LV13662B - Device for measuring amplitudes of short single pulses - Google Patents

Device for measuring amplitudes of short single pulses Download PDF

Info

Publication number
LV13662B
LV13662B LV070126A LV070126A LV13662B LV 13662 B LV13662 B LV 13662B LV 070126 A LV070126 A LV 070126A LV 070126 A LV070126 A LV 070126A LV 13662 B LV13662 B LV 13662B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
time interval
input
time
interval
capacitor
Prior art date
Application number
LV070126A
Other languages
Latvian (lv)
Inventor
Vladimirs Bespalko
Original Assignee
Elektronikas Un Datorzinatnu I
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elektronikas Un Datorzinatnu I filed Critical Elektronikas Un Datorzinatnu I
Priority to LV070126A priority Critical patent/LV13662B/en
Publication of LV13662B publication Critical patent/LV13662B/en

Links

Abstract

The device is related to measurement technique and can be used for measuring amplitudes of single nano-second pulses received from photo-detectors. The method of amplitude-to-time conversion, which is based on the conversion of measured pulse amplitude into a time interval proportional to the pulse amplitude, is realized in the device. The aim of the invention is to increase stability of the device and reduce its "dead" time. To achieve this aim, additional charge from the output of the time interval former (6), through the feedback capacitor (5), is given to the capacitor (2). The charge generated at the leading edge of the time interval makes the switching of the time interval former (6) more stable and without oscillations. The charge generated at the leading edge of the time interval improves stability of the device and decreases its "dead" time. Additionally, the stability of the device operation becomes higher due to building the time interval former on the basis of a comparator (8) with the threshold level correlated with the drift of initial voltage across the the diode (1). By measuring amplitudes of pulses from photo-detectors, the impact of their intrinsic amplitude-dependant delays can be compensated so as to elevate the measurement accuracy, for example, in laser ranging.

Description

Piedāvātā ierīce attiecas uz mērīšanas tehniku un to var izmantot no fotouztvērējiem izejošo signālu amplitūdas mērīšanai. Impulsu amplitūdas pētījumi attiecas uz pamatmērījumiem 10 impulsu tehnikā. Vissarežģītākie ir vienreizējo īso (nanosekunžu) impulsu amplitūdas mērījumi [1]. Ir zināma īsu vienreizēju impulsu amplitūdas mērīšanas metode, kas izveidota uz sprieguma impulsu pārveidošanas bāzes par kvazilīdzstrāvas spriegumu [1]. Ierīces, kas realizē šo metodi, paplašina impulsu ilgumu ar diode-kondensators tipa uzkrājēja palīdzību un tālāk tiek mērīta paplašināto impulsu amplitūda. Šo ierīču galvenais trūkums ir ierobežota funkcionalitāte, jo pirms 15 katra nākamā ieeju impulsa amplitūdas reģistrācijas ierīce ir jāuzstāda un jānotur sākumstāvoklī.The proposed device relates to a measuring technique and can be used to measure the amplitude of signals emitted from photo receivers. Pulse amplitude studies refer to basic measurements in 10 pulse techniques. The most complex is the measurement of the amplitude of single short (nanosecond) pulses [1]. A method for measuring short pulse amplitudes based on the conversion of voltage pulses to quasi-DC voltage is known [1]. Devices implementing this method extend the pulse duration with a diode-capacitor type accumulator, and the amplitude of the extended pulses is further measured. The main disadvantage of these devices is their limited functionality, since before each subsequent input pulse amplitude, the recorder has to be installed and maintained in its initial state.

Ir zināma arī īsu vienreizēju impulsu amplitūdas mērīšanas metode, izmantojot „amplitūda-laiks” pārveidošanu, kā rezultātā izmērāmā impulsa amplitūda tiek pārveidota par proporcionālu laika intervālu [1]. Amplitūdas mērīšana šai gadījumā reducējas uz šī laika intervāla mērīšanu, ko var veikt ļoti precīzi. Ierīce, kas realizē šo metodi [2], tehniskās būtības 20 ziņā ir īpaši tuva piedāvātai ierīcei, jo satur ieejas rezistoru (rezistors kalpo gan kabeļu slodzes saskaņošanai, gan kondensatora pārlādēšanai), diodi, kondensatoru, strāvas ģeneratoru, laika intervāla formētāju un taimeri, kurš pārveido laika intervālu par kodu.There is also a known method of measuring single pulse amplitude using a "amplitude-time" conversion, which results in the amplitude of the measured pulse being converted to a proportional time interval [1]. Amplitude measurement in this case is reduced to measuring this time interval, which can be done with great precision. The device implementing this method [2] is technically very close to the proposed device because it contains an input resistor (the resistor serves both for cable load matching and capacitor recharging), diodes, capacitors, power generators, time interval formers and timers, which converts the time interval into code.

Saskaņā ar prototipa shēmas darbības algoritmu ierīce automātiski atgriežas sākotnējā stāvoklī pēc katra ieejas impulsa un ar to prototips izdevīgi atšķiras no analoga. Galvenie 25 prototipa trūkumi ir tā darbības zema stabilitāte un liels „mirušais laiks”. Prototipa darbības zemā stabilitāte izpaužas, mērot amplitūdas, kas ir tuvas ierīces jūtīguma robežai. Šajā režīmā trokšņu ietekmes dēļ intervālu formētājs var ģenerēt izejā vairākus impulsus pēc kārtas. Intervālu formētāja ģenerācija ir iespējama arī intervāla formēšanas nobeiguma fāzē, kad uz formētāja ieeju iedarbojas signāls ar nelielu slīpumu. Kas attiecas uz lielu „mirušo laiku”, tad šis trūkums piemīt 30 jebkuram „amplitūda-laiks” pārveidotājam.According to the prototype circuit operating algorithm, the device automatically returns to its original state after each input pulse and thereby advantageously differs from the analog. The main drawbacks of the 25 prototype are its low stability and high "dead time". The low stability of prototype performance is measured by measuring amplitudes close to the sensitivity of the device. In this mode, due to the influence of noise, the interval builder can generate several pulses in succession at the output. The generation of the interval shaper is also possible in the final phase of the interval shear, when a small slope signal is applied to the inlet of the shaper. As for the large "dead time", this deficiency is present in any 30 amplitude-time converter.

Izgudrojuma mērķis ir ierīces darbības stabilitātes paaugstināšana un „mirušā laika” samazināšana.The object of the invention is to increase the stability of the device and to reduce the "dead time".

Piedāvātās ierīces struktūrshēma atbilstoši negatīvo ieejas impulsu mērīšanai ir parādīta Fig. 1 (pozitīvajiem ieejas impulsiem diodes pievienošanas polaritāte un strāvas ģeneratora polaritāte mainās uz pretējo). Ierīces sastāvā ir: diode 1, kondensators 2, strāvas ģenerators 3, ieejas rezistors 4, atgriezeniskās saites kondensators 5, laika intervālu formētājs 6 un taimeris 7. Ierīces ieeja ir savienota ar ieejas rezistoru (4) un caur diodi (1) ir savienota ar kondensatoru (2), ar strāvas ģeneratoru (3) un ar intervālu formētajā (6) ieeju, bet intervālu formētāja (6) izeja ir savienota ar taimera ieeju (7), kura izeja ir arī ierīces izeja, bet atgriezeniskās saites kondensators (5) savieno intervālu formētāja (6) izeju ar tā ieeju.A schematic diagram of the proposed device according to the measurement of negative input pulses is shown in Figs. 1 (for positive input pulses the polarity of the diode connection and the polarity of the current generator are reversed). The device comprises: diode 1, capacitor 2, power generator 3, input resistor 4, feedback capacitor 5, time interval generator 6 and timer 7. Device input is connected to input resistor (4) and connected to diode (1) via a capacitor (2), with a power generator (3) and an input to the interval formator (6), the output of the interval generator (6) being connected to a timer input (7) whose output is also the output of the device but the feedback capacitor (5) connects the output of the interval maker (6) to its input.

Fig.2 ir parādīta intervālu formētāja struktūrshēma un šis formētājs satur komparatoru (8), bufera pastiprinātāju (9) un integrējošo RC-ķēdi (10). Komparatora (8) tiešā ieeja ir intervālu formētāja (6) ieeja, bet komparatora (8) tiešā izeja, kas ir arī intervālu formētāja (6) izeja, ir savienota caur bufera pastiprinātāju (9) un integrējošo RC-ķēdi (10) ar komparatora (8) inverso ieeju.Fig. 2 is a schematic diagram of an interval shaper comprising a comparator (8), a buffer amplifier (9) and an integrated RC circuit (10). The direct input of the comparator (8) is the input of the interval builder (6), but the direct output of the comparator (8), which is also the output of the interval maker (6), is connected via a buffer amplifier (9) and an integrated RC circuit (10) (8) inverse input.

Fig.3 ir parādītas piedāvātās ierīces darbības laika diagrammas, kur: А - ieejas signāla diagramma; В - signāla diagramma uz kondensatora (2), C - signāla diagramma intervālu formētāja (6) izejās .Fig. 3 shows operation time diagrams of the proposed device, where: А - input signal diagram; В - signal diagram on the capacitor (2), C - signal diagram at the outputs of the interval generator (6).

Ierīces (Fig.l) darbībaOperation of the device (Fig. 1)

Sākotnējā stāvoklī diode (1) ir atvērta un caur to no strāvas avota (3) plūstošā pozitīva strāva nodrošina uz kondensatora (2) sākotnējo spriegumu, kas vienāds ar sprieguma kritumu uz atvērtās diodes (1). Pienākot īsam impulsam ar negatīvo polaritāti (skat. A-diagrammu Fig.3) un ar amplitūdu U, uz ierīces ieeju, notiek ātra kondensatora (2) pārlādēšana caur atvērto diodi (1) un ieejas rezistoru (4). Kondensatora (2) kapacitāte tiek izvēlēta tā, lai tā pārlādēšanas laiks apmēram atbilstu priekšējai impulsa frontei (1-2 ns). Rezultātā spriegums uz kondensatora (2) izmainās par lielumu, kas ir vienād ar ieejas impulsa amplitūdu U,, kā parādīts B-diagrammā Fig.3.In the initial state, the diode (1) is open and positive current flowing through it from the current source (3) provides an initial voltage to the capacitor (2) equal to the voltage drop on the open diode (1). Upon receiving a short pulse with negative polarity (see A-diagram in Fig. 3) and with an amplitude U at the input of the device, the capacitor (2) is quickly recharged through the open diode (1) and the input resistor (4). The capacitance of the capacitor (2) is selected such that its recharging time approximates to the front pulse front (1-2 ns). As a result, the voltage on the capacitor (2) changes by an amount equal to the input pulse amplitude U, as shown in B-diagram in Fig. 3.

Pēc ieejas impulsa beigām diode (1) aizveras un sāk darbu pārveidotājs „spriegumsintervāls”. Vienlaikus notiek lēna lineāra kondensatora (2) uzlādēšana un shēma atgriežas sākotnējā stāvokli, kā tas ir redzams no laika B-diagrammas Fig.3.At the end of the input pulse the diode (1) closes and the inverter voltage range starts. At the same time, the linear linear capacitor (2) is charged slowly and the circuit returns to its original state, as can be seen from the time B-diagram in Fig. 3.

No kondensatora (2) spriegums pienāk uz intervālu formētāja (6) ieeju. Kad uz kondensatora (2) sprieguma lielums sasniedz intervālu formētāja (6) slieksni, tas tiek iedarbināts un izejā tiek izveidots laika intervāls (C-diagramma Fig.3), kura ilgums ir proporcionāls ieejas impulsa amplitūdas lielumam. Taimeris (7) veic šā intervāla ilguma pārveidošanu par ciparu kodu. Abu saformētā intervāla fronšu laikā caur atgriezeniskās saites kondensatoru (5) uz kondensatoru (2) pienāk papildus lādiņš. Lādiņš, kuru ģenerē laika intervāla priekšējā fronte, nodrošina stabilāku intervālu formētajā (6) iedarbināšanu bez ģenerācijas. Papildus lādiņš, kas atbilst izejas intervāla aizmugurējai frontei, ne tikai nodrošina stabilāku intervālu formētajā (6) iedarbināšanu, bet arī paātrina shēmas sākotnējā stāvokļa atjaunošanu un līdz ar to samazina ierīces „mirušo laiku”, kas C-diagrammā (Fig.3) ir parādīts ar pārtraukto līniju.The voltage from the capacitor (2) arrives at the input of the interval shaper (6). When the voltage on the capacitor (2) reaches the threshold of the interval shaper (6), it is actuated and a time interval is created at the output (C-diagram in Fig. 3), the duration of which is proportional to the input pulse amplitude. The timer (7) converts the duration of this interval to a numeric code. During the two edges of the formed interval, additional charge arrives through the feedback capacitor (5) to the capacitor (2). The charge generated by the front edge of the time interval provides a more stable start in the mold (6) without generation. The additional charge corresponding to the trailing edge of the output interval not only provides a more stable start in the molded (6) but also accelerates the restoration of the circuit to its original state and thus reduces the "dead time" of the device shown in C-diagram (Fig.3). with a broken line.

Intervālu formētāja (Fig.2) darbībaOperation of the interval maker (Fig.2)

Spriegums no kondensatora (2) nonāk uz tiešo komparatora (8) ieeju. Kad sprieguma lielums uz kondensatora (2) sasniedz komparatora slieksni (diagramma В Fig.3), komparators (8) tiek iedarbināts un tā izejā tiek izveidots impulss, kura ilgums ir proporcionāls mērāma impulsa amplitūdas lielumam. Komparatora slieksnis tiek uzstādīts komparatora (8) inversajā ieejā. Priekš tam uz šo ieeju caur sadalošo bufera pastiprinātāju (9) tiek padots tāds pats spriegums, kā uz tā tiešo ieeju, bet izlīdzināts ar integrējošās RC-ķēdes (10) palīdzību, t.i. komparatora sliekšņa līmenis ir korelēts ar sākotnējo spriegumu uz kondensatora (2). Komparators (8), kas reaģē tikai uz sprieguma diferenci starp savām ieejām, kompensē sākotnējā sprieguma lēnās izmaiņas uz kondensatora (2), kas paaugstina ierīces darba stabilitāti. Mainot RC-ķēdes (10) laika konstanti, var zināmā mērā mainīt pārveidošanas funkcijas linearitāti. Ja laika konstante ir daudz lielāka nekā pārveidošanas laiks, pārveidošanas funkcija būs tuva lineārai, bet, ja laika konstante būs salīdzināma ar pārveidošanas laiku, šī funkcija iegūst logaritmisku raksturu, t.i. mērītājs kļūs mazāk jūtīgs pret ieejas signāliem ar lielām amplitūdām.The voltage from the capacitor (2) goes to the direct input of the comparator (8). When the voltage on the capacitor (2) reaches the comparator threshold (diagram В Fig.3), the comparator (8) is actuated and a pulse output is generated at its output proportional to the magnitude of the pulse to be measured. The comparator threshold is set at the inverter input of the comparator (8). For this purpose, the same voltage is applied to this input via the dividing buffer amplifier (9) as to its direct input, but balanced by the integrated RC-circuit (10), i. the comparator threshold level is correlated with the initial voltage across the capacitor (2). The comparator (8), which responds only to the voltage difference between its inputs, compensates for the slow change in the initial voltage on the capacitor (2), which increases the operational stability of the device. By changing the time constant of the RC-circuit (10), the linearity of the conversion function can be changed to some extent. If the time constant is much larger than the conversion time, the conversion function will be close to linear, but if the time constant is comparable to the conversion time, this function acquires a logarithmic character, i.e. the meter will become less sensitive to high amplitude input signals.

Piedāvāta ierīce atšķiras ar augstāku darbības stabilitāti un samazinātu „mirušo laiku”. Intervālu formētāja (6) iedarbināšanas momentos, kas atbilst saformētā laika intervāla priekšējai un aizmugurējai frontei, caur atgriezeniskās saites kondensatoru pienāk papildus lādiņš. Lādiņš, kuru ģenerē laika intervāla priekšējā fronte, paaugstina intervāla formētāja iedarbināšanas stabilitāti bez ģenerācijas. Lādiņš, kuru ģenerē laika intervāla aizmugurējā fronte, ne tikai nodrošina stabilāku intervālu formētāja (6) iedarbināšanu, bet arī paātrina shēmas sākotnējā stāvokļa atjaunošanu un līdz ar to samazina ierīces „mirušo laiku”. Ierīces darbības stabilitāte kļūst augstāka arī pateicoties temperatūras un izejošā sprieguma zemfrekvenču svārstību kompensācijai uz diodes (1), jo komparatora (8) sliekšņu līmenis tiek korelēts ar sākotnējā sprieguma lēnām izmaiņām.The proposed device is distinguished by higher operational stability and reduced "dead time". During the actuation moments of the interval shaper (6), corresponding to the front and the rear front of the formed time interval, additional charge arrives through the feedback capacitor. The charge generated by the front edge of the time interval increases the stability of the start of the interval maker without generation. The charge generated by the trailing edge of the time interval not only provides a more stable start of the interval shaper (6), but also accelerates the restoration of the circuit to its original state and thus reduces the "dead time" of the device. The performance stability of the device is also improved due to the compensation of the low frequency oscillations of the temperature and the output voltage on the diode (1), as the threshold level of the comparator (8) is correlated with the slow change of the initial voltage.

Veicot no fotouzvērējiem pienākošo impulsu amplitūdu mērījumus, ir iespējams kompensēt fotouzvērēju iekšējo aizkavējumu ietekmi un tā var palielināt mērījumu precizitāti, piemēram, lāzeru tālmērījumos.Measuring the pulse amplitudes emitted from the photodetectors can compensate for the effects of the internal delays of the photodetectors, and can increase the accuracy of the measurements, for example with laser rangefinding.

Informācijas avotiSources of information

1. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. M., Радио и связь, 1985, с. 137-141.1. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. M., Radi я з з ь ь, 1985, с. 137-141.

2. Yu. Artyukh, V. Bespal’ko, К. Lapushka, A. Ribakov Digital Range-bias correction of SLR Station Riga-1884. Proceeding of the 12th International Workshop on Laser Ranging. Matera, Italy, 13-17 November 20002. Yu. Artyukh, V. Bespal'ko, К. Lapushka, A. Ribakov Digital Range-Bias Correction of SLR Station Riga-1884. Proceeding of the 12 th International Workshop on Laser Ranging. Matera, Italy, 13-17 November 2000

Claims (2)

PretenzijasClaims 1. īsu vienreizējo impulsu amplitūdas mērīšanas ierīce, kurā ietilpst ieejas rezistors, diode, kondensators, strāvas ģenerators, laika intervāla formētājs un taimeris, pie tam ierīces ieeja ir savienota ar ieejas rezistoru un caur diodi ar kondensatoru, strāvas ģeneratoru un intervāla formētajā ieeju, bet intervāla formētajā izeja ir savienota ar taimera ieeju, pie tam taimera izeja ir visas ierīces izeja, kas atšķirīga ar to, ka tajā ir iekļauts atgriezeniskās saites kondensators, kas savieno intervāla formētāja izeju ar tā ieeju.1. a short single-pulse amplitude measuring device comprising an input resistor, a diode, a capacitor, a current generator, a time interval generator and a timer, wherein the input of the device is connected to an input resistor and through a diode to a capacitor, a current generator and an the interval-shaped output is connected to a timer input, and the timer output is the output of the entire device, which is different in that it includes a feedback capacitor that connects the interval-maker output to its input. 2. Ierīce saskaņa ar 1. pretenziju, kas atšķirīga ar to, ka laika intervāla formētājs satur komparatoru, bufera pastiprinātāju un integrējošo RC-ķēdi, pie tam komparatora tiešā ieeja ir reizē intervāla formētāja ieeja, bet komparatora tiešā izeja, kas ir arī intervāla formētāja izeja, caur bufera pastiprinātāju un integrējošo RC-ķēdi ir savienota ar komparatora inverso ieeju.The device according to claim 1, characterized in that the time interval formator comprises a comparator, a buffer amplifier and an integrating RC-circuit, wherein the direct input of the comparator is simultaneously the input of the interval maker and the direct output of the comparator which is also the interval maker. output, via a buffer amplifier and an integral RC-circuit, is connected to the inverter input of the comparator.
LV070126A 2007-11-06 2007-11-06 Device for measuring amplitudes of short single pulses LV13662B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LV070126A LV13662B (en) 2007-11-06 2007-11-06 Device for measuring amplitudes of short single pulses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LV070126A LV13662B (en) 2007-11-06 2007-11-06 Device for measuring amplitudes of short single pulses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
LV13662B true LV13662B (en) 2008-02-20

Family

ID=39638496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LV070126A LV13662B (en) 2007-11-06 2007-11-06 Device for measuring amplitudes of short single pulses

Country Status (1)

Country Link
LV (1) LV13662B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103983834B (en) * 2014-05-16 2017-01-04 中国科学院微电子研究所 A kind of single-particle transient amplitude measurement circuitry

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103983834B (en) * 2014-05-16 2017-01-04 中国科学院微电子研究所 A kind of single-particle transient amplitude measurement circuitry

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5082363A (en) Optical distance measuring apparatus and method using light projection pulses
RU2324286C1 (en) Device for analog-to-digital conversion of measured voltage
US20190178995A1 (en) Ranging device and method thereof
US5953109A (en) Method and apparatus for improving the accuracy of laser range finding
EP1963870A2 (en) Current measurement circuit and method
US10761197B2 (en) Sensor arrangement and method for determining time-of-flight
CN110007311B (en) Peak value holding output system
LV13662B (en) Device for measuring amplitudes of short single pulses
CN108020727B (en) Capacitor voltage conversion circuit
CN102138078A (en) Arrangement for measuring at least one value of a voltage applied to an electronic component
JP2704958B2 (en) Distance measuring device
US7084802B1 (en) Signal processing circuit
FR2461957A1 (en) PHASE COMPARISON CIRCUIT
JP6643270B2 (en) Photo detector
CN212324424U (en) Second pulse generating device and measuring system of digital clock
CN110261673B (en) Virtual pulse power measurement system and method based on voltage and current double-pulse signals
US5836004A (en) Differential mode time to digital converter
SU1696894A1 (en) Photometer
RU2602351C1 (en) Voltage-to-pulse frequency converter
JPH11281744A (en) Distance measuring instrument
EP1794599B1 (en) Method and circuit provided for measuring very low intensity of electric current
RU2207525C2 (en) Method for measuring light fluxes and apparatus for performing the same
JPH0643029A (en) Quantity of light measuring apparatus
JPH0514162A (en) Photoelectric sensor
KR19990069210A (en) How to increase your laser rangefinder