RU2561999C1 - Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код - Google Patents
Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561999C1 RU2561999C1 RU2014122640/28A RU2014122640A RU2561999C1 RU 2561999 C1 RU2561999 C1 RU 2561999C1 RU 2014122640/28 A RU2014122640/28 A RU 2014122640/28A RU 2014122640 A RU2014122640 A RU 2014122640A RU 2561999 C1 RU2561999 C1 RU 2561999C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- outputs
- inputs
- register
- ring
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения однократных интервалов времени. Устройство содержит кольцевой генератор импульсов, один из выходов которого присоединен к первому входу счетчика импульсов, первый и второй регистры с объединенными информационными входами, выходами связанные через соответственно первый и второй шифраторы с соответствующими входами блока вычитания, а также триггер, один вход которого соединен с зажимом сигнала «Старт», а второй - с зажимом сигнала «Стоп» и тактовым входом третьего регистра, у которого информационные входы подключены к выходам счетчика импульсов, вторым входом присоединенного к выходу триггера. Также дополнительно введены арифметический блок, четвертый регистр, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами кольцевого генератора импульсов, а выходы - с соответствующими объединенными информационными входами первого и второго регистров, вентиль ИЛИ, посредством которого тактовый вход четвертого регистра связан с зажимами сигналов «Старт» и «Стоп», и блок контроля периода кольцевого генератора импульсов, вход которого объединен с первым входом счетчика импульсов. При этом тактовые входы первого и второго регистров подключены к зажимам сигналов соответственно «Старт» и «Стоп» через ответствующие первый и второй элементы задержки, а выходы блока вычитания, третьего регистра и блока контроля периода кольцевого генератора импульсов присоединены к соответствующим цифровым входам арифметического блока. Технический результат заключается в повышении точности преобразования интервала времени в цифровой код. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технике измерения интервалов времени, в частности к устройствам для преобразования длительности однократных импульсов в цифровой код.
Уровень техники
Для измерения однократных интервалов времени применяются преобразователи время-код (ПВК) на основе счетчика импульсов, который заполняется импульсами генератора эталонной частоты в течение времени между стартовым и стоповым импульсами [1]. Недостаток устройств подобного типа заключается в ограниченной точности, поскольку методическая погрешность равна периоду эталонных импульсов.
Известны также устройства, реализующие тем или иным способом интерполяцию эталонного периода и позволяющие за счет этого повысить точность преобразования интервала времени в цифровой код. Это, прежде всего, нониусные преобразователи и преобразователи, использующие метод фазовой интерполяции.
Типовым представителем преобразователей первого типа является устройство, описанное в литературе [2], включающее пару автогенераторов с близкими периодами колебаний, один из которых работает непрерывно, а второй, работающий в старт-стопном режиме, запускается в моменты начала и окончания преобразуемого интервала. После этого подсчитывается число периодов генераторов до совпадения их импульсов во времени. Такой преобразователь отличается высокой точностью, однако имеет значительное «мертвое» время, в течение которого невозможно производить новый цикл преобразования.
Тот же недостаток свойствен и другой разновидности нониусных преобразователей - описанному в [3] дифференциальному интерполятору времени, в котором осуществляется пространственная развертка нониусного процесса. Устройство включает пару секционированных линий задержки, по которым распространяются подлежащие измерению сигналы, и множество триггеров, подключенных разноименными входами к соответствующим промежуточным отводам соответствующих линий задержки. Выходы всех триггеров соединены с входами постоянного запоминающего устройства, выполняющего преобразование зафиксированного триггерами термометрического кода в двоичный код.
Работающие на принципе фазовой интерполяции преобразователи формируют дополнительные точки отсчета внутри эталонного периода с помощью мультифазного кольцевого генератора (МКГ). Эти точки образуют субшкалу отсчета, по которой фиксируются временные позиции начала и окончания интервала внутри эталонного периода.
Известен цифровой интерполирующий измеритель интервала времени [4], который содержит эталонный генератор импульсов, выход которого присоединен через вентиль И к входу счетчика импульсов, при этом оставшийся вход вентиля 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, связанной с рассогласованием совокупной задержки всех элементов задержки и периода эталонного генератора.
Известен также цифровой преобразователь интервала времени на основе кольцевого генератора импульсов, множеством своих выходов присоединенного к входам измерительного модуля [5]. В данном устройстве не возникает проблемы рассогласования, поскольку сам кольцевой генератор и образован интерполирующими элементами задержки. Однако в этом аналоге приходится решать проблему стабилизации периода колебаний кольцевого генератора, выступающего в роли эталонного периода, что существенно усложняет устройство.
Среди известных аналогов наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство для измерения интервала времени по патенту РФ №2260830 [6]. Устройство-прототип содержит многофазный кольцевой генератор импульсов, один из выходов которого присоединен к первому входу счетчика импульсов, первый и второй регистры с объединенными информационными входами, выходами связанные через соответственно первый и второй шифраторы с соответствующими входами блока вычитания. Имеется также триггер, один вход которого соединен с зажимом сигнала «Старт», а второй - с зажимом сигнала «Стоп» и тактовым входом третьего регистра, у которого информационные входы подключены к выходам счетчика импульсов, вторым входом присоединенного к выходу триггера.
Недостатки устройства-прототипа связаны с нестабильностью периода кольцевого генератора импульсов и различием задержек переключения первого и второго регистров, что ограничивает его точность. Кроме того, структура устройства-прототипа не допускает его построения на основе универсальной программируемой вентильной матрицы, в которой нет средств стабилизации периода кольцевого генератора импульсов.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение точности цифрового преобразования однократных интервалов времени и упрощение структуры устройства, обеспечивающее его реализацию на основе программируемой вентильной матрицы.
Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения в него дополнительно введены арифметический блок, четвертый регистр, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами кольцевого генератора импульсов, а выходы - с соответствующими объединенными информационными входами первого и второго регистров, вентиль ИЛИ, посредством которого тактовый вход четвертого регистра связан с зажимами сигналов «Старт» и «Стоп», и блок контроля периода кольцевого генератора импульсов. Вход блока контроля периода кольцевого генератора импульсов объединен с первым входом счетчика импульсов, при этом тактовые входы первого и второго регистров подключены к зажимам сигналов соответственно «Старт» и «Стоп» через соответствующие первый и второй элементы задержки. Выходы блока вычитания, третьего регистра и блока контроля периода кольцевого генератора импульсов присоединены к соответствующим цифровым входам арифметического блока.
Такое усовершенствование устройства позволяет устранить необходимость в стабилизации периода кольцевого генератора импульсов, который вместо этого непрерывно измеряется, а результат измерения используется для последующего вычисления значения преобразуемого интервала времени. Введение четвертого регистра, триггерные разряды которого в условиях программируемой вентильной матрицы размещаются в тех же ячейках, что и каскады кольцевого генератора импульсов, повышает точность фиксации состояния кольцевого генератора импульсов в моменты поступления сигналов «Старт» и «Стоп».
Описание чертежей
На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема интерполирующего преобразователя интервала времени в цифровой код. Линии связи, отмеченные косой чертой, представляют собой многоразрядные цифровые шины.
На фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов в характерных узлах схемы, показанной на фиг. 1.
Осуществление изобретения
Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 регистры, кольцевой генератор 5 импульсов, счетчик 6 импульсов, первый 7 и второй 8 шифраторы, блок 9 вычитания, триггер 10, вентиль 11 ИЛИ, элементы 12 и 13 задержки, зажимы 14 и 15 сигналов соответственно «Старт» и «Стоп», блок 16 контроля периода кольцевого генератора импульсов и арифметический блок 17.
Блок 16 контроля периода кольцевого генератора импульсов в предпочтительном варианте осуществления может включать счетчик 18 импульсов, опорный генератор 19, регистр 20 и делитель 21 частоты. При этом вход делителя 21 частоты служит входом блока 16 контроля периода кольцевого генератора импульсов, а его выходами являются выходы регистра 20.
Преобразованию подлежит интервал TX времени между не перекрывающимися во времени сигналами «Старт» и «Стоп», поступающими на зажимы соответственно 14 и 15. Устройство работает следующим образом.
Кольцевой генератор 5 импульсов непрерывно вырабатывает на своих N выходах последовательности импульсов формы «меандр» (фиг. 2 - диаграмма 5), смещенных друг относительно друга на время задержки его каскада tD, период импульсов составляет
Импульсы с одного из выходов этого генератора поступают на вход блока 16 контроля периода кольцевого генератора импульсов, где их период делителем 21 частоты умножится в D раз (D - модуль делителя 21 частоты). В результате на входе сброса R счетчика 18 импульсов образуются импульсы с длительностью TR=DTG/2, равной паузе между ними. В течение этого времени счетчик 18 импульсов заполняется импульсами опорного генератора 19, достигая значения
где To - период импульсов опорного генератора 19. Таким образом выполняется непрерывный контроль периода колебаний кольцевого генератора 5 импульсов, который определяется выражением
Очевидно, что время задержки одного каскада кольцевого генератора 5 импульсов, которое определяет размер субкванта в устройстве, будет равно
По фронтам сигналов «Старт» и «Стоп» (фиг. 2 - диаграммы 14, 15) текущие состояния множества выходов кольцевого генератора 5 импульсов в виде термометрических кодов записываются в регистр 4, после чего с задержкой элементов 12 и, соответственно, 13 переписываются из регистра 4 в регистры соответственно 1 и 2. Шифраторы 7 и 8 преобразуют термометрические коды регистров 1 и 2 в двоичные числа, отражающие позиции фронтов сигналов «Старт» и «Стоп» внутри периода кольцевого генератора 5 импульсов. Эти числа равны количествам субквантов tD, укладывающихся на интервале от начала периода генератора 5 до фронта соответствующего сигнала. За начало периода генератора 5 принимается фронт импульса на его первом выходе. Если обозначить зафиксированные таким образом позиции сигналов «Старт» и «Стоп» через n1 и n2, то установленный за шифраторами 7, 8 блок 9 вычитания образует их разность (n2 - n1), которая может быть как положительной, так и отрицательной.
Одновременно осуществляется подсчет числа импульсов кольцевого генератора 5 импульсов, которые успевают выработаться за время между сигналами «Старт» и «Стоп». Подсчет производится счетчиком 6 импульсов, работа которого разрешается сигналом триггера 10 (фиг. 2 - диаграмма 10), продолжительность которого равна преобразуемому интервалу времени. Результат подсчета (фиг. 2 - диаграмма 6), фиксируемый в регистре 3 в момент поступления сигнала «Стоп», составляет
Число K либо равно, либо на единицу больше полного числа периодов TG, укладывающихся на преобразуемом интервале TX.
Таким образом, на входах арифметического узла 17 после окончания преобразуемого интервала оказываются числа: М - с выхода блока 16 контроля периода кольцевого генератора импульсов; K - с выхода регистра 3; (n2-n1) - с выхода блока 9 вычитания. Арифметический блок 17 выполняет далее расчет интервала времени TX по формуле, отражающей разность моментов поступления сигналов «Стоп» и «Старт» (фиг. 2):
Литература
1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т.Т. 2. Пер. с англ. - Изд. 3-е, стереотип.- М.: Мир, 1986. - 590 с.- с. 372, рис. 14.29.
2. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. АЦП / ЦАП. - М.: Техносфера, 2006. - 392 с. - с. 25, рис. 2.4.
3. Differential time interpolator. - Патент США №4433919, МПК G04F 8/00. Опубл. 28.02.1984.
4. Шляпдин В.М. Цифровые измерительные устройства: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1981, с. 166, рис. 3.27.
5. Gated ring oscillator for a time-to-digital converter with shaped quantization noise. -Патент США №8138843, МПК H03K 3/03, G01R 23/175, G04F 10/04. Опубл. 20.03.2012.
6. Устройство для измерения интервала времени. - Патент РФ №2260830, МПК G04F 10/04. Опубл. 20.09.2005 (прототип).
Claims (2)
1. Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код, содержащий кольцевой генератор импульсов, один из множества выходов которого присоединен к первому входу счетчика импульсов, первый и второй регистры с объединенными информационными входами, выходами связанные через соответственно первый и второй шифраторы с соответствующими входами блока вычитания, а также триггер, один вход которого соединен с зажимом сигнала «Старт», а второй - с зажимом сигнала «Стоп» и тактовым входом третьего регистра, у которого информационные входы подключены к выходам счетчика импульсов, вторым входом присоединенного к выходу триггера, отличающийся тем, что в него дополнительно введены арифметический блок, четвертый регистр, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами кольцевого генератора импульсов, а выходы - с соответствующими объединенными информационными входами первого и второго регистров, вентиль ИЛИ, посредством которого тактовый вход четвертого регистра связан с зажимами сигналов «Старт» и «Стоп», и блок контроля периода кольцевого генератора импульсов, вход которого объединен с первым входом счетчика импульсов, при этом тактовые входы первого и второго регистров подключены к зажимам сигналов соответственно «Старт» и «Стоп» через соответствующие первый и второй элементы задержки, а выходы блока вычитания, третьего регистра и блока контроля периода кольцевого генератора импульсов присоединены к соответствующим цифровым входам арифметического блока.
2. Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код по п. 1, отличающийся тем, что блок контроля периода кольцевого генератора импульсов выполнен в виде счетчика импульсов, первым входом присоединенного к выходу опорного генератора, а вторым входом совместно с тактовым входом регистра - к выходу делителя частоты, причем вход делителя частоты служит входом блока контроля периода кольцевого генератора импульсов, выходами которого являются выходы регистра, информационные входы которого присоединены к соответствующим выходам счетчика импульсов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122640/28A RU2561999C1 (ru) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122640/28A RU2561999C1 (ru) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2561999C1 true RU2561999C1 (ru) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014122640/28A RU2561999C1 (ru) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2561999C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717722C1 (ru) * | 2019-12-06 | 2020-03-25 | Гарри Романович Аванесян | Преобразователь последовательности импульсов в "меандр" |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU902249A1 (ru) * | 1978-04-10 | 1982-01-30 | за вители ilC-iWHWKtAff I ЙАШГГН I, TFKMJfHRiJ ft j j SHgjK TEKA | Преобразователь интервала времени в цифровой код |
| US4724421A (en) * | 1986-12-08 | 1988-02-09 | Honeywell Inc. | Time interval to digital converter with smoothing |
| SU1501270A1 (ru) * | 1987-03-26 | 1989-08-15 | Предприятие П/Я Р-6668 | Преобразователь временных интервалов в код |
| SU1277781A1 (ru) * | 1983-08-11 | 1996-09-27 | В.П. Головков | Многоканальный преобразователь интервалов времени в цифровой код |
| RU2260830C1 (ru) * | 2004-03-22 | 2005-09-20 | Пензенская государственная технологическая академия | Устройство для измерения интервала времени |
| US8072361B2 (en) * | 2010-01-08 | 2011-12-06 | Infineon Technologies Ag | Time-to-digital converter with built-in self test |
-
2014
- 2014-06-03 RU RU2014122640/28A patent/RU2561999C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU902249A1 (ru) * | 1978-04-10 | 1982-01-30 | за вители ilC-iWHWKtAff I ЙАШГГН I, TFKMJfHRiJ ft j j SHgjK TEKA | Преобразователь интервала времени в цифровой код |
| SU1277781A1 (ru) * | 1983-08-11 | 1996-09-27 | В.П. Головков | Многоканальный преобразователь интервалов времени в цифровой код |
| US4724421A (en) * | 1986-12-08 | 1988-02-09 | Honeywell Inc. | Time interval to digital converter with smoothing |
| SU1501270A1 (ru) * | 1987-03-26 | 1989-08-15 | Предприятие П/Я Р-6668 | Преобразователь временных интервалов в код |
| RU2260830C1 (ru) * | 2004-03-22 | 2005-09-20 | Пензенская государственная технологическая академия | Устройство для измерения интервала времени |
| US8072361B2 (en) * | 2010-01-08 | 2011-12-06 | Infineon Technologies Ag | Time-to-digital converter with built-in self test |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717722C1 (ru) * | 2019-12-06 | 2020-03-25 | Гарри Романович Аванесян | Преобразователь последовательности импульсов в "меандр" |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1593202B1 (en) | Period-to-digital converter | |
| RU2561999C1 (ru) | Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код | |
| RU2721231C1 (ru) | Способ синхронизации тактовых импульсов внешним импульсом | |
| US9891594B2 (en) | Heterogeneous sampling delay line-based time to digital converter | |
| RU2300112C2 (ru) | Способ измерения частоты и устройство для его осуществления | |
| Kobayashi et al. | Fine Time Resolution TDC Architectures-Integral and Delta-Sigma Types | |
| JP2013205092A (ja) | 時間測定装置 | |
| RU2570116C1 (ru) | Устройство для цифрового преобразования интервала времени | |
| RU2303803C2 (ru) | Преобразователь время-код | |
| JP2020178152A (ja) | 時間デジタル変換器、及びａ／ｄ変換回路 | |
| RU2260830C1 (ru) | Устройство для измерения интервала времени | |
| CZ20032393A3 (cs) | Zařízení pro měření časových intervalů | |
| RU2566333C1 (ru) | Дифференциальный измерительный преобразователь | |
| RU2583165C1 (ru) | Интерполирующий преобразователь интервала времени в цифровой код | |
| US10528010B2 (en) | Range finding device | |
| JP6687298B1 (ja) | 時間デジタル変換器 | |
| Machida et al. | Time-to-digital converter architectures using two oscillators with different frequencies | |
| RU2546075C1 (ru) | Цифровой измерительный преобразователь интервала времени | |
| RU2385479C2 (ru) | Интерполирующий преобразователь время-код | |
| RU2722410C1 (ru) | Способ измерения временного интервала и устройство для его осуществления | |
| RU2717722C1 (ru) | Преобразователь последовательности импульсов в "меандр" | |
| Chouial et al. | Ideal Behavior of Vernier and Flash TDCs Implemented in a Spartan-6 FPGA | |
| RU2467371C1 (ru) | Интерполятор прямого кодирования для измерения интервалов времени | |
| RU2645775C2 (ru) | Способ измерения относительного временного сдвига импульсов и устройство его реализующее | |
| RU2160926C1 (ru) | Анализатор спектра по функциям уолша |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170604 |