RU194217U1 - Устройство для измерения времен задержек распространения сигнала оптоэлектронных переключателей логических сигналов - Google Patents
Устройство для измерения времен задержек распространения сигнала оптоэлектронных переключателей логических сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU194217U1 RU194217U1 RU2019123873U RU2019123873U RU194217U1 RU 194217 U1 RU194217 U1 RU 194217U1 RU 2019123873 U RU2019123873 U RU 2019123873U RU 2019123873 U RU2019123873 U RU 2019123873U RU 194217 U1 RU194217 U1 RU 194217U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- inputs
- outputs
- output
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
- G04F10/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
- G04F10/04—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means by counting pulses or half-cycles of an ac
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерения и контроля динамических параметров оптоэлектронных переключателей логических сигналов (ОПЛС). Устройство содержит генератор импульсов,постоянного напряжения, проверяемый прибор, токозадающий резистор, общую шину, цепь нагрузки, усилитель-формирователь, таймер / счетчик, блок вычитания, блок вычисления модуля, блок умножения с накоплением, блок памяти весовых коэффициентов, блок усреднения, блок интерфейса и блок регистрации. Таймер / счетчик, блок вычитания, блок вычисления модуля, блок умножения с накоплением, блок памяти весовых коэффициентов, блок усреднения и блок интерфейса являются блоками микроконтроллера. Формирование связей между ними осуществляется под управлением его программного обеспечения. Выход генератора импульсов соединен со входом источника излучения проверяемого прибора, выход источника излучения которого соединен со входом усилителя-формирователя, а также, через токозадающий резистор - с общей шиной. Вход питания проверяемого прибора соединен с выходом источника постоянного напряжения, а выход - со вторым входом захвата таймера / счетчика, первый вход захвата которого соединен с выходом усилителя-формирователя. Выходы первого и второго регистров захвата таймера / счетчика поразрядно соединены с первой и второй группой входов блока вычитания, выходы которого поразрядно соединены со входами блока вычисления модуля, выходы которого поразрядно соединены с первой группой входов блока умножения с накоплением, вторая группа входов которого поразрядно соединена с выходами блока памяти весовых коэффициентов, а выходы поразрядно соединены со входами блока усреднения, выходы которого через блок интерфейса соединены со входами блока регистрации. Технический результат заключается в возможности измерения времен задержек распространения сигнала быстродействующих. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области измерения и контроля динамических параметров оптоэлектронных переключателей логических сигналов (ОПЛС). Заявляемое устройство предназначено для измерения времен задержек распространения сигнала при включении и выключении.
Известно устройство для измерения временных параметров оптоэлектронных интегральных микросхем и оптопар, содержащее генератор импульсов, проверяемый прибор, источник постоянного напряжения, токозадающий резистор, цепь нагрузки и осциллографический измеритель временных интервалов (ГОСТ 24613.9-83. Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Метод измерения временных параметров).
Недостатками данного устройства являются отсутствие автоматизации процесса измерения и наличие субъективных погрешностей фиксации начала и конца измеряемого интервала.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, характеризующееся реализацией измерителя временных интервалов по электронно-счетному способу на блоке таймера / счетчика микроконтроллера, содержащее генератор импульсов, источник постоянного напряжения, общую шину, проверяемый прибор, токозадающий резистор, цепь нагрузки, усилитель-формирователь, блок регистрации и микроконтроллер, включающий таймер / счетчик, блок вычитания, блок вычисления модуля, блок интерфейса, первый вход захвата таймера / счетчика соединен с выходом усилителя-формирователя, вход которого соединен с выходом источника излучения проверяемого прибора, который через токозадающий резистор соединен с общей шиной, вход источника излучения проверяемого прибора соединен с выходом генератора импульсов, вход питания проверяемого прибора - с выходом источника постоянного напряжения, а выход проверяемого прибора - с цепью нагрузки и со вторым входом захвата таймера / счетчика, выходы первого и второго регистров захвата которого поразрядно соединены с первой и второй группой входов блока вычитания, выходы которого поразрядно соединены со входами блока вычисления модуля, выходы которого через блок интерфейса соединены со входами блока регистрации, (Болл С. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров. - М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007. - 360 с.).
Недостатком данного устройства является высокая погрешность измерения типовых времен задержек распространения современных ОПЛС, составляющих порядка десятков наносекунд (см., например, Optoelectronic High Speed Logic Gates. - Режим доступа: https://www.onsemi.com/PowerSolutions/parametrics/17721/_products, свободный. Язык английский), обусловленная тем же порядком минимального значения периода счетных импульсов таймеров / счетчиков современных микроконтроллеров (см., например, STM32F4 - ARM -Cortex М4 High-Performance MCUs - STMicroelectronics. - Режим доступа: https://www.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32-high-performance-mcus/stm32f4-series.html?querycriteria=productId=SS1577, свободный. Язык английский).
Технической задачей является снижение погрешности измерения времен задержек распространения сигнала ОПЛС при включении и выключении.
Техническая задача достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, источник постоянного напряжения, общую шину, проверяемый прибор, токозадающий резистор, цепь нагрузки, усилитель-формирователь, блок регистрации, микроконтроллер, включающий таймер / счетчик, блок вычитания, блок вычисления модуля, блок интерфейса, первый вход захвата таймера / счетчика соединен с выходом усилителя-формирователя, вход которого соединен с выходом источника излучения проверяемого прибора, который через токозадающий резистор соединен с общей шиной, вход источника излучения проверяемого прибора соединен с выходом генератора импульсов, вход питания проверяемого прибора - с выходом источника постоянного напряжения, а выход проверяемого прибора - с цепью нагрузки и со вторым входом захвата таймера / счетчика, выходы первого и второго регистров захвата которого поразрядно соединены с первой и второй группой входов блока вычитания, выходы которого поразрядно соединены со входами блока вычисления модуля, выходы блока интерфейса соединены со входами блока регистрации, в микроконтроллер дополнительно введены блок умножения с накоплением, блок памяти весовых коэффициентов и блок усреднения, выходы которого поразрядно соединены со входами блока интерфейса, а входы поразрядно соединены с выходами блока умножения с накоплением, первая группа входов которого поразрядно соединена с выходами блока вычисления модуля, а вторая группа входов - с выходами блока памяти весовых коэффициентов.
Технический результат заявляемого решения состоит в возможности измерения времен задержек распространения сигнала быстродействующих ОПЛС посредством встроенных таймеров / счетчиков серийно выпускаемых микроконтроллеров общего назначения, без применения специализированных высокочастотных генераторов и счетчиков импульсов, что дает существенный выигрыш в стоимости, энергопотреблении и габаритах устройства.
Сущность заявляемого технического решения поясняется следующими графическими материалами.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения времен задержек распространения сигнала ОПЛС при включении и выключении; на фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.
Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов, источник 2 постоянного напряжения, проверяемый прибор 3, токозадающий резистор 4, общую шину 5, цепь 6 нагрузки, усилитель-формирователь 7, таймер / счетчик 8, блок 9 вычитания, блок 10 вычисления модуля, блок 11 умножения с накоплением, блок 12 памяти весовых коэффициентов, блок 13 усреднения, блок 14 интерфейса, блок 15 регистрации. Таймер / счетчик 8, блок 9 вычитания, блок 10 вычисления модуля, блок 11 умножения с накоплением, блок 12 памяти весовых коэффициентов, блок 13 усреднения и блок 14 интерфейса являются блоками микроконтроллера 16. Формирование связей между ними осуществляется под управлением его программного обеспечения. Выход генератора 1 импульсов соединен со входом источника излучения проверяемого прибора 3, выход источника излучения которого соединен со входом усилителя-формирователя 7, а также, через токозадающий резистор 4 - с общей шиной 5. Вход питания проверяемого прибора 3 соединен с выходом источника 2 постоянного напряжения, а выход - с цепью 6 нагрузки и со вторым входом захвата таймера / счетчика 8, первый вход захвата которого соединен с выходом усилителя-формирователя 7. Выходы первого и второго регистров захвата таймера / счетчика 8 поразрядно соединены с первой и второй группой входов блока 9 вычитания, выходы которого поразрядно соединены со входами блока 10 вычисления модуля, выходы которого поразрядно соединены с первой группой входов блока 11 умножения с накоплением, вторая группа входов которого поразрядно соединена с выходами блока 12 памяти весовых коэффициентов, а выходы поразрядно соединены со входами блока 13 усреднения, выходы которого через блок 14 интерфейса соединены со входами блока 15 регистрации.
В качестве блока 12 памяти весовых коэффициентов может служить некоторая область энергонезависимой памяти данных. В качестве блока 14 интерфейса может служить любой из блоков стандартного цифрового интерфейса микроконтроллера 16 (SPI, USART, I2С и т.п.) (см, например, STM32F4 - ARM - Cortex М4 High-Performance MCUs - STMicroelectronics. - Режим доступа: https://www.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32-high-performance-mcus/stm32f4-series.html?querycriteria=productId=SS1577, свободный. Язык английский).
В качестве блока 15 регистрации может служить, например, рабочая станция на основе персонального компьютера.
Принцип работы заявляемого устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 2), на которых представлены: временная диаграмма А счетных импульсов таймера / счетчика 8; упрощенная временная диаграмма В изменения результата счета (без учета ступенчатого характера данного изменения); временные диаграммы С и D сигналов на выходах усилителя-формирователя 7 и проверяемого прибора 3 соответственно. Приведенные временные диаграммы соответствуют режиму измерения времени задержки распространения сигнала неинвертирующего ОПЛС при включении (
).
Заявляемое устройство функционирует следующим образом. Генератор 1 импульсов вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения. Данные импульсы поступают на вход источника излучения проверяемого прибора 3. Падение напряжения на токоограничивающем резисторе 4, прямо пропорциональное току источника излучения, поступает на вход усилителя-формирователя 7. На его выходе формируются логические импульсы, фронт и спад которых совпадают во времени с фронтом и спадом импульса тока источника излучения проверяемого прибора 3. Выходные импульсы усилителя-формирователя 7 поступают на первый вход захвата таймера / счетчика 8, на второй вход которого поступают выходные импульсы проверяемого прибора 3. Таймер / счетчик 8 работает в режиме непрерывного прямого счета, со сбросом в нулевое состояние после каждого достижения максимального результата счета, равного 2N-1, где N - разрядность таймера / счетчика 8. По программно задаваемым перепадам сигналов на первом и втором входах захвата таймера / счетчика 8 (в представленном на фиг. 2 примере - по фронтам) в первом и втором регистрах захвата таймера / счетчика 8 фиксируется результат счета, достигнутый к моменту соответствующего перепада. Разность указанных результатов счета по модулю 2 м, вычисляемая посредством блока 9 вычитания и блока 10 вычисления модуля по выражению:
связана с измеряемым временем задержки распространения следующим соотношением (фиг. 2):
где: N1i и N2i - результаты счета, зафиксированные в первом и втором регистрах захвата таймера-счетчика 8 в i-м цикле измерения;
N2i-N1i(mod2N) -разностьзначений N1i и N2i по модулю 2N;
Т0 - период счетных импульсов таймера-счетчика 8;
tЗДР - измеряемое время задержки распространения (в примере, иллюстрируемом представленными на фиг. 2 временными диаграммами, им является время задержки распространения сигнала при включении,).
Случайная составляющая относительной погрешности измерения при этом равна ±(T0/tЗДР). При типовых значениях Т0 и tЗДР, характерных для современных микроконтроллеров и ОПЛС и равных порядка единиц -десятков наносекунд (см, например, STM32F4 - ARM - Cortex М4 High-Performance MCUs - STMicroelectronics. - Режим доступа: https://www.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32-high-performance-mcus/stm32f4-series.html?quervcriteria=productId=SS1577, свободный. Язык английский) и десятков - сотен наносекунд (см., например, Optoelectronic High Speed Logic Gates. - Режим доступа: https://www.onsemi.com/PowerSolutions/parametrics/17721/_products, свободный. Язык английский) соответственно, указанная составляющая погрешности может достигать порядка нескольких десятков процентов, что неприемлемо для большинства практических случаев.
В заявляемом устройстве снижение случайной составляющей погрешности достигается за счет усреднения результатов K циклов измерения, в соответствии с выражением:
где:
- конечный результат измерения времени задержки распространения;
K - общее число циклов измерения;
Fw и wi - соответственно нормирующий коэффициент и отсчеты усредняющей весовой функции (ВФ) (весовые коэффициенты) (Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отдел-е, 1990. - 192 с.).
Вычисление конечного результата измерения в соответствии с выражением (3) осуществляется посредством блока 11 умножения с накоплением и блока 13 усреднения. Отсчеты wt усредняющей ВФ хранятся в блоке 12 памяти весовых коэффициентов.
Конечные результаты измерения через блок 14 интерфейса поступают на блок 15 регистрации.
Усреднение в соответствии с выражением (3) позволяет уменьшить случайную составляющую погрешности измерения в 
раз, где kw - коэффициент, определяемый видом применяемой ВФ. В частности, при использовании прямоугольной ВФ, т.е. при w1 = w2 =…= wK = 1 данный коэффициент равен единице, а случайная составляющая погрешности снижается в 
раз (Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: ЮСТИЦИЯ, 2018. - 658 с.). Для более сложных ВФ коэффициент kw меньше единицы, и достижимо снижение случайной составляющей погрешности более чем в раз (Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отдел-е, 1990. - 192 с.).
Таким образом, введение в известное устройство блока 11 умножения с накоплением, блока 12 памяти весовых коэффициентов и блока 13 усреднения позволяет достигнуть существенного снижения случайной составляющей погрешности измерения времен задержек распространения сигналов ОПЛС.
Claims (1)
- Устройство для измерения времен задержек распространения сигнала оптоэлектронных переключателей логических сигналов, содержащее генератор импульсов, источник постоянного напряжения, токозадающий резистор, общую шину, цепь нагрузки, усилитель-формирователь, блок регистрации и микроконтроллер, включающий таймер/счетчик, блок вычитания, блок вычисления модуля, блок интерфейса, первый вход захвата таймера/счетчика соединен с выходом усилителя-формирователя, вход которого соединен с выходом источника излучения проверяемого прибора, который через токозадающий резистор соединен с общей шиной, вход источника излучения проверяемого прибора соединен с выходом генератора импульсов, вход питания проверяемого прибора - с выходом источника постоянного напряжения, а выход проверяемого прибора - с цепью нагрузки и со вторым входом захвата таймера/счетчика, выходы первого и второго регистров захвата которого поразрядно соединены с первой и второй группой входов блока вычитания, выходы которого поразрядно соединены со входами блока вычисления модуля, выходы блока интерфейса соединены со входами блока регистрации, отличающееся тем, что в микроконтроллер дополнительно введены блок умножения с накоплением, блок памяти весовых коэффициентов и блок усреднения, выходы которого поразрядно соединены со входами блока интерфейса, а входы поразрядно соединены с выходами блока умножения с накоплением, первая группа входов которого поразрядно соединена с выходами блока вычисления модуля, а вторая группа входов - с выходами блока памяти весовых коэффициентов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123873U RU194217U1 (ru) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Устройство для измерения времен задержек распространения сигнала оптоэлектронных переключателей логических сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123873U RU194217U1 (ru) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Устройство для измерения времен задержек распространения сигнала оптоэлектронных переключателей логических сигналов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU194217U1 true RU194217U1 (ru) | 2019-12-03 |
Family
ID=68834660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019123873U RU194217U1 (ru) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Устройство для измерения времен задержек распространения сигнала оптоэлектронных переключателей логических сигналов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU194217U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4689793A (en) * | 1984-12-19 | 1987-08-25 | Gte Laboratories Incorporated | Optical logic and memory apparatus |
| US5095200A (en) * | 1990-01-19 | 1992-03-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optoelectronic memory, logic, and interconnection device including an optical bistable circuit |
| US5408548A (en) * | 1991-12-13 | 1995-04-18 | Olmstead; Charles H. | Optical switches |
| US8180186B2 (en) * | 2004-08-30 | 2012-05-15 | Galtronics Optical Ltd. | Optical switches and logic gates employing same |
-
2019
- 2019-07-23 RU RU2019123873U patent/RU194217U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4689793A (en) * | 1984-12-19 | 1987-08-25 | Gte Laboratories Incorporated | Optical logic and memory apparatus |
| US5095200A (en) * | 1990-01-19 | 1992-03-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optoelectronic memory, logic, and interconnection device including an optical bistable circuit |
| US5408548A (en) * | 1991-12-13 | 1995-04-18 | Olmstead; Charles H. | Optical switches |
| US8180186B2 (en) * | 2004-08-30 | 2012-05-15 | Galtronics Optical Ltd. | Optical switches and logic gates employing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR830009489A (ko) | 고정밀 ac전기 에너지 측정시스템 | |
| CN1940777B (zh) | 高分辨率时间间隔测量设备和方法 | |
| CN104502684A (zh) | 一种全数字化峰值到达时刻鉴别方法 | |
| US3983481A (en) | Digital intervalometer | |
| KR100220672B1 (ko) | 병렬구조를 갖는 시간간격 측정기 | |
| CN106443184A (zh) | 一种相位检测装置及相位检测方法 | |
| RU194217U1 (ru) | Устройство для измерения времен задержек распространения сигнала оптоэлектронных переключателей логических сигналов | |
| CN114200381B (zh) | 一种智能电表可靠性检测系统和方法 | |
| CN206223867U (zh) | 一种相位检测装置 | |
| SU654932A1 (ru) | Способ измерени временных интервалов | |
| Teodorescu et al. | Improving time measurement precision in embedded systems with a hybrid measuring method | |
| CN206876771U (zh) | 一种测量单粒子翻转瞬态脉冲长度的电路 | |
| Prasanna et al. | An embedded read-out for GM counter | |
| SU1397024A1 (ru) | Способ определени составл ющих импеданса биологического объекта и устройство дл его осуществлени | |
| JP2622845B2 (ja) | 遅延時間測定回路 | |
| RU2498384C1 (ru) | Широкодиапазонный нониусный рециркуляционный преобразователь временных интервалов в цифровой код | |
| SU1157520A1 (ru) | Рециркул ционный измеритель временных интервалов | |
| CN202383192U (zh) | 一种检测脉冲电流的数显电流表 | |
| RU2229138C1 (ru) | Измеритель параметров гармонических процессов | |
| Gh Hulea et al. | Method and system for time intervals measurement | |
| Wang et al. | Research on Data Acquisition Module Based on Rogowski Coil ECT | |
| Mohan et al. | Design and characterisation of FPGA based angular accelerometer | |
| Wadke et al. | Design and Implementation of High Precision Time to Digital Converter Readout System | |
| RU164152U1 (ru) | Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения | |
| SU1584096A1 (ru) | Формирователь импульса, огибающего серию импульсов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20191208 |