JPS634674B2 - - Google Patents
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- JPS634674B2 JPS634674B2 JP55144226A JP14422680A JPS634674B2 JP S634674 B2 JPS634674 B2 JP S634674B2 JP 55144226 A JP55144226 A JP 55144226A JP 14422680 A JP14422680 A JP 14422680A JP S634674 B2 JPS634674 B2 JP S634674B2
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- JP
- Japan
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- time
- current
- capacitor
- charging
- phenomenon
- Prior art date
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
- G04F10/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
- G04F10/10—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means by measuring electric or magnetic quantities changing in proportion to time
- G04F10/105—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means by measuring electric or magnetic quantities changing in proportion to time with conversion of the time-intervals
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は時間測定装置、特に極めて短い時間を
正確に測定する装置に関する。
正確に測定する装置に関する。
従来の時間測定回路は、周波数又は周期測定に
際し直接計数技法又は計数比測定法を使用するの
が一般的であつた。斯る時間測定の１例は、ある
現象の生起によりデジタルカウンタのゲートをオ
ンとし、第２の現象の生起により計数を停止する
技法である。このカウンタは、これら２つの現象
間のクロツクパルスを計数しているので、測定結
果には±１計数分の誤差を含んでいる。その理由
は生起する現象とクロツクパルスとが同期関係に
ない為である。長い時間を高周波クロツクパルス
を使用して測定する場合には、この±１計数分の
誤差は無視できる。然し、例えば1μs以下の極め
て短い時間の場合には、この計数誤差は顕著とな
り無視し得ない。従来、このような場合には極め
て高周波のクロツクパルスと高速カウンタとを使
用して誤差軽減を図つて来たが、当然乍ら回路が
複雑となるのみならず高価になるという欠点があ
つた。
際し直接計数技法又は計数比測定法を使用するの
が一般的であつた。斯る時間測定の１例は、ある
現象の生起によりデジタルカウンタのゲートをオ
ンとし、第２の現象の生起により計数を停止する
技法である。このカウンタは、これら２つの現象
間のクロツクパルスを計数しているので、測定結
果には±１計数分の誤差を含んでいる。その理由
は生起する現象とクロツクパルスとが同期関係に
ない為である。長い時間を高周波クロツクパルス
を使用して測定する場合には、この±１計数分の
誤差は無視できる。然し、例えば1μs以下の極め
て短い時間の場合には、この計数誤差は顕著とな
り無視し得ない。従来、このような場合には極め
て高周波のクロツクパルスと高速カウンタとを使
用して誤差軽減を図つて来たが、当然乍ら回路が
複雑となるのみならず高価になるという欠点があ
つた。
従つて、本発明の１つの目的は新規な時間測定
装置を提供することである。
装置を提供することである。
本発明の他の目的は低周波のクロツクパルス及
びカウンタ回路を用いて例えば1μs以下の短い時
間を正確に測定する時間測定装置を提供すること
である。
びカウンタ回路を用いて例えば1μs以下の短い時
間を正確に測定する時間測定装置を提供すること
である。
本発明の更に他の目的は測定精度を上げる為に
動作中にスケーリング技法を使用する時間測定回
路を提供することである。
動作中にスケーリング技法を使用する時間測定回
路を提供することである。
本発明のその他の目的及び作用効果については
添付図を参照しながら後述の詳細説明を読めば当
業者には容易に理解できよう。
添付図を参照しながら後述の詳細説明を読めば当
業者には容易に理解できよう。
本発明の時間測定装置によると、例えばデジタ
ル・オシロスコープの信号に関連するトリガ点と
次に生起するサンプリングクロツクパルスのエツ
ジ（前縁又は後縁）の如き極めて短い時間間隔が
簡単・安価且つ高精度で測定できる。所定タイミ
ングウインド内で動作するタイミング回路がコン
デンサを含んでおり、このコンデンサは高及び低
の２つの速度で充電され、低速の場合に所定の最
大時間間隔となる。好適実施例にあつては、この
コンデンサの充電速度は正確に100：１にスケー
ルされている。
ル・オシロスコープの信号に関連するトリガ点と
次に生起するサンプリングクロツクパルスのエツ
ジ（前縁又は後縁）の如き極めて短い時間間隔が
簡単・安価且つ高精度で測定できる。所定タイミ
ングウインド内で動作するタイミング回路がコン
デンサを含んでおり、このコンデンサは高及び低
の２つの速度で充電され、低速の場合に所定の最
大時間間隔となる。好適実施例にあつては、この
コンデンサの充電速度は正確に100：１にスケー
ルされている。
例えばトリガ信号を受けて時間測定を開始する
と、コンデンサは高速で充電を開始する。測定時
間が終了すると、即ち例えば次のクロツクパルス
のエツジが到来すると、このコンデンサの充電速
度を切換えて低速で充電し続ける。この時間終了
と同時にカウンタを作動させてコンデンサ充電サ
イクル中の低速充電期間中のクロツクパルスを計
数する。コンデンサの充電々圧が、最大時間々隔
に対応する所定電圧に到達すると、計数を停止す
る。このようにして得た低速計数値は高速・低速
比（例えば１実施例では100）で除して実際の時
間を得、次いで最大時間々隔から差引けば希望す
る２点間の時間々隔が高精度で得られることとな
る。
と、コンデンサは高速で充電を開始する。測定時
間が終了すると、即ち例えば次のクロツクパルス
のエツジが到来すると、このコンデンサの充電速
度を切換えて低速で充電し続ける。この時間終了
と同時にカウンタを作動させてコンデンサ充電サ
イクル中の低速充電期間中のクロツクパルスを計
数する。コンデンサの充電々圧が、最大時間々隔
に対応する所定電圧に到達すると、計数を停止す
る。このようにして得た低速計数値は高速・低速
比（例えば１実施例では100）で除して実際の時
間を得、次いで最大時間々隔から差引けば希望す
る２点間の時間々隔が高精度で得られることとな
る。
以下図面を参照し乍ら、本発明の時間測定装置
の１実施例につき詳細に説明する。本発明の好適
１実施例の時間測定装置は、デジタル・オシロス
コープの被観測信号に関連するトリガ点と、その
後最初に到来するサンプリングクロツクパルスの
エツジ間の時間差を測定し、±1/2サンプリング周
期による誤差に起因するジツタを補正するもので
ある。第１図を参照して説明するに、１対のエツ
ジトリガ型Ｄフリツプフロツプ（以下FFという）
１０，１２は入力端子１６に印加したトリガ信号
と入力端子１８に印加したサンプリングクロツク
信号とに応じて時間測定装置の動作を制御する。
この動作の詳細については第２図の動作説明図を
用いて後述する。
の１実施例につき詳細に説明する。本発明の好適
１実施例の時間測定装置は、デジタル・オシロス
コープの被観測信号に関連するトリガ点と、その
後最初に到来するサンプリングクロツクパルスの
エツジ間の時間差を測定し、±1/2サンプリング周
期による誤差に起因するジツタを補正するもので
ある。第１図を参照して説明するに、１対のエツ
ジトリガ型Ｄフリツプフロツプ（以下FFという）
１０，１２は入力端子１６に印加したトリガ信号
と入力端子１８に印加したサンプリングクロツク
信号とに応じて時間測定装置の動作を制御する。
この動作の詳細については第２図の動作説明図を
用いて後述する。
１対の電流源２０及び２２はタイミングコンデ
ンサ２４に一定充電々流を供給する。電流源２０
は例えば＋12Vの所望正電圧源とエミツタ結合ト
ランジスタ対２８，３０のエミツタ間に接続さ
れ、同様に電流源２２も＋12Vの正電圧源とエミ
ツタ結合トランジスタ対３２，３４のエミツタ間
に接続される。これらエミツタ結合トランジスタ
対は後述する如く電流スイツチであり、両電流源
２０及び２２のいずれか一方を選択的に所定時間
にタイミングコンデンサ２４へ接続する。トラン
ジスタ３０，３２のベースは所望基準レベル＋Ｖ
の電圧源に接続し、そのコレクタは一端が接地さ
れたコンデンサ２４の他端に接続している。トラ
ンジスタ２８，３４のコレクタは接地し、そのベ
ースは夫々FF１２のＱ及び出力端に接続して
いる。
ンサ２４に一定充電々流を供給する。電流源２０
は例えば＋12Vの所望正電圧源とエミツタ結合ト
ランジスタ対２８，３０のエミツタ間に接続さ
れ、同様に電流源２２も＋12Vの正電圧源とエミ
ツタ結合トランジスタ対３２，３４のエミツタ間
に接続される。これらエミツタ結合トランジスタ
対は後述する如く電流スイツチであり、両電流源
２０及び２２のいずれか一方を選択的に所定時間
にタイミングコンデンサ２４へ接続する。トラン
ジスタ３０，３２のベースは所望基準レベル＋Ｖ
の電圧源に接続し、そのコレクタは一端が接地さ
れたコンデンサ２４の他端に接続している。トラ
ンジスタ２８，３４のコレクタは接地し、そのベ
ースは夫々FF１２のＱ及び出力端に接続して
いる。
比較器４０の反転入力端（−）はコンデンサ２
４の非接地端に、またその非反転入力端は＋
2.0Vの正確な基準電圧源に接続している。比較
器４０の出力はANDゲート４２の一方の入力端
に加え、他方の入力端には端子４４を介して10M
Hzのクロツク信号を印加する。ANDゲート４２
の出力は２進カウンタ４８のトグル入力に接続し
ている。FF１２の出力はカウンタ４８のクリ
ア入力端に加えている。カウタ４８で発生したカ
ウントデータをマイクロプロセツサ（μP）５０
の如き処理回路に供給する。
４の非接地端に、またその非反転入力端は＋
2.0Vの正確な基準電圧源に接続している。比較
器４０の出力はANDゲート４２の一方の入力端
に加え、他方の入力端には端子４４を介して10M
Hzのクロツク信号を印加する。ANDゲート４２
の出力は２進カウンタ４８のトグル入力に接続し
ている。FF１２の出力はカウンタ４８のクリ
ア入力端に加えている。カウタ４８で発生したカ
ウントデータをマイクロプロセツサ（μP）５０
の如き処理回路に供給する。
タイミングコンデンサ２４はトランジスタ５４
によりリセツト可能であり、このトランジスタ５
４のコレクタ・エミツタをコンデンサ２４の両端
に接続している。トランジスタ５４のベースには
抵抗器５６及びスピードアツプコンデンサ５８の
並列回路を介してFF１０の出力を供給すると
共に、抵抗器６０を介して例えば−12Vの所望負
電圧源に接続し、このトランジスタ５４を通常オ
フ状態に保持している。トランジスタ５４は図示
のパイポーラトランジスタに限らず、FETであ
つてもよい。
によりリセツト可能であり、このトランジスタ５
４のコレクタ・エミツタをコンデンサ２４の両端
に接続している。トランジスタ５４のベースには
抵抗器５６及びスピードアツプコンデンサ５８の
並列回路を介してFF１０の出力を供給すると
共に、抵抗器６０を介して例えば−12Vの所望負
電圧源に接続し、このトランジスタ５４を通常オ
フ状態に保持している。トランジスタ５４は図示
のパイポーラトランジスタに限らず、FETであ
つてもよい。
次に第１図の装置の回路動作を説明する。最初
FF１０はクリアされ、Ｑ出力は低、出力は高
レベルにあるものとする。よつて、トランジスタ
５４はオンとなり飽和しており、タイミングコン
デンサ２４は完全に放電している。FF１２はFF
１０のＱ出力の低レベルによりクリアされ、よつ
てそのＱ出力は低、出力は高レベルにある。よ
つて、トランジスタ３０，３４はオンであり、一
方トランジスタ２８，３２はオフであり、電流源
２０からの大きな電流はトランジスタ３０及び５
４を介して接地に流れ、電流源２２の小電流もト
ランジスタ３４を介して接地へ流れる。このとき
タイミングコンデンサ２４の非接地端は実質的に
接地であり、比較器４０の出力は高レベルであ
り、クロツク信号はANDゲート４２を介してカ
ウンタ４８に加えられるが、FF１２からの出
力の高レベルによりクリア状態であるので計数出
力を発生することはない。以上で時間測定装置の
初期状態の説明が終つた。
FF１０はクリアされ、Ｑ出力は低、出力は高
レベルにあるものとする。よつて、トランジスタ
５４はオンとなり飽和しており、タイミングコン
デンサ２４は完全に放電している。FF１２はFF
１０のＱ出力の低レベルによりクリアされ、よつ
てそのＱ出力は低、出力は高レベルにある。よ
つて、トランジスタ３０，３４はオンであり、一
方トランジスタ２８，３２はオフであり、電流源
２０からの大きな電流はトランジスタ３０及び５
４を介して接地に流れ、電流源２２の小電流もト
ランジスタ３４を介して接地へ流れる。このとき
タイミングコンデンサ２４の非接地端は実質的に
接地であり、比較器４０の出力は高レベルであ
り、クロツク信号はANDゲート４２を介してカ
ウンタ４８に加えられるが、FF１２からの出
力の高レベルによりクリア状態であるので計数出
力を発生することはない。以上で時間測定装置の
初期状態の説明が終つた。
出力端子１６にトリガ信号が印加されると、
FF１０のＱ、出力は反転して、FF１２のクリ
アを解除すると共にトランジスタ５４をオフとす
る。トランジスタ５４がオフとなると、電流源２
０からの電流は総てタイミングコンデンサ２４に
流入し、その両端に第２図に示すとおり時点t0で
生起するトリガ点８０から所定タイミングウイン
ド内で時間関数の直線状充電々圧が現われる。若
し、この状態で充電し続けるとすると、所定期間
tT内に＋2Vの比較器４０のスイツチングレベル
に到達する。この期間tTはこの好適実施例では
200ns、100ns、又は40nsに選択することができ
る。このような時間tTを選定した理由は、掃引速
度の切換えによりサンプリングクロツク周波数が
夫々５、10及び25MHzとなる実施例でトリガ信号
と次のサンプリングクロツクパルス間の時間を測
定する為である。よつて、サンプリング・クロツ
ク周波数が一定であればtTは一定であつてもよい
こと勿論である。
FF１０のＱ、出力は反転して、FF１２のクリ
アを解除すると共にトランジスタ５４をオフとす
る。トランジスタ５４がオフとなると、電流源２
０からの電流は総てタイミングコンデンサ２４に
流入し、その両端に第２図に示すとおり時点t0で
生起するトリガ点８０から所定タイミングウイン
ド内で時間関数の直線状充電々圧が現われる。若
し、この状態で充電し続けるとすると、所定期間
tT内に＋2Vの比較器４０のスイツチングレベル
に到達する。この期間tTはこの好適実施例では
200ns、100ns、又は40nsに選択することができ
る。このような時間tTを選定した理由は、掃引速
度の切換えによりサンプリングクロツク周波数が
夫々５、10及び25MHzとなる実施例でトリガ信号
と次のサンプリングクロツクパルス間の時間を測
定する為である。よつて、サンプリング・クロツ
ク周波数が一定であればtTは一定であつてもよい
こと勿論である。
この期間tT内のある点でクロツクパルスのエツ
ジが到来すると、FF１２のＱ及び出力が反転
してトランジスタ２８，３２をオン、３０，３４
をオフとし、カウンタ４８に加わつていたクリア
信号がなくなる。第２図に折線で示した点８２で
電流源２２からの電流がコンデンサ２４に流入
し、電流源２０からの電流は導通状態となつてト
ランジスタ２８を介して接地に流れる。好適実施
例では、電流源２０は10ｍＡであり、一方電流源
２２は100μAであるので、両電流間には正確に
100：１のスケール比が存することとなる。よつ
て、サンプリングクロツク信号のエツジが到来す
ると、タイミングコンデンサは1/100の低速で2V
の上限値に向つて充電し続け、この間カウンタ４
８はクリアにされないのでANDゲート４２から
の例えば10MHzのクロツク信号を計数する。この
低速充電直線は第２図中破線８４で示している。
尚、図中には作図の都合上約10：１の傾斜比とし
ている。勿論この比は必要とする測定精度に応じ
て選択できる。
ジが到来すると、FF１２のＱ及び出力が反転
してトランジスタ２８，３２をオン、３０，３４
をオフとし、カウンタ４８に加わつていたクリア
信号がなくなる。第２図に折線で示した点８２で
電流源２２からの電流がコンデンサ２４に流入
し、電流源２０からの電流は導通状態となつてト
ランジスタ２８を介して接地に流れる。好適実施
例では、電流源２０は10ｍＡであり、一方電流源
２２は100μAであるので、両電流間には正確に
100：１のスケール比が存することとなる。よつ
て、サンプリングクロツク信号のエツジが到来す
ると、タイミングコンデンサは1/100の低速で2V
の上限値に向つて充電し続け、この間カウンタ４
８はクリアにされないのでANDゲート４２から
の例えば10MHzのクロツク信号を計数する。この
低速充電直線は第２図中破線８４で示している。
尚、図中には作図の都合上約10：１の傾斜比とし
ている。勿論この比は必要とする測定精度に応じ
て選択できる。
タイミングコンデンサ２４が2Vの上限に達す
ると、比較器４０は反転して低レベル出力を出
し、ANDゲート４２を閉じてクロツク信号をカ
ウンタ４８から遮断する。ここでカウンタ４８は
実際の時間t2を測定する代りに時間（t2拡大）を
測定している。この例では、低速充電電流で
100ns（10-7秒）は、高速充電電流ではその1/100
即ち1ns（10-9秒）に相当する。しかし、実際に求
めたい時間は２現象間の時間差t1である。ここ
で、電流源２０と２２の電流I20とI22の比I22／I20
を１／Ｋとすると、次式が成立する。
ると、比較器４０は反転して低レベル出力を出
し、ANDゲート４２を閉じてクロツク信号をカ
ウンタ４８から遮断する。ここでカウンタ４８は
実際の時間t2を測定する代りに時間（t2拡大）を
測定している。この例では、低速充電電流で
100ns（10-7秒）は、高速充電電流ではその1/100
即ち1ns（10-9秒）に相当する。しかし、実際に求
めたい時間は２現象間の時間差t1である。ここ
で、電流源２０と２２の電流I20とI22の比I22／I20
を１／Ｋとすると、次式が成立する。
t1＝tT−t2
＝〔（tT拡大）−（t2拡大）〕／Ｋ
（tT拡大）はコンデンサを最初から低速充電電
流I22で充電し、充電電圧が予定値（＋2.0V）に
到達するに要する時間であるので、既知である。
よつて、この既知の（tT拡大）から（t2拡大）を
μP５０により差引し、Ｋで除算することにより、
両現象（トリガ信号とサンプリングロツク信号の
エツジ）間の時間差t1を高速クロツクパルスを使
用することなく高精度で求めることができる。
流I22で充電し、充電電圧が予定値（＋2.0V）に
到達するに要する時間であるので、既知である。
よつて、この既知の（tT拡大）から（t2拡大）を
μP５０により差引し、Ｋで除算することにより、
両現象（トリガ信号とサンプリングロツク信号の
エツジ）間の時間差t1を高速クロツクパルスを使
用することなく高精度で求めることができる。
回路に不完全性が存する場合には、μP５０に
よりそれを補正することもできる。例えばトラン
ジスタ５４の飽和状態ではコンデンサ２４の両端
には0.2〜0.3Vの電圧があり、正確に2Vの時間間
隔のウインドを得るには比較器４０の基準電圧を
調整する必要があるかも知れない。μP５０は各
サイクルの最大及び最小計数値を求めることによ
りこのオフセツトを補正し、もつて調整されたデ
ータを得ることもできる。
よりそれを補正することもできる。例えばトラン
ジスタ５４の飽和状態ではコンデンサ２４の両端
には0.2〜0.3Vの電圧があり、正確に2Vの時間間
隔のウインドを得るには比較器４０の基準電圧を
調整する必要があるかも知れない。μP５０は各
サイクルの最大及び最小計数値を求めることによ
りこのオフセツトを補正し、もつて調整されたデ
ータを得ることもできる。
この時間測定装置はFF１０のクリア入力にイ
ニシヤライズ（リセツト）信号を加えることによ
りクリアしリセツトすることができる。このリセ
ツト信号は計数信号を測定した後種々の方法で発
生することができるが、本実施例ではμP５０に
より発生してもよい。
ニシヤライズ（リセツト）信号を加えることによ
りクリアしリセツトすることができる。このリセ
ツト信号は計数信号を測定した後種々の方法で発
生することができるが、本実施例ではμP５０に
より発生してもよい。
以上、本発明を特定の実施例に基づいて説明し
たが、当業者には本発明の要旨を逸脱することな
く種々の変更変形が可能であることが理解できよ
う。従つて、本発明の技術的範囲にはこれら変更
変形を包含するものと解すべきこと勿論である。
たが、当業者には本発明の要旨を逸脱することな
く種々の変更変形が可能であることが理解できよ
う。従つて、本発明の技術的範囲にはこれら変更
変形を包含するものと解すべきこと勿論である。
第１図は本発明による時間測定装置の１実施例
の簡略回路図、第２図は第１図の動作説明図であ
る。 図中、２４はコンデンサ、２０は第１電流源、
２２は第２電流源、４８はカウンタを示す。
の簡略回路図、第２図は第１図の動作説明図であ
る。 図中、２４はコンデンサ、２０は第１電流源、
２２は第２電流源、４８はカウンタを示す。
Claims (1)
- １ 相続いて生起する２つの現象間の時間差を高
精度で測定する装置であつて、コンデンサと、該
コンデンサを充電する第１電流及び該電流の１／
Ｋ（Ｋは１より大きい数）の大きさの第２電流を
出力する電流源と、上記２つの現象の最初の現象
及び後続現象の生起時点を検出する信号検出手段
と、該信号検出手段に応答して上記コンデンサを
充電する上記電流源の電流を上記最初の現象の検
出時点から上記第１電流とし、上記後続現象の検
出時点で上記第２電流に切換えるスイツチ手段
と、上記コンデンサを最初から上記第２電流で充
電して充電電圧が予定レベルに達するのに要する
時間と上記コンデンサの充電電圧が上記後続現象
の検出時点から上記予定レベルに達する迄の時間
の差を上記定数Ｋで除して上記２つの現象間の時
間差を求める計測手段とを具えることを特徴とす
る時間測定装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/088,261 US4301360A (en) | 1979-10-25 | 1979-10-25 | Time interval meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5666787A JPS5666787A (en) | 1981-06-05 |
| JPS634674B2 true JPS634674B2 (ja) | 1988-01-29 |
Family
ID=22210336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14422680A Granted JPS5666787A (en) | 1979-10-25 | 1980-10-15 | Time measuring apparatus |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4301360A (ja) |
| JP (1) | JPS5666787A (ja) |
| CA (1) | CA1135515A (ja) |
| DE (1) | DE3039840C2 (ja) |
| FR (1) | FR2468153A1 (ja) |
| GB (1) | GB2063489B (ja) |
| NL (1) | NL188370C (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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