RU2546075C1 - Time interval digital measuring transducer - Google Patents

Time interval digital measuring transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2546075C1
RU2546075C1 RU2014119394/08A RU2014119394A RU2546075C1 RU 2546075 C1 RU2546075 C1 RU 2546075C1 RU 2014119394/08 A RU2014119394/08 A RU 2014119394/08A RU 2014119394 A RU2014119394 A RU 2014119394A RU 2546075 C1 RU2546075 C1 RU 2546075C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inputs
time
outputs
interpolating
input
Prior art date
Application number
RU2014119394/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Александрович Чулков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный технологический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный технологический университет"
Priority to RU2014119394/08A priority Critical patent/RU2546075C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2546075C1 publication Critical patent/RU2546075C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device, comprising an interpolating time-to-number converter connected by its first and second inputs to signal clamps of the beginning and end of the interval, includes a plurality of additional analogue interpolating time-to-number converters.
EFFECT: high accuracy of digital conversion of a time interval into a digital code.
2 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к технике прецизионного измерения однократных интервалов времени.The present invention relates to techniques for the precision measurement of single time intervals.

Уровень техникиState of the art

Для преобразования интервалов времени в цифровой код широко применяются счетчики времени, действие которых основано на подсчете числа импульсов эталонной частоты, укладывающихся в преобразуемый интервал времени [1]. Повышение точности таких устройств достигается за счет уменьшения шага дискретизации времени либо путем повышения эталонной частоты, либо путем интерполяции эталонного периода. Первый путь имеет очевидные пределы, обусловленные быстродействием цифровой элементной базы.To convert time intervals to digital code, time counters are widely used, the action of which is based on counting the number of pulses of the reference frequency that fit into the converted time interval [1]. Improving the accuracy of such devices is achieved by reducing the time sampling step, either by increasing the reference frequency, or by interpolating the reference period. The first way has obvious limits due to the speed of the digital element base.

Известен цифровой интерполирующий измеритель интервала времени [2], который содержит эталонный генератор импульсов, выход которого присоединен через первый элемент И к входу счетчика импульсов, при этом оставшийся вход первого элемента И подключен к выходу триггера, входы которого служат входами сигналов пуска и останова устройства. Кроме того, имеется подключенная к выходу эталонного генератора последовательная цепь множества элементов задержки, выход каждого из которых соединен с входом сброса соответствующего дополнительного триггера, число которых равно числу элементов задержки. Выходы всех дополнительных триггеров присоединены к входам шифратора. Процесс измерения начинается после сброса счетчика импульсов и триггеров импульсом пуска, а завершается импульсом останова. Старшие разряды результата измерения образуются на выходах счетчика импульсов и отображают целое число эталонных периодов, укладывающихся в измеряемый интервал, а младшие разряды результата образуются на выходах шифратора и отображают дробную часть эталонного периода - остаток от деления интервала на эталонный период в единицах времени задержки элемента задержки. Недостаток данного аналога заключается в низкой точности измерения интервала времени, поскольку шаг дискретизации не может быть меньше времени задержки элемента задержки.Known digital interpolating time interval meter [2], which contains a reference pulse generator, the output of which is connected through the first element And to the input of the pulse counter, while the remaining input of the first element And is connected to the output of the trigger, the inputs of which serve as inputs of the start and stop signals of the device. In addition, there is a series circuit of a plurality of delay elements connected to the output of the reference generator, the output of each of which is connected to the reset input of the corresponding additional trigger, the number of which is equal to the number of delay elements. The outputs of all additional triggers are connected to the inputs of the encoder. The measurement process begins after resetting the pulse counter and triggers by a start pulse, and ends with a stop pulse. The highest bits of the measurement result are generated at the outputs of the pulse counter and display an integer number of reference periods that fit into the measured interval, and the least significant bits of the result are generated at the encoder outputs and display the fractional part of the reference period - the remainder of dividing the interval by the reference period in units of the delay time of the delay element. The disadvantage of this analogue is the low accuracy of measuring the time interval, since the sampling step cannot be less than the delay time of the delay element.

Аналогами настоящего изобретения являются также схемы цифровых преобразователей время-код, в которых использован нониусный метод оценки дробной части измеряемого с помощью эталонного генератора интервала времени, например схема, описанная в [3]. Данное устройство включает основной и дополнительный генераторы импульсов, периоды которых различаются на малую величину, которая и составляет значение разрешения по времени. В известное устройство входят также два триггера и два вентиля И, управляющие процессом нониусной развертки, а также два счетчика импульсов, отображающих результат измерения. При высокой точности измерения данного устройства оно имеет низкую производительность - большое «мертвое» время, так как процесс нониусной развертки после окончания преобразуемого интервала занимает множество опорных периодов.Analogs of the present invention are also schemes of digital time-code converters, in which a nonius method for evaluating the fractional part of the time interval measured by the reference generator is used, for example, the scheme described in [3]. This device includes a primary and secondary pulse generators, the periods of which differ by a small amount, which is the value of the resolution in time. The known device also includes two triggers and two AND valves, controlling the process of the vernier sweep, as well as two pulse counters that display the measurement result. With high accuracy of measurement of this device, it has low productivity - a large "dead" time, since the process of vernier sweep after the end of the converted interval takes many reference periods.

Другим аналогом настоящего изобретения является временной интерполятор [4], содержащий счетчик импульсов и секционированную линию задержки, входы которых соединены с общим зажимом опорных сигналов. Устройство включает регистр в виде множества триггеров с общими информационными и сбросовыми входами, причем синхронизирующие входы триггеров соединены с соответствующими промежуточными отводами линии задержки. Кроме того, в схему входит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое служит преобразователем термометрического кода образованного триггерами регистра в двоичный код. Общее время задержки секционированной линии задержки равно одному опорному периоду. Запуск устройства осуществляется синхронизированным с опорным сигналом стартовым импульсом, который разрешает работу счетчика импульсов. Одновременно опорные сигналы распространяются по линии задержки. В момент поступления стопового импульса счетчик импульсов фиксирует число полных опорных периодов, уложившихся в измеряемый интервал, а регистр - номер отвода секционированной линии задержки, до которого успел распространиться опорный сигнал. В итоге счетчик отражает старшие биты результата измерения, а ПЗУ - младшие биты. Погрешность измерения определяется временем задержки секции линии задержки, что существенно меньше опорного периода. В то же время такая разрешающая способность преобразователя время-код во многих применениях оказывается недостаточной, кроме того, имеется дополнительный источник погрешности преобразования, связанный с неравномерностью задержки отдельных секций линии задержки.Another analogue of the present invention is a time interpolator [4] containing a pulse counter and a partitioned delay line, the inputs of which are connected to a common terminal of the reference signals. The device includes a register in the form of a plurality of triggers with common information and fault inputs, the trigger synchronizing inputs being connected to the corresponding intermediate taps of the delay line. In addition, the scheme includes read-only memory (ROM), which serves as a converter of the thermometric code formed by the triggers of the register in binary code. The total delay time of the partitioned delay line is one reference period. The device is started by a start pulse synchronized with the reference signal, which allows the pulse counter to work. At the same time, reference signals propagate along the delay line. At the moment of arrival of the stop pulse, the pulse counter records the number of complete reference periods that fit into the measured interval, and the register indicates the number of taps of the partitioned delay line to which the reference signal has propagated. As a result, the counter reflects the high bits of the measurement result, and the ROM reflects the low bits. The measurement error is determined by the delay time of the delay line section, which is significantly less than the reference period. At the same time, such a resolution of the time-code converter in many applications is insufficient, in addition, there is an additional source of conversion error associated with the uneven delay of individual sections of the delay line.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство для измерения интервала времени [5] с опорным генератором в виде мультифазного кольцевого генератора (МКГ), множество выходов которого образует субшкалу отсчета времени. Выходы МКГ связаны с соответствующими информационными входами двух регистров, тактовые входы которых соединены с входными зажимами сигналов начала и окончания интервала времени, а выходы через соответствующие шифраторы подключены к младшим входам соответствующих операндов блока вычитания. При этом старшие входы первого операнда блока вычитания присоединены посредством третьего регистра к выходам счетчика импульсов, определяющего целое число опорных периодов в измеряемом интервале времени. Имеется также четвертый регистр для записи результата измерения в момент окончания интервала времени. В данном аналоге нет необходимости в синхронизации начала отсчета интервала с опорным импульсом, а неравномерность квантов времени по выходам МКГ может быть получена достаточно малой. Однако точность измерения в устройстве-прототипе по-прежнему ограничена значением названного кванта времени МКГ, дополнительную погрешность может вызывать нестабильность опорного периода МКГ.Of the known analogues, the closest in technical essence to the present invention is a device for measuring the time interval [5] with a reference oscillator in the form of a multiphase ring oscillator (MCG), the set of outputs of which forms a subscale of the time reference. The MCG outputs are connected to the corresponding information inputs of two registers, the clock inputs of which are connected to the input terminals of the signals of the beginning and end of the time interval, and the outputs are connected through the corresponding encoders to the lower inputs of the corresponding operands of the subtraction unit. In this case, the senior inputs of the first operand of the subtraction unit are connected via the third register to the outputs of the pulse counter, which determines the integer number of reference periods in the measured time interval. There is also a fourth register for recording the measurement result at the end of the time interval. In this analogue, there is no need to synchronize the origin of the interval with the reference pulse, and the unevenness of the time slices by the MCG outputs can be obtained quite small. However, the accuracy of the measurement in the prototype device is still limited by the value of the above-mentioned MCG time quantum; an additional error can cause instability of the ICG reference period.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Целью настоящего изобретения является повышение точности цифрового преобразования однократного интервала времени в цифровой код. Указанная цель достигается благодаря уменьшению случайной составляющей погрешности путем усреднения результатов, полученных одновременно множеством независимых интерполирующих преобразователей время-код. Как известно, n-кратное измерение одной и той же физической величины позволяет повысить точность измерения в n

Figure 00000001
раз. Особенностью использованного в предлагаемом устройстве метода является то, что процессы измерения величины разнесены не во времени, а в пространстве.The aim of the present invention is to improve the accuracy of digital conversion of a single time interval into a digital code. This goal is achieved by reducing the random component of the error by averaging the results obtained simultaneously by many independent interpolating time-code converters. As is known, an n-fold measurement of the same physical quantity allows one to increase the measurement accuracy in n
Figure 00000001
time. A feature of the method used in the proposed device is that the processes of measuring the magnitude are spaced not in time, but in space.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее интерполирующий преобразователь время-код, своими первым и вторым входами связанный с зажимами сигналов начала и окончания интервала, введено множество дополнительных аналогичных интерполирующих преобразователей время-код. Одноименные входы всех интерполирующих преобразователей время-код объединены, причем их третьи объединенные входы присоединены к выходу опорного генератора, а многоразрядные выходы - к информационным входам соответствующих регистров. Тактовые входы регистров подключены к зажиму сигнала окончания интервала через элемент задержки, а выходы - к соответствующим входам блока осреднения.This goal is achieved by the fact that many additional analogous time-code interpolating converters are introduced into the device containing the time-code interpolating converter with its first and second inputs connected to the terminals of the interval start and end signals. The inputs of the same name of all interpolating time-code converters are combined, and their third combined inputs are connected to the output of the reference generator, and multi-bit outputs are connected to the information inputs of the corresponding registers. The clock inputs of the registers are connected to the terminal signal of the interval through the delay element, and the outputs to the corresponding inputs of the averaging unit.

В предпочтительном варианте исполнения каждый интерполирующий преобразователь время-код строится в виде мультифазного кольцевого генератора, множеством своих выходов подключенного к информационным входам первого и второго регистров. Тактовые входы упомянутых регистров служат первым и вторым входами интерполирующего преобразователя время-код, а выходы присоединены к входам соответствующих первого и второго шифраторов, причем один из выходов мультифазного кольцевого генератора соединен с тактовым входом первого счетчика импульсов непосредственно и с входом сброса второго счетчика импульсов через делитель частоты. Вход сброса первого счетчика импульсов подключен к первому входу интерполирующего преобразователя время-код, а тактовый вход второго счетчика импульсов служит третьим входом интерполирующего преобразователя время-код. При этом выходы первого и второго счетчиков импульсов подключены к информационным входам соответственно третьего и четвертого регистров, тактовыми входами присоединенных соответственно к тактовому входу второго регистра и выходу делителя частоты. Выходы первого и второго шифраторов, третьего и четвертого регистров присоединены к соответствующим многоразрядным цифровым входам арифметического блока.In a preferred embodiment, each interpolating time-code converter is constructed in the form of a multiphase ring generator, with its many outputs connected to the information inputs of the first and second registers. The clock inputs of the mentioned registers serve as the first and second inputs of the interpolating time-code converter, and the outputs are connected to the inputs of the corresponding first and second encoders, and one of the outputs of the multiphase ring generator is connected directly to the clock input of the first pulse counter and to the reset input of the second pulse counter through the divider frequency. The reset input of the first pulse counter is connected to the first input of the time-code interpolating converter, and the clock input of the second pulse counter serves as the third input of the time-code interpolating converter. In this case, the outputs of the first and second pulse counters are connected to the information inputs of the third and fourth registers respectively, the clock inputs connected respectively to the clock input of the second register and the output of the frequency divider. The outputs of the first and second encoders, the third and fourth registers are connected to the corresponding multi-digit digital inputs of the arithmetic block.

В устройстве не требуется стабилизации периода МКГ в интерполирующих преобразователях время-код, что выгодно отличает его от прототипа, поскольку становится возможной его реализация на программируемой пользователем вентильной матрице.The device does not require stabilization of the MCG period in interpolating time-code converters, which compares it favorably with the prototype, since it becomes possible to implement it on a user-programmable gate array.

Перечень чертежейList of drawings

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема цифрового измерительного преобразователя интервала времени в соответствии с настоящим изобретением.In FIG. 1 is a functional electrical diagram of a digital time interval transmitter in accordance with the present invention.

На фиг. 2 показана функциональная электрическая схема предпочтительного варианта интерполирующего преобразователя время-код, входящего в состав цифрового измерительного преобразователя интервала времени.In FIG. 2 shows a functional electrical diagram of a preferred embodiment of a time-code interpolating transducer included in a time interval digital transducer.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

В представленную на фиг. 1 схему цифрового измерительного преобразователя интервала времени для определенности включены четыре одинаковых интерполирующих преобразователя 1…4 время-код, у которых первые объединенные входы присоединены к входному зажиму 5 сигнала начала интервала, вторые объединенные входы - к входному зажиму 6 сигнала окончания интервала, а третьи объединенные входы - к выходу опорного генератора 7. Цифровые выходы интерполирующих преобразователей 1…4 время-код подключены к информационным входам соответствующих регистров 8…11, тактовые входы которых через элемент 12 задержки соединен с зажимом 6 сигнала окончания интервала, а их цифровые выходы - с соответствующими входами блока 13 осреднения.As shown in FIG. 1, for definiteness, four identical interpolating converters 1 ... 4 time codes are included, in which the first combined inputs are connected to the input terminal 5 of the beginning signal of the interval, the second combined inputs are connected to the input terminal 6 of the end interval signal, and the third combined inputs to the output of the reference generator 7. The digital outputs of the interpolating converters 1 ... 4 time code are connected to the information inputs of the corresponding registers 8 ... 11, the clock inputs to which through the delay element 12 is connected to the terminal 6 of the interval end signal, and their digital outputs are connected to the corresponding inputs of the averaging unit 13.

В предпочтительном варианте осуществления каждый из интерполирующих преобразователей 1…4 время-код (фиг. 2) содержит MKГ 14, множеством своих выходов присоединенных к информационным входам первого 15 и второго 16 регистров, снабженных выходными шифраторами 17, 18, тактовые входы упомянутых регистров соединены соответственно с первым 19 и вторым 20 входами описываемого преобразователя. Один из выходов MKГ 14 соединен с тактовым входом первого счетчика 21 импульсов и через делитель 22 частоты - с входом сброса второго счетчика 23 импульсов, своим тактовым входом подключенного к третьему входу 24 преобразователя. Многоразрядные выходы первого 21 и второго 23 счетчиков импульсов соединены с информационными входами третьего 25 и четвертого 26 регистров, тактовый вход третьего регистра 25 объединен с тактовым входом второго регистра 16, а тактовый вход четвертого регистра 26 - с входом сброса второго счетчика 23 импульсов. Многоразрядные цифровые выходы обоих шифраторов 17, 18, третьего 25 и четвертого 26 регистров соединены с соответствующими цифровыми входами операндов арифметического блока 27, множество выходов 28 которого является цифровым выходом интерполирующего преобразователя 1…4 время-код.In a preferred embodiment, each of the time-code interpolating converters 1 ... 4 (Fig. 2) contains MKG 14, with a plurality of outputs connected to information inputs of the first 15 and second 16 registers, equipped with output encoders 17, 18, the clock inputs of the said registers are connected respectively with the first 19 and second 20 inputs of the described Converter. One of the outputs MKG 14 is connected to the clock input of the first counter 21 pulses and through the divider 22 frequency - with the reset input of the second counter 23 pulses, its clock input connected to the third input 24 of the Converter. The multi-bit outputs of the first 21 and second 23 pulse counters are connected to the information inputs of the third 25 and fourth 26 registers, the clock input of the third register 25 is combined with the clock input of the second register 16, and the clock input of the fourth register 26 is connected to the reset input of the second pulse counter 23. The multi-bit digital outputs of both encoders 17, 18, the third 25 and the fourth 26 registers are connected to the corresponding digital inputs of the operands of the arithmetic unit 27, the set of outputs 28 of which is the digital output of the interpolating converter 1 ... 4 time-code.

Для уяснения принципа действия устройства рассмотрим вначале порядок функционирования его основного блока - показанного на фиг. 2 интерполирующего преобразователя время-код. Основное отличие данного блока от прототипа состоит в том, что к точности и стабильности частоты импульсов МКГ 14 особых требований не предъявляется, что упрощает реализацию устройства на программируемой пользователем вентильной матрице (FPGA - Field Programmable Gate Array), где аналоговая подстройка частоты генерируемых импульсов невозможна. Вместо стабилизации частоты она непрерывно измеряется, а результат измерения используется при расчете значения преобразуемого интервала времени.To clarify the principle of operation of the device, we first consider the functioning of its main unit - shown in FIG. 2 interpolating time-code converters. The main difference between this unit and the prototype is that there are no special requirements for the accuracy and stability of the MKG 14 pulse frequency, which simplifies the implementation of the device on a Field Programmable Gate Array (FPGA), where analog adjustment of the frequency of the generated pulses is impossible. Instead of stabilizing the frequency, it is continuously measured, and the measurement result is used to calculate the value of the converted time interval.

МКГ 14 непрерывно генерирует на N своих выходах многофазные импульсы с периодом ТМКГ=2NtD, смещенные по времени с шагом tD, а по фазе - на π/N (tD - время задержки каскада МКГ). Эти импульсы поступают на информационные входы первого 15 и второго 16 регистров, которые в моменты тактирования сигналами соответственно начала интервала на входе 19 и окончания интервала на входе 20 фиксируют позиции этих сигналов по внутренней субшкале МКГ в виде термометрических кодов, которые далее преобразуются шифраторами 17 и 18 в двоичные числа, обозначенные на фиг. 2 соответственно как K2 и K1. Эти числа означают количество квантов tD времени от начала периода МКГ до моментов поступления входных сигналов начала и окончания интервала времени. Соответственно времена задержки указанных сигналов относительно начала периода МКГ равны K2tD и K1tD.MKG 14 continuously generates multiphase pulses at its N outputs with a period T MKG = 2Nt D , shifted in time with a step t D , and in phase by π / N (t D is the delay time of the MCG cascade). These pulses are fed to the information inputs of the first 15 and second 16 registers, which at the timing of the signals, respectively, of the beginning of the interval at input 19 and the end of the interval at input 20, fix the positions of these signals on the ICC internal subscale in the form of thermometric codes, which are further converted by encoders 17 and 18 to the binary numbers indicated in FIG. 2 respectively as K 2 and K 1 . These numbers mean the number of quanta t D time from the beginning of the MCG period to the moments of arrival of input signals at the beginning and end of the time interval. Accordingly, the delay times of these signals relative to the beginning of the MCG period are K 2 t D and K 1 t D.

Кроме того, первый счетчик импульсов 21, работа которого разрешается после прихода сигнала начала интервала на вход 19, подсчитывает количество K0 импульсов МКГ 14, уложившихся в интервал между сигналами его начала и окончания. По окончании интервала число K0 записывается в регистр 25, это число отображает продолжительность K0 периодов импульсов МКГ, т.е. 2K0NtD. Таким образом, измеренное значение интервала времени окажется равнымIn addition, the first pulse counter 21, the operation of which is allowed after the arrival of the interval start signal at input 19, counts the number K 0 of MKG pulses 14 that fit into the interval between its start and end signals. At the end of the interval, the number K 0 is recorded in register 25, this number displays the duration K 0 of the ICG pulse periods, i.e. 2K 0 Nt D. Thus, the measured value of the time interval will be equal

Figure 00000002
Figure 00000002

Для нахождения входящего в (1) значения tD используются счетчик 23 импульсов с делителем 22 частоты, которые непрерывно измеряют период ТМКГ импульсов МКГ 14. Делитель 22 частоты с модулем деления D образует импульсы типа «меандр» с полуволнами равной длительностиTo find the value of t D included in (1), a counter of 23 pulses with a frequency divider 22 is used, which continuously measure the period T of the MCG pulses of the MCG 14. The frequency divider 22 with the division module D forms meander pulses with half waves of equal duration

Figure 00000003
Figure 00000003

В течение одной полуволны второй счетчик 23 импульсов удерживается в сброшенном состоянии, в течение другой полуволны заполняется импульсами опорного генератора 7, поступающими на вход 24, достигая всякий раз состоянияDuring one half-wave, the second counter 23 pulses is kept in the reset state, during the other half-wave it is filled with pulses of the reference oscillator 7 received at input 24, each time reaching the state

Figure 00000004
Figure 00000004

Это число по окончании интервала переписывается в четвертый регистр 26. Из выражения (3) следует, чтоThis number at the end of the interval is rewritten in the fourth register 26. From the expression (3) it follows that

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, на выходах шифраторов 17, 18 и регистров 25, 26 образуются числа K0, K1, K2, M, поступающие далее на соответствующие входы арифметического блока 27. Арифметический блок 27 производит вычисление значения измеренного интервала времени по формуле (1), которая с учетом (4) приобретает видThus, at the outputs of the encoders 17, 18 and registers 25, 26, the numbers K 0 , K 1 , K 2 , M are formed, which then arrive at the corresponding inputs of the arithmetic block 27. The arithmetic block 27 calculates the value of the measured time interval by the formula (1) , which, taking into account (4), takes the form

Figure 00000006
Figure 00000006

Подобным образом работают все n каналов преобразования, после окончания измеряемого интервала времени они образуют n независимых результатов ТХ1, ТХ2, …, TXn. В основной схеме устройства (фиг. 1) с задержкой элемента 12 задержки, достаточной для завершения вычислений в арифметическом блоке 27, эти результаты переписываются в n регистров 8…11 (в данном примере их число равно четырем), после чего поступают на блок 13 осреднения. Блок 13 осреднения образует окончательный результат преобразования в соответствии с выражениемAll n conversion channels work in a similar way, after the end of the measured time interval they form n independent results T X1 , T X2 , ..., T Xn . In the main circuit of the device (Fig. 1) with a delay of the delay element 12 sufficient to complete the calculations in the arithmetic unit 27, these results are written in n registers 8 ... 11 (in this example, their number is four), and then they are sent to the averaging unit 13 . Block 13 averaging forms the final result of the conversion in accordance with the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где K0k, K1k, K2k - выходные числа k-го интерполирующего преобразователя время-код.where K 0k , K 1k , K 2k are the output numbers of the k-th interpolating time-code converter.

Благодаря усреднению результатов n измерений одного и того же интервала времени случайная ошибка измерения сокращается в n

Figure 00000008
раз, для рассмотренного примера осуществления устройства с четырьмя каналами преобразования случайная ошибка уменьшается в два раза по сравнению с прототипом. Таким образом, в предложенном устройстве может быть достигнуто разрешение по времени, существенно меньшее задержки каскада МКГ - задержки логического вентиля.By averaging the results of n measurements of the same time interval, the random measurement error is reduced by n
Figure 00000008
times, for the considered example of the implementation of the device with four conversion channels, the random error is reduced by half compared with the prototype. Thus, in the proposed device, a time resolution can be achieved that is significantly less than the delay of the MCG cascade — the delay of the logic gate.

ЛитератураLiterature

1. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. АЦП/ЦАП. - М.: Техносфера, 2006, с. 22, рис. 2.1.1. Rathor T.S. Digital measurements. ADC / DAC. - M .: Technosphere, 2006, p. 22, fig. 2.1.

2. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1981, с. 166, рис. 3.27.2. Shlyandin V.M. Digital measuring devices: Textbook for high schools. - M.: Higher School, 1981, p. 166, fig. 3.27.

3. Там же, с. 163, рис. 3.25.3. In the same place, with. 163, fig. 3.25.

4. Патент США 4439046, МПК G04 8/00, 27.03.1984 г.4. US patent 4439046, IPC G04 8/00, 03/27/1984

5. Патент РФ 2260830. Устройство для измерения интервала времени, МПК G04F 10/04, решение о выдаче патента от 20.09.2005 г. (прототип).5. RF patent 2260830. A device for measuring the time interval, IPC G04F 10/04, the decision to grant a patent on 09/20/2005 (prototype).

Claims (2)

1. Цифровой измерительный преобразователь интервала времени, содержащий интерполирующий преобразователь время-код, своими первым и вторым входами связанный с зажимами сигналов начала и окончания интервала, отличающийся тем, что в него введены множество дополнительных интерполирующих преобразователей время-код, одноименные входы которых объединены, при этом их третьи объединенные входы присоединены к выходу опорного генератора, а многоразрядные выходы - к информационным входам соответствующих регистров, тактовые входы которых подключены к зажиму сигнала окончания интервала через элемент задержки, а выходы - к соответствующим входам блока осреднения.1. A digital measuring instrument of the time interval, containing an interpolating time-code converter, its first and second inputs connected to the terminals of the signals of the beginning and end of the interval, characterized in that a plurality of additional interpolating time-code converters are introduced into which the inputs of the same name are combined, their third combined inputs are connected to the output of the reference generator, and multi-bit outputs are connected to the information inputs of the corresponding registers, the clock inputs of which are connected They are used to clamp the signal of the end of the interval through the delay element, and the outputs to the corresponding inputs of the averaging block. 2. Цифровой измерительный преобразователь интервала времени по п. 1, отличающийся тем, что каждый интерполирующий преобразователь время-код выполнен в виде мультифазного кольцевого генератора, множеством своих выходов подключенного к информационным входам первого и второго регистров, тактовые входы которых служат первым и вторым входами интерполирующего преобразователя время-код, а выходы присоединены к входам соответствующих первого и второго шифраторов, причем один из выходов мультифазного кольцевого генератора соединен с тактовым входом первого счетчика импульсов непосредственно и с входом сброса второго счетчика импульсов через делитель частоты, вход сброса первого счетчика импульсов подключен к первому входу интерполирующего преобразователя время-код, тактовый вход второго счетчика импульсов служит третьим входом интерполирующего преобразователя время-код, при этом выходы первого и второго счетчиков импульсов подключены к информационным входам соответственно третьего и четвертого регистров, тактовыми входами присоединенных соответственно к тактовому входу второго регистра и выходу делителя частоты, выходы первого и второго шифраторов, третьего и четвертого регистров присоединены к соответствующим многоразрядным цифровым входам арифметического блока. 2. The digital measuring converter of the time interval according to claim 1, characterized in that each interpolating converter is a time-code made in the form of a multiphase ring generator, with a plurality of its outputs connected to the information inputs of the first and second registers, the clock inputs of which serve as the first and second inputs of the interpolating the time-code converter, and the outputs are connected to the inputs of the corresponding first and second encoders, and one of the outputs of the multiphase ring generator is connected to the clock the input of the first pulse counter directly and with the reset input of the second pulse counter via the frequency divider, the reset input of the first pulse counter is connected to the first input of the time-code interpolating converter, the clock input of the second pulse counter serves as the third input of the time-code interpolating converter, while the outputs of the first and the second pulse counters are connected to the information inputs of the third and fourth registers, respectively, clock inputs connected respectively to the clock during the second register and the output of the frequency divider, the outputs of the first and second encoders, third and fourth registers are connected to the respective multibit digital input of the arithmetic unit.
RU2014119394/08A 2014-05-13 2014-05-13 Time interval digital measuring transducer RU2546075C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014119394/08A RU2546075C1 (en) 2014-05-13 2014-05-13 Time interval digital measuring transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014119394/08A RU2546075C1 (en) 2014-05-13 2014-05-13 Time interval digital measuring transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2546075C1 true RU2546075C1 (en) 2015-04-10

Family

ID=53295719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014119394/08A RU2546075C1 (en) 2014-05-13 2014-05-13 Time interval digital measuring transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2546075C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099865C1 (en) * 1993-05-26 1997-12-20 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.В.И.Ульянова (Ленина) Method for measuring of time intervals
US6933867B2 (en) * 2003-11-12 2005-08-23 Denso Corporation A/D conversion processing apparatus providing improved elimination of effects of noise through digital processing, method of utilizing the A/D conversion processing apparatus, and electronic control apparatus incorporating the A/D conversion processing apparatus
RU2260830C1 (en) * 2004-03-22 2005-09-20 Пензенская государственная технологическая академия Time interval meter
RU2303803C2 (en) * 2005-09-15 2007-07-27 Пензенская государственная технологическая академия Time-code transformer
RU2385479C2 (en) * 2008-05-20 2010-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенская государственная технологическая академия Interpolating digital-time converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099865C1 (en) * 1993-05-26 1997-12-20 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.В.И.Ульянова (Ленина) Method for measuring of time intervals
US6933867B2 (en) * 2003-11-12 2005-08-23 Denso Corporation A/D conversion processing apparatus providing improved elimination of effects of noise through digital processing, method of utilizing the A/D conversion processing apparatus, and electronic control apparatus incorporating the A/D conversion processing apparatus
RU2260830C1 (en) * 2004-03-22 2005-09-20 Пензенская государственная технологическая академия Time interval meter
RU2303803C2 (en) * 2005-09-15 2007-07-27 Пензенская государственная технологическая академия Time-code transformer
RU2385479C2 (en) * 2008-05-20 2010-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенская государственная технологическая академия Interpolating digital-time converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10007235B2 (en) Time-to-digital converter with phase-scaled course-fine resolution
JP5559142B2 (en) Phase measuring device and frequency measuring device
EP1593202B1 (en) Period-to-digital converter
AU2006202661B2 (en) High resolution time interval measurement apparatus and method
JPH05215873A (en) Continuous time interpolator
US8786474B1 (en) Apparatus for programmable metastable ring oscillator period for multiple-hit delay-chain based time-to-digital circuits
JPH06347569A (en) Frequency multiplier circuit and pulse time interval measuring device
RU2546075C1 (en) Time interval digital measuring transducer
US9891594B2 (en) Heterogeneous sampling delay line-based time to digital converter
JP5914718B2 (en) Time base with oscillator, frequency division circuit and clock pulse suppression circuit
RU2303803C2 (en) Time-code transformer
RU2561999C1 (en) Interpolating converter of time interval into digital code
JP2013205092A (en) Time measuring device
US11435702B2 (en) Time-to-digital converter
RU2278390C1 (en) Digital frequency meter
RU2583165C1 (en) Interpolates converter time interval in the digital code
RU2260830C1 (en) Time interval meter
US6944099B1 (en) Precise time period measurement
Chen et al. A PVT insensitive field programmable gate array time-to-digital converter
EP1983650A1 (en) Corrected DE translation: Differenzzeit-Digital-Wandler Corrected FR translation: Convertisseur temps différentiel-numérique
RU2722410C1 (en) Method for measuring time interval and device for implementation thereof
RU2570116C1 (en) Device for digital conversion of time interval
RU2385479C2 (en) Interpolating digital-time converter
Szplet et al. Precise three-channel integrated time counter
RU2534929C2 (en) Method for discrete setting of phase shift between two monochromatic harmonic initially synchronous signals, and device for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160514