an ein Gatter 76. Andererseits wird ein φ-Ausgangssignal von einem Flipflop 77, welches zuvor durch den Rücksetzimpuls des Anschlusses 64 zurückgestellt wurde, als Eingangssignal hohen Pegels an das Gatter 76 gegeben, wie es in Fig.81 dargestellt ist. Gleichzeitig empfängt das Gatter 76 erste Taktimpulse gemäß F i g. 8E vom Anschluß 54. Demzufolge gelangen nach dem Zeitpunkt i2 die ersten Taktimpulse durch das Gatter 76 (wie F i g. 8J), und sie werden von einem Zähler 78 gezählt.

In der zweiten Bruchteil-Meßeinheit 72 wird ein am Ende des Zeitintervalls Tx (F i g. 8D) erscheinender Impuls geliefert, durch den Impulse mit den Zeitdauern ΔΤο+ηΤο, (n+\)To und nTo erzeugt werden. Zweite Taktimpulse, deren Anzahl den Zeitdaue'n dieser drei Impulse entspricht, erscheinen an den Anschlüssen 65b, 66b und 67b, welche den Anschlüssen 65, 66 und 67 in F i g. 6 entsprechen. Dann werden wie im Fall der ersten

ίο Bruchteil-Meßeinheit 71 die von den Anschlüssen 65fi und 66b gewonnenen Impulse durch umkehrbare Zähler 81 bzw. 82 heraufgezählt, und ihre Zählwerte werden dann durch die Impulse am Anschluß 67b heruntergozählt. Aus der zweiten Bruchteil-Meßeinheii 72 wird ein

i> Ausgangssignal (Fig.8G), welches aus einem am Ende des Zeitintervalls Tx erzeugten Impuls (Fig.8D) resultiert, über einen Anschluß 64i\ der dem Anscnluß 64 in F i g. 5 entspricht, an einen Triggeranschluß 7des Flipflops 77 gelegt, und durch das Ansteigen des

-'(! Ausgangssignais am Anschluß 64ö wird das Eingangssignal hohen Pegels in das Flipflop 77 eingelesen, so daß dessen O-Ausgang i_m Zeitpunkt r₃ niedrigen Pegel annimmt, wie in F i g. 81 dargestellt ist. Als Ergebnis wird das Zählen der ersten Impulse im Zähler 48 beendet.

Die Zählwerte n_t und /72 der Zähler 73 und 74, die Zählwerte /73 und n₄ der Zähler 81 und 82 und der Zählwert N des Zählers 78 gelangen an eine arithmetische Arbeitsschaltung 83. In der zweiten Bruchteil-Meßeinheit 72 werden das Ausgangssignal

jo des Zeitgebers 62 und das Ausgangssignal des Ausgangs Qc des Schieberegisters 49 durch das Gatter 89 (wie Fig.5) UNDverknüpft und dessen Ausgangssignal (Fig.8K) gelangt über einen Anschluß 91 an die arithmetische Arbeitsschaltung 83, um deren arithmeti-

Vy sehe Berechnung zu starten. In der arithmetischen Arbeitsschaltung 83 wird der Ausdruck

Hx - Jh\: n₂ η J

berechnet. Das Rechenergebnis stellt das gewünschte Zeitintervall Tx dar, und es wird auf einer Anzeige 84 dargestellt.

Mit der in F i g. 9 dargestellten Anordnung wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Integratoren 25 und 31 durch einen Differentialverstärker 87 verstärkt, und das verstärkte Ausgangssignal wird durch den Vergleicher 36 mit dem Nullpegel verglichen. Die Meßgenauigkeit kann dadurch erhöht werden, daß die Verstärkung des Differentialverstärkers 87 gesteigert wird. Die Erfindung ist nicht nur anwendbar beim Messen von Zeitintervalien, sondern auch beim Messen von Periodendauern und Frequenzen, indem die Reziprokwerte der Periodendauern verwendet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Intervallausdehnender Zeitgeber zum Messen eines Zeitintervalls Δ Tdurch Messen eines Zeitintervalls ΔΤ+ηΤο, das heißt, der Summe des Zeitintervalls Δ Tund eines konstanten Zeitintervalls n% (n ist eine positive ganze Zahl, 7o ist ein Festwert), und konstanter Zeitintervalle (n+1) 7ö bzw. nTo, sowie durch Berechnen des Ausdrucks

UT+nT₀)-nT₀ (n+l)T₀-nT₀ °

gekennzeichnet durch
einen ersten Integrator zum Integrieren einer festen Spannung Ober eine gegebene Zeitdauer,
einen zweiten Integrator zum Integrieren einer festen Spannung (diese kann dieselbe sein wie die genannte feste Spannung, oder aber von dieser verschiedensein) mit einer kleineren Integrationsraie als der erste Integrator,

einen Koinzidenzdetektor der an die Ausgänge des ersten und zweiten Integrators angeschlossen ist, um eine Übereinstimmung zwischen den Integratorausgangssignalen zu erfassen,

eine Zeitintervall-Meßeinrichtung zum Messen des Zeitintervalls zwischen dem Beginn der Integration durch den zweiten Integrator und dem Erfassen einer Obereinstimmung durch den Koinzidenzdetektor, und

eine Steuereini ''.-htung zum Steuern des ersten und zweiten Integrators und der Zeitintervall-Meßeinrichtung, um den ersten Integrator unter Verwendung der Zeitintervalle ΔΤ-~ηΤο, <π+1)7ϊ und nTo als gegebene Zeitdauer zu betätigen und dann den zweiten Integrator zu betätigen, um dadurch das Zeitintervall durch die Zeitintervall-Meßeinrichtung zu messen.

2. Zeitgeber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Konstantspannungsquelle und einen zwischen den ersten Integrator und die Konstantspannungsquelle gelegten Schalter zum Zuführen einer konstanten Spannung an den Integrator, wobei nach Beendigung der Integration durch den ersten Integrator der Schalter durch die Steuereinrichtung ausgeschaltet wird, um den integrierten Wert des ersten Integrators zu halten.

3. Zeitgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koinzidenzdetektor ein Vergleicher ist, dem die Ausgangssignale des ersten und zweiten Integrators zugeführt werden, wobei die Änderung der Polarität des Vergleicher-Ausgangssignals die Erfassung einer Übereinstimmung bedeutet.

4. Zeitintervall-Meßeinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koinzidenzdetektor einen Differentialverstärker aufweist zum Verstärken der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Integrators, und daß ein Yergleicher vorgesehen ist, um das Ausgangssignal des Differentialverstärkers mit dem Nullpegel zu vergleichen, wobei die Übereinstimmung durch die Polaritätsänderung des Ausgangssignals des Vergleichers erfaßt wird.

5. Zeitgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen ersten Schaltsignalgenerator auf-

weist, der durch einen um einen Taktimpuls bezüglich des Zeitintervalls Δ Τ verschobenen Eingangsimpuls getriggert wird, um ein erstes Schaltsignal zu erzeugen, welches den ersten Integrator veranlaßt, mit dem Integrieren zu beginnen, daß eine Ablaufsteuerung vorgesehen ist zum Steuern der Abfolge der Messungen der Zeitintervalle ΔΤ+πΤο, (n+l)T₀ und nTo, daß eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist, die durch das erste Schaltsignal getriggert wird, um eine Verzögerung des Zeitintervalls nTo oder (n+\)To nach Maßgabe des Ausgangssignals der Ablaufsteuerung zu schaffen, daß ein zweiter Schaltsignalgenerator vorgesehen ist, der von dem Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung getriggert wird, um ein zweites Schaltsignal zu erzeugen, welches den Integriervorgang des ersten Integrators stoppt und den-zweiten Integrator veranlaßt, den Integriervorgang zu beginnen, und daß ein taktsynchronisierter Triggergenerator vorgesehen ist, der von dem zweiten Schaltsignal getriggert wird, um nach Maßgabe des Ausgangssignals der Ablaufsteuerung ein Triggersignal für den ersten Schaltsignalgenerator zu erzeugen.

6. Zeitgeber nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zurücksetzen des ersten und zweiten Schaltsignalgenerators sowie der Verzögerungseinrichtung durch das Ausgangssignal des Koinzidenzdetektors.

7. Zeitgeber nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine UND-Verknüpfungseinrichtung, welche eine UND-Verknüpfung jedes Ausgangssignals der Ablaufsteuerung mit dem Ausgangssignal des zweiten Schaltsignalgenerators bewirkt, um die ausgedehnten Ausgangssignale der Zeitintervalle Δ T+ nTo, (η+ 1)7ό und nTo separat zu erhalten.

8. Zeitgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung einen Zähler aufweist, der jeweils bei Zählung von η Taktimpulsen ein Ausgangssignai abgibt, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die steuert, ob die dem Zähler zugeführten Taktimpiiise um einen Takt verzögert werden.

9. Zeitgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen eines relativ langen Zeitintervalls Tx einer Einrichtung vorgesehen ist zum Messen eines Zeitintervalls Δ 71 als das erwähnte Zeitintervall Δ Τ, und zwar zwischen dem Beginn des Zeitintervalls Tx bis zum Auftreten eines Taktimpulses unmittelbar danach, und zum Messen eines Zeitintervalls ΔΤ2 zwischen dem Ende des Zeitintervalls Tx bis zum Auftreten eines Taktimpulses unmittelbar danach, daß eine Zähleinrichtung vorgesehen ist zum Zählen der Taktimpulse während eines dem Zeitintervall TA-entsprechenden Zeitintervalls, um einen Zählwert N zu erzeugen, und daß eine Recheneinrichtung vorgesehen ist zum Berechnen des Ausdrucks ΝΤο+ΔΤ\-ΔΤ2, um dadurch einen Wert des Zeitintervalls 7>zu ermitteln.