RU2627136C1 - Multichannel device for measuring time intervals - Google Patents

Multichannel device for measuring time intervals Download PDF

Info

Publication number
RU2627136C1
RU2627136C1 RU2016140932A RU2016140932A RU2627136C1 RU 2627136 C1 RU2627136 C1 RU 2627136C1 RU 2016140932 A RU2016140932 A RU 2016140932A RU 2016140932 A RU2016140932 A RU 2016140932A RU 2627136 C1 RU2627136 C1 RU 2627136C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
frequency
inputs
multivibrator
input
Prior art date
Application number
RU2016140932A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Артамонов
Николай Анатольевич Грязнов
Виктор Иванович Купренюк
Евгений Николаевич Соснов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК)
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 автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) filed Critical Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК)
Priority to RU2016140932A priority Critical patent/RU2627136C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2627136C1 publication Critical patent/RU2627136C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04FTIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
    • G04F10/04Apparatus 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 Unknown Time Intervals (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device includes a measurement channel consisting of two time slot boundaries fixating triggers which are connected respectively to the control inputs of two multivibrators which outputs are connected to the inputs of the pulse counters and to the input of the phase detector which output is connected to the reset input of the time slot boundaries fixating triggers. The device also comprises the second pulse generator, a reference frequency generator, a reference frequency measuring unit, to which inputs the outputs of the second pulse generator and a reference frequency generator are connected, a controller, to which inputs the output of the reference frequency measuring unit, the output of the phase detector and outputs of the counters are connected. The first output of the controller is connected to the second inputs of the multivibrators to activate the forced generation mode, and the second output of the controller is the output of the time-interval metre, a multivibrator frequency measuring unit, to which inputs the outputs of the multivibrators and the output of the reference frequency generator are connected, and the output of the multivibrator frequency measuring unit is connected to the input of the controller which calculates the measured time interval.
EFFECT: simplification of the device.
2 cl, 3 dwg

Description

Многоканальное устройство для измерения временных интервалов относится к области измерительной и вычислительной техники и может использоваться, например, в многолучевых лазерных дальномерах и лазерных локаторах для измерения времени распространения лазерного излучения.A multi-channel device for measuring time intervals belongs to the field of measuring and computer engineering and can be used, for example, in multi-beam laser rangefinders and laser locators for measuring the propagation time of laser radiation.

Известны одноканальные и многоканальные измерители временных интервалов, принцип работы которых основан на прямом подсчете многоразрядными счетчиками числа импульсов опорной частоты, укладывающихся в измеряемый временной интервал (см., например, патент РФ №2455672 «Многоканальный измеритель временных интервалов»). Недостатком данного типа устройств является низкая точность измерения, обусловленная ограниченным быстродействием многоразрядных счетчиков.Known single-channel and multi-channel time interval meters, the principle of operation of which is based on direct counting by multi-bit counters of the number of reference frequency pulses that fit into the measured time interval (see, for example, RF patent No. 2455672 "Multi-channel time interval meter"). The disadvantage of this type of device is the low accuracy of the measurement, due to the limited speed of multi-digit counters.

Известны также измерители временных интервалов, принцип работы которых основан на использовании многоотводной линии задержки (см., например, патент РФ №2393519 «Рециркуляционный преобразователь время-код»). Недостатками данного типа устройств являются сложность изготовления и калибровки многоотводной линии задержки, что затрудняет их использование в многоканальных измерителях временных интервалов, а также необходимость термостабилизации схемы для сохранения калиброванных значений задержек в многоотводной линии задержки.Time interval meters are also known, the principle of operation of which is based on the use of a multi-tap delay line (see, for example, RF patent No. 2393519 "Recirculating time-code converter"). The disadvantages of this type of device are the complexity of manufacturing and calibrating the multi-tap delay line, which makes it difficult to use them in multi-channel time interval meters, as well as the need for thermal stabilization of the circuit to store calibrated delay values in the multi-tap delay line.

Известны также измерители временных интервалов, принцип работы которых основан на использовании сдвинутых по фазе тактовых сигналов одинаковой частоты (например, «Low resource FPGA-based Time to Digital Converter», Cornell University, 2012, Alessandro Balla, Matteo Beretta, Paolo Ciambrone, Maurizio Gatta, Francesco Gonnella, Lorenzo Iafolla, Matteo Mascolo, Roberto Messi, Dario Moricciani, Domenico Riondino, http://arxiv.org/vc/arxiv/papers/1206/1206.0679v3.pdf). Недостатками данного типа устройств являются относительно низкая точность измерения и ее сильная зависимость от качества опорного тактового сигнала высокой частоты.Time interval meters are also known whose operation principle is based on the use of phase-shifted clock signals of the same frequency (for example, “Low resource FPGA-based Time to Digital Converter”, Cornell University, 2012, Alessandro Balla, Matteo Beretta, Paolo Ciambrone, Maurizio Gatta , Francesco Gonnella, Lorenzo Iafolla, Matteo Mascolo, Roberto Messi, Dario Moricciani, Domenico Riondino, http://arxiv.org/vc/arxiv/papers/1206/1206.0679v3.pdf). The disadvantages of this type of device are the relatively low accuracy of the measurement and its strong dependence on the quality of the reference clock signal of high frequency.

Известны также измерители временных интервалов, принцип работы которых основан на использовании нониусных генераторов (например, «Нониусный измеритель временных интервалов», патент РФ №2128853). Недостатками данного типа устройств являются высокая сложность схемной реализации, затрудняющая создание многоканального устройства, а также температурный дрейф параметров нониусных генераторов, частота которых должна быть известна с высокой точностью.Time interval meters are also known, the principle of operation of which is based on the use of vernier generators (for example, "Vernier time interval meter", RF patent No. 2128853). The disadvantages of this type of device are the high complexity of the circuit implementation, which complicates the creation of a multi-channel device, as well as the temperature drift of the parameters of vernier generators, the frequency of which must be known with high accuracy.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является одноканальный нониусный измеритель времени, в котором существенно упрощена схемная реализация при сохранении высокой точности измерения временного интервала («FPGA-Based High Area Efficient Time-To-Digital IP Design», Kun-Shan University, 2006, M.C. Lin, G.R. Tsai, C.Y. Liu, S.S. Chu, TENCON 2006. 2006 IEEE Region 10 Conference, Department of Electronics Engineering, http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=4142396&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D4142396).The closest analogue adopted for the prototype is a single-channel nonius time meter, in which the circuit implementation is significantly simplified while maintaining high accuracy in measuring the time interval ("FPGA-Based High Area Efficient Time-To-Digital IP Design", Kun-Shan University, 2006 , MC Lin, GR Tsai, CY Liu, SS Chu, TENCON 2006. 2006 IEEE Region 10 Conference, Department of Electronics Engineering, http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=4142396&url=http % 3A% 2F% 2Fieeexplore.ieee.org% 2Fxpls% 2Fabs_all.jsp% 3Farnumber% 3D4142396).

Данный измеритель времени содержит канал измерения, состоящий из двух триггеров, двух мультивибраторов, двух счетчиков и фазового детектора. Импульс, длительность которого необходимо измерить, поступает на тактовый вход первого триггера, работающего по фронту сигнала, и на тактовый вход второго триггера, работающего по срезу сигнала, выходы триггеров подключаются к запускающим входам первого и второго мультивибраторов соответственно, выходы мультивибраторов подключаются соответственно к первому и второму счетчикам, а также подключаются к входам фазового детектора, выход которого подключается к входам очистки первого и второго триггеров. Данный измеритель времени работает следующим образом. После появления переднего фронта измеряемого импульса первый триггер переключается в состояние «лог. 1», и это значение поступает на управляющий вход первого мультивибратора, который начинает вырабатывать импульсы с периодом Тстарт. Импульсы от первого мультивибратора поступают на первый счетчик. После появления заднего фронта измеряемого импульса второй триггер переключается в состояние «лог. 1», и это значение поступает на управляющий вход второго мультивибратора, который начинает вырабатывать импульсы с периодом Тстоп. Импульсы от второго мультивибратора поступают на второй счетчик. Также импульсы от обоих мультивибраторов поступают на фазовый детектор, который выдает на выходе сигнал «лог. 1» в тот момент, когда фазы сигналов от мультивибраторов совпадут. Сигнал от фазового детектора сбрасывает два триггера в состояние «лог. 0», мультивибраторы прекращают генерацию, и в счетчиках фиксируются значения C1 и С2. Измеренный временной интервал вычисляется по формуле Тизм.=(C1-1)×Тстарт-(С2-1)×Тстоп. Недостатками данного устройства являются необходимость точного измерения частоты каждого мультивибратора, наличие температурного дрейфа частоты генерации мультивибраторов, а также наличие только одного измерительного канала. Термостабилизация схемы существенно усложняет конструкцию прибора и повышает энергопотребление схемы в целом. Также, в ряде случаев (например, в многолучевых лазерных локаторах) требуются многоканальные измерители временных интервалов, нуждающиеся в тщательной калибровке каждого канала.This time meter contains a measurement channel, consisting of two triggers, two multivibrators, two counters and a phase detector. The pulse, the duration of which must be measured, is fed to the clock input of the first trigger, working along the signal edge, and to the clock input of the second trigger, working along the signal edge, the trigger outputs are connected to the trigger inputs of the first and second multivibrators, respectively, the outputs of the multivibrators are connected respectively to the first and the second counters, and also connected to the inputs of the phase detector, the output of which is connected to the cleaning inputs of the first and second triggers. This time meter works as follows. After the leading edge of the measured pulse appears, the first trigger switches to the “log. 1 ", and this value goes to the control input of the first multivibrator, which begins to generate pulses with a period of T start . Pulses from the first multivibrator arrive at the first counter. After the trailing edge of the measured pulse appears, the second trigger switches to the “log. 1 ", and this value goes to the control input of the second multivibrator, which begins to generate pulses with a period of T stop . Pulses from the second multivibrator arrive at the second counter. Also, pulses from both multivibrators are fed to a phase detector, which generates a “log. 1 ”at the moment when the phases of the signals from the multivibrators coincide. The signal from the phase detector resets two triggers to the state "log. 0 ”, multivibrators stop generation, and the values C 1 and C 2 are recorded in the counters. The measured time interval is calculated by the formula T meas. = (C 1 -1) × T start - (C 2 -1) × T stop The disadvantages of this device are the need for accurate measurement of the frequency of each multivibrator, the presence of temperature drift in the frequency of generation of multivibrators, as well as the presence of only one measuring channel. Thermal stabilization of the circuit significantly complicates the design of the device and increases the energy consumption of the circuit as a whole. Also, in a number of cases (for example, in multipath laser locators) multichannel time interval meters are required, which require careful calibration of each channel.

Задачами предлагаемого устройства являются исключение необходимости в термостабилизации, что позволяет упростить техническую реализацию устройства и снизить энергопотребление, и создание многоканального устройства для эффективного использования, например, в многолучевых лазерных локаторах.The objectives of the proposed device are the elimination of the need for thermal stabilization, which allows to simplify the technical implementation of the device and reduce power consumption, and the creation of a multi-channel device for efficient use, for example, in multi-beam laser locators.

Первая задача решается за счет вычисления частоты генерации мультивибраторов в процессе работы измерителя путем дополнительного введения в устройство высокостабильного генератора секундных импульсов и генератора опорной частоты, блока измерения опорной частоты, блока измерения частоты мультивибраторов, контроллера, а также введением в схему сигнала принудительной генерации, подключенного к дополнительно введенному в схему мультивибраторов входу принудительной генерации.The first problem is solved by calculating the generation frequency of multivibrators during operation of the meter by additionally introducing into the device a highly stable second pulse generator and a reference frequency generator, a reference frequency measuring unit, a multivibrator frequency measuring unit, a controller, and also by introducing a forced generation signal connected to the input of forced generation additionally introduced into the multivibrator circuit.

Вторая задача решается на базе предлагаемого одноканального варианта исполнения устройства путем дополнительного введения n идентичных каналов измерения временных интервалов и коммутирующего блока.The second task is solved on the basis of the proposed single-channel embodiment of the device by additionally introducing n identical channels for measuring time intervals and a switching unit.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения временных интервалов в одноканальном варианте исполнения.In FIG. 1 is a structural diagram of a device for measuring time intervals in a single-channel embodiment.

На фиг. 2 приведена структурная схема многоканального устройства для измерения временных интервалов.In FIG. 2 shows a structural diagram of a multi-channel device for measuring time intervals.

На фиг. 3 приведена временная диаграмма работы одного канала измерения.In FIG. Figure 3 shows the timing diagram of the operation of one measurement channel.

Устройство для измерения временных интервалов в одноканальном варианте исполнения (фиг. 1) включает канал измерения временных интервалов, содержащий триггер фиксации момента начала измерения 1, триггер фиксации момента конца измерения 2, мультивибратор канала «старт» 3, фазовый детектор 4, мультивибратор канала «стоп» 5, счетчик канала «старт» 6 и счетчик канала «стоп» 7, а также содержит блок измерения опорной частоты 8, блок измерения частоты мультивибраторов 9, генератор секундных импульсов 10, генератор опорной частоты 11 и контроллер 12.A device for measuring time intervals in a single-channel embodiment (Fig. 1) includes a channel for measuring time intervals containing a trigger for fixing the moment of the start of measurement 1, a trigger for fixing the moment of the end of measurement 2, a multivibrator of the start channel 3, a phase detector 4, a multivibrator of the channel stop "5, the counter of the channel" start "6 and the counter of the channel" stop "7, and also contains a unit for measuring the reference frequency 8, a unit for measuring the frequency of multivibrators 9, a second pulse generator 10, a reference frequency generator 11 and a controller 12.

При этом выход генератора секундных импульсов 10 и выход генератора опорной частоты 11 подключены к входам блока измерения опорной частоты 8, выход которого подключается к входу контроллера 12; сигнал начала измерения временных интервалов подается на вход триггера фиксации момента начала измерения 1, выход которого подключается к управляющему входу мультивибратора 3, выход которого подключается к входу счетчика 6, первому входу фазового детектора 4 и блоку измерения частоты мультивибраторов 9; выход счетчика 6 подключается к входу контроллера 12; сигнал окончания временного интервала подается на вход триггера фиксации момента конца измерения 2, выход которого подключается к управляющему входу мультивибратора 5, выход которого подключается к входу счетчика 7, второму входу фазового детектора 4 и блоку измерения частоты мультивибраторов 9; выход счетчика 7 подключается к входу контроллера 12; выход фазового детектора 4 подключается к входу контроллера 12 и к входу сброса триггеров 1 и 2; на второй вход блока измерения частоты 9 подключается выход генератора опорной частоты 11; выход блока измерения частоты 9 подключается к входу контроллера 12.The output of the second pulse generator 10 and the output of the reference frequency generator 11 are connected to the inputs of the reference frequency measuring unit 8, the output of which is connected to the input of the controller 12; the start signal of measuring time intervals is fed to the input of the fixation trigger of the moment the start of measurement 1, the output of which is connected to the control input of the multivibrator 3, the output of which is connected to the input of the counter 6, the first input of the phase detector 4 and the unit for measuring the frequency of multivibrators 9; the output of the counter 6 is connected to the input of the controller 12; the signal for the end of the time interval is fed to the input of the trigger for fixing the moment of the end of measurement 2, the output of which is connected to the control input of the multivibrator 5, the output of which is connected to the input of the counter 7, the second input of the phase detector 4 and the frequency measurement unit of the multivibrators 9; the output of the counter 7 is connected to the input of the controller 12; the output of the phase detector 4 is connected to the input of the controller 12 and to the reset input of triggers 1 and 2; the output of the reference frequency generator 11 is connected to the second input of the frequency measuring unit 9; the output of the frequency measuring unit 9 is connected to the input of the controller 12.

Устройство для измерения временных интервалов в одноканальном варианте исполнения работает следующим образом.A device for measuring time intervals in a single-channel embodiment works as follows.

Используя сигнал с высокостабильного генератора секундных импульсов 10 как опорный, блок измерения опорной частоты 8 производит измерение частоты сигнала на выходе генератора опорной частоты 11 и обновляет значение на выходе каждую секунду. Это значение считывается контроллером 12. Используя в качестве источника секундных импульсов приемник GPS/ГЛОНАСС или цезиевый генератор, можно получить значение нестабильности секундного интервала в пределах ±100 нс (PPSJ=100 нс) во всем диапазоне рабочих температур. Погрешность измерения опорной частоты F рассчитывается по формуле ΔF=PPSJ×F Гц. Так как сигнал опорной частоты является высокочастотным и составляет порядка 200 МГц, точность измерения его частоты составит примерно ΔF=20 Гц, что соответствует точности измерения периода опорной частоты ΔТ=ΔF/F2=0,5 фс.Using the signal from the highly stable second pulse generator 10 as the reference, the reference frequency measuring unit 8 measures the frequency of the signal at the output of the reference frequency generator 11 and updates the output value every second. This value is read by controller 12. Using a GPS / GLONASS receiver or a cesium generator as a second pulse source, it is possible to obtain the instability of the second interval within ± 100 ns (PPSJ = 100 ns) over the entire operating temperature range. The measurement error of the reference frequency F is calculated by the formula ΔF = PPSJ × F Hz. Since the signal of the reference frequency is high-frequency and is of the order of 200 MHz, the accuracy of measuring its frequency will be approximately ΔF = 20 Hz, which corresponds to the accuracy of measuring the period of the reference frequency ΔT = ΔF / F 2 = 0.5 fs.

В некоторые моменты времени, например при реверсе сканирующего зеркала лазерного локатора, контроллер 12 переводит один из мультивибраторов (3 или 5) в состояние принудительной генерации и задает адрес этого мультивибратора в блоке измерения частоты мультивибраторов 9, который делит поступающую на его вход частоту на коэффициент D, задаваемый исходя из требуемой точности измерения периода генерации мультивибратора, после чего, используя опорную частоту, производит измерение количества периодов опорной частоты, укладывающихся в период поделенной на коэффициент D частоты мультивибратора. По завершении измерения данные передаются в контроллер 12, т.к. точность измерения периода опорной частоты составляет ±0.5 фс, эта погрешность умножается на измеренное значение и определяет погрешность измерения периода мультивибратора. Точность измерения периода мультивибратора в таком случае зависит от соотношения частоты мультивибратора, коэффициента D и опорной частоты, и для частоты мультивибратора 330 МГц, коэффициента D=214, опорной частоты 200 МГц соответствует 5 пс. При этом данная погрешность является случайной величиной с нормальным распределением, и с помощью усреднения по 64 последним измерениям можно добиться точности измерения периода мультивибратора 625 фс.At some points in time, for example, when the scanning mirror of the laser locator is reversed, the controller 12 puts one of the multivibrators (3 or 5) into the forced generation state and sets the address of this multivibrator in the multivibrator frequency measuring unit 9, which divides the frequency supplied to its input by the coefficient D , set on the basis of the required accuracy of measuring the period of generation of the multivibrator, after which, using the reference frequency, it measures the number of periods of the reference frequency that fit into the period of divided by coefficient D of the multivibrator frequency. Upon completion of the measurement, the data are transmitted to the controller 12, because the accuracy of measuring the period of the reference frequency is ± 0.5 fs, this error is multiplied by the measured value and determines the error in measuring the period of the multivibrator. The accuracy of the multivibrator period measurement in this case depends on the ratio of the multivibrator frequency, coefficient D and the reference frequency, and for the multivibrator frequency 330 MHz, coefficient D = 2 14 , and the reference frequency 200 MHz, it corresponds to 5 ps. Moreover, this error is a random variable with a normal distribution, and by averaging over 64 recent measurements, it is possible to achieve the accuracy of measuring the multivibrator period of 625 fs.

Мультивибраторы в измерительном канале имеют специальную архитектуру, такую что первый мультивибратор генерирует сигнал с периодом Тн, а второй - Тв, при этом Тнв и разность периодов Трнв составляет несколько десятков пикосекунд.Multivibrators in the measuring channel has a special architecture such that the first multivibrator generates a signal with a period T H, and the other - T, wherein T n> T and the difference in the periods T p = T n -T is a few tens of picoseconds.

Процедура измерения временных интервалов начинается при появлении возрастающего фронта на входе триггера 1 «Старт-импульс». При этом триггер 1 фиксирует появление импульса, и устанавливается в состояние логической «1», т.к. выход этого триггера подключен к управляющему входу мультивибратора 3, мультивибратор 3 начинает генерировать импульсы с периодом Тн. Импульсы поступают на вход счетчика 6. Также они поступают на первый вход фазового детектора 4. После появления возрастающего фронта на входе «Стоп-импульс» триггер 2 фиксирует его и переходит в состояние логической «1». Этот сигнал запускает генерацию импульсов мультивибратором 5, с периодом Тв. Импульсы поступают на вход счетчика 7. Также они поступают на второй вход фазового детектора 4. В момент совпадения фаз сигналов двух мультивибраторов фазовый детектор 4 вырабатывает импульс, сбрасывающий триггеры 1 и 2, таким образом прекращая генерацию мультивибраторов 3 и 5. Этот же импульс поступает на контроллер 12, сигнализируя о завершении измерения. Контроллер 12 производит считывание значений счетчиков 6 и 7.The procedure for measuring time intervals begins when a rising edge appears at the input of trigger 1 “Start-pulse”. In this case, trigger 1 detects the appearance of an impulse, and is set to logical “1”, because the output of this trigger is connected to the control input of the multivibrator 3, the multivibrator 3 starts to generate pulses with a period of T n The pulses go to the input of the counter 6. They also go to the first input of the phase detector 4. After the rising edge appears at the “Stop pulse” input, trigger 2 fixes it and switches to the logical “1” state. This signal starts the generation of pulses by multivibrator 5, with a period of T in . The pulses go to the input of the counter 7. They also go to the second input of the phase detector 4. At the moment of coincidence of the phases of the signals of two multivibrators, the phase detector 4 generates a pulse that resets triggers 1 and 2, thus stopping the generation of multivibrators 3 and 5. The same pulse goes to controller 12, signaling the completion of measurement. The controller 12 reads the values of the counters 6 and 7.

Измеренный временной интервал, вычисляется по формуле:The measured time interval is calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

Т - измеренный временной интервал,T is the measured time interval,

C1 - значение счетчика 6,C 1 - counter value 6,

С2 - значение счетчика 7,C 2 - counter value 7,

D - коэффициент деления частоты мультивибратора в блоке измерения частоты мультивибраторов,D is the coefficient of division of the frequency of the multivibrator in the unit for measuring the frequency of multivibrators,

M1 - значение, полученное при измерении частоты мультивибратора 3 блоком измерения частоты мультивибраторов 9 (обозначает количество периодов опорной частоты укладывающихся в интервал времени, равный периоду сигнала мультивибратора, умноженного на коэффициент D),M 1 is the value obtained by measuring the frequency of the multivibrator 3 by the multivibrator frequency measuring unit 9 (denotes the number of periods of the reference frequency that fit into the time interval equal to the period of the multivibrator signal multiplied by the coefficient D),

М2 - значение, полученное при измерении частоты мультивибратора 5 блоком измерения частоты мультивибраторов 9,M 2 - the value obtained when measuring the frequency of the multivibrator 5 unit for measuring the frequency of the multivibrators 9,

F - частота опорного сигнала, полученная от блока измерения опорной частоты 8.F is the frequency of the reference signal received from the measuring unit of the reference frequency 8.

Устройство для измерения временных интервалов в многоканальном варианте исполнения (многоканальное устройство для измерения временных интервалов) (фиг. 2) содержит N триггеров фиксации момента начала измерения 1.1…1.N, N триггеров фиксации момента конца измерения 2.1…2.N, N мультивибраторов каналов «старт» 3.1…3.N, N фазовых детекторов 4.1…4.N, N мультивибраторов каналов «стоп» 5.1…5.N, N счетчиков каналов «старт» 6.1…6.N, N счетчиков каналов «стоп» 7.1…7.N, блок измерения опорной частоты 8, блок измерения частоты мультивибраторов 9, коммутирующий блок 13, генератор секундных импульсов 10, генератор опорной частоты 11 и контроллер 12.A device for measuring time intervals in a multichannel embodiment (a multichannel device for measuring time intervals) (Fig. 2) contains N triggers for fixing the moment of measurement start 1.1 ... 1.N, N triggers for fixing the moment of measurement end 2.1 ... 2.N, N multivibrators of channels "Start" 3.1 ... 3.N, N phase detectors 4.1 ... 4.N, N multivibrators of the "stop" channels 5.1 ... 5.N, N counters of the "start" channels 6.1 ... 6.N, N counters of the "stop" channels 7.1 ... 7.N, reference frequency measuring unit 8, multivibrator frequency measuring unit 9, switching unit 13, ge erator second pulses 10, reference oscillator 11 and a controller 12.

При этом выход генератора секундных импульсов 10 и выход генератора опорной частоты 11 подключены к входам блока измерения опорной частоты 8, выход которого подключается к входу контроллера 12; сигнал начала измерения временных интервалов подается на входы триггеров фиксации момента начала измерения 1.1…1.N, выходы которых подключаются к управляющим входам мультивибраторов 3.1…3.N, выходы которых подключаются к входам счетчиков 6.1…6.N, первым входам фазовых детекторов 4.1…4.N и к входу блока измерения частоты мультивибраторов 9; выходы счетчиков 6.1…6.N подключаются к входу коммутирующего блока 13; сигналы окончания временных интервалов подаются на входы триггеров фиксации момента конца измерения 2.1…2.N, выходы которых подключаются к управляющим входам мультивибраторов 5.1…5.N, выходы которых подключаются к входам счетчиков 7.1…7.N, вторым входам фазовых детекторов 4.1…4.N и к входу блока измерения частоты мультивибраторов 9; выходы счетчиков 7.1…7.N подключаются к входу коммутирующего блока 13; выходы фазовых детекторов 4.1…4.N подключаются к входу контроллера 12 и к входу сброса триггеров 1.1…1.N и 2.1…2.N; на второй вход блока измерения частоты мультивибраторов 9 подключается выход генератора опорной частоты 11; выход блока измерения частоты мультивибраторов 9 подключается к входу контроллера 12; выход коммутирующего блока 13 подключается к входу контроллера 12.The output of the second pulse generator 10 and the output of the reference frequency generator 11 are connected to the inputs of the reference frequency measuring unit 8, the output of which is connected to the input of the controller 12; the signal for beginning the measurement of time intervals is fed to the inputs of the triggers for fixing the moment of the start of measurement 1.1 ... 1.N, the outputs of which are connected to the control inputs of the multivibrators 3.1 ... 3.N, the outputs of which are connected to the inputs of the counters 6.1 ... 6.N, the first inputs of the phase detectors 4.1 ... 4.N and to the input of the multivibrator frequency measuring unit 9; the outputs of the counters 6.1 ... 6.N are connected to the input of the switching unit 13; signals for the end of time intervals are fed to the inputs of the triggers for fixing the moment of the end of measurement 2.1 ... 2.N, the outputs of which are connected to the control inputs of the multivibrators 5.1 ... 5.N, the outputs of which are connected to the inputs of the counters 7.1 ... 7.N, the second inputs of the phase detectors 4.1 ... 4 .N and to the input of the multivibrator frequency measuring unit 9; the outputs of the counters 7.1 ... 7.N are connected to the input of the switching unit 13; the outputs of the phase detectors 4.1 ... 4.N are connected to the input of the controller 12 and to the reset input of triggers 1.1 ... 1.N and 2.1 ... 2.N; the second input of the multivibrator frequency measuring unit 9 connects the output of the reference frequency generator 11; the output of the frequency measurement unit of the multivibrators 9 is connected to the input of the controller 12; the output of the switching unit 13 is connected to the input of the controller 12.

Многоканальное устройство для измерения временных интервалов работает следующим образом.A multi-channel device for measuring time intervals works as follows.

Все блоки работают аналогично блокам измерителя временных интервалов в одноканальном исполнении, однако имеется ряд дополнений.All blocks work similarly to blocks of a time interval meter in a single-channel version, however, there are a number of additions.

Все каналы измерения временных интервалов многоканального устройства работают параллельно. Все выходы фазовых детекторов 4.1…4.N подключены ко входам контроллера 12, а выходы счетчиков 6.1…6.N и 7.1…7.N подключены к входу коммутирующего блока 13. Измерения периода генерации всех мультивибраторов всех каналов происходят в блоке измерения частоты мультивибраторов 9 по очереди.All channels for measuring time intervals of a multichannel device operate in parallel. All outputs of the phase detectors 4.1 ... 4.N are connected to the inputs of the controller 12, and the outputs of the counters 6.1 ... 6.N and 7.1 ... 7.N are connected to the input of the switching unit 13. Measurement of the generation period of all multivibrators of all channels takes place in the multivibrator frequency measuring unit 9 take turns.

Временной интервал, измеренный конкретным каналом, вычисляется по формуле:The time interval measured by a particular channel is calculated by the formula:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

гдеWhere

Т - измеренный временной интервал,T is the measured time interval,

С1k - значение счетчика 6.k канала k,C1 k - the value of the counter 6.k channel k,

С2k - значение счетчика 7.k канала k,C2 k - the value of the counter 7.k channel k,

D - коэффициент деления частоты мультивибратора в блоке измерения частоты мультивибраторов,D is the coefficient of division of the frequency of the multivibrator in the unit for measuring the frequency of multivibrators,

M1k - значение, полученное при измерении частоты мультивибратора 3 канала к блоком измерения частоты 9 (обозначает количество периодов опорной частоты, укладывающихся в интервал времени, равный периоду сигнала мультивибратора, умноженного на коэффициент D),M1 k is the value obtained when measuring the frequency of the multivibrator 3 of the channel to the frequency measuring unit 9 (denotes the number of periods of the reference frequency that fit into the time interval equal to the period of the multivibrator signal multiplied by the coefficient D),

М2k - значение, полученное при измерении частоты мультивибратора 5 канала k блоком измерения частоты 9,M2 k - the value obtained when measuring the frequency of the multivibrator 5 channel k by the frequency measuring unit 9,

F - частота опорного сигнала, полученная от блока измерения опорной частоты 8.F is the frequency of the reference signal received from the measuring unit of the reference frequency 8.

Техническим результатом является упрощение технической реализации устройства, снижение энергопотребления и повышение эффективности использования в многолучевых лазерных локаторах.The technical result is to simplify the technical implementation of the device, reducing power consumption and increasing the efficiency of use in multipath laser locators.

Claims (4)

1. Устройство для измерения временных интервалов, включающее канал измерения, состоящий из двух триггеров фиксации границ временного интервала, подключенных соответственно к управляющим входам двух мультивибраторов, выходы которых подключены к входам счетчиков импульсов и к входу фазового детектора, выход которого соединен со входом сброса триггеров фиксации границ временного интервала, отличающееся тем, что в устройство введены генератор секундных импульсов, генератор опорной частоты, блок измерения опорной частоты, ко входам которого подключены выходы генератора секундных импульсов и генератора опорной частоты, контроллер, ко входам которого подключены выход блока измерения опорной частоты, выход фазового детектора и выходы счетчиков, первый выход контроллера подключен ко вторым входам мультивибраторов для включения режима принудительной генерации, а второй выход контроллера является выходом измерителя временных интервалов, блок измерения частоты мультивибраторов, ко входам которого подключены выходы мультивибраторов и выход генератора опорной частоты, а выход блока измерения частоты мультивибраторов подключен к входу контроллера, который производит вычисление измеренного временного интервала по формуле:1. A device for measuring time intervals, including a measurement channel, consisting of two triggers for fixing the boundaries of the time interval, respectively connected to the control inputs of two multivibrators, the outputs of which are connected to the inputs of the pulse counters and to the input of the phase detector, the output of which is connected to the reset input of the triggers the boundaries of the time interval, characterized in that a second pulse generator, a reference frequency generator, a reference frequency measuring unit, to the inputs of which are introduced into the device the outputs of the second pulse generator and the reference frequency generator are connected, the controller, to the inputs of which the output of the reference frequency measuring unit, the output of the phase detector and the outputs of the counters are connected, the first output of the controller is connected to the second inputs of the multivibrators to enable the forced generation mode, and the second output of the controller is the output time interval meter, a multivibrator frequency measuring unit, the inputs of which are connected to the multivibrator outputs and the output of the reference frequency generator, and in stroke frequency measuring unit multivibrators connected to the input of the controller, which calculates the measured time interval by the formula:
Figure 00000003
Figure 00000003
где Т - измеренный временной интервал, С1 - значение счетчика канала «старт», С2 - значение счетчика канала «стоп», D - коэффициент деления частоты мультивибратора в блоке измерения частоты, M1 - значение, полученное при измерении частоты мультивибратора канала «старт» блоком измерения частоты, М2 - значение, полученное при измерении частоты мультивибратора канала «стоп» блоком измерения частоты, F - частота опорного сигнала, полученная от блока измерения опорной частоты.where T is the measured time interval, C1 is the start channel counter value, C2 is the stop channel counter value, D is the multivibrator frequency division coefficient in the frequency measuring unit, M1 is the value obtained when measuring the start channel multivibrator frequency by the block frequency measurement, M2 is the value obtained by measuring the frequency of the stop multivibrator of the stop by the frequency measuring unit, F is the frequency of the reference signal received from the reference frequency measuring unit. 2. Устройство для измерения временных интервалов по п. 1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены n идентичных каналов измерения и коммутирующий блок, ко входу которого подключены выходы счетчиков импульсов каждого канала измерения, а выход коммутирующего блока подключен ко входу контроллера.2. A device for measuring time intervals according to claim 1, characterized in that n identical measurement channels and a switching unit are additionally introduced into it, the outputs of the pulse counters of each measurement channel are connected to its input, and the output of the switching unit is connected to the controller input.
RU2016140932A 2016-10-18 2016-10-18 Multichannel device for measuring time intervals RU2627136C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140932A RU2627136C1 (en) 2016-10-18 2016-10-18 Multichannel device for measuring time intervals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140932A RU2627136C1 (en) 2016-10-18 2016-10-18 Multichannel device for measuring time intervals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2627136C1 true RU2627136C1 (en) 2017-08-03

Family

ID=59632791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016140932A RU2627136C1 (en) 2016-10-18 2016-10-18 Multichannel device for measuring time intervals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2627136C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU584281A1 (en) * 1974-09-10 1977-12-15 Предприятие П/Я В-2519 Time interval meter
SU1381708A1 (en) * 1986-01-17 1988-03-15 Предприятие П/Я А-1874 Time interval-to-code converter
RU2128853C1 (en) * 1997-11-18 1999-04-10 Открытое акционерное общество "Связьинформ" Vernier time-interval counter
RU2393519C1 (en) * 2008-12-08 2010-06-27 Геннадий Николаевич Абрамов Recirculation time-code converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU584281A1 (en) * 1974-09-10 1977-12-15 Предприятие П/Я В-2519 Time interval meter
SU1381708A1 (en) * 1986-01-17 1988-03-15 Предприятие П/Я А-1874 Time interval-to-code converter
RU2128853C1 (en) * 1997-11-18 1999-04-10 Открытое акционерное общество "Связьинформ" Vernier time-interval counter
RU2393519C1 (en) * 2008-12-08 2010-06-27 Геннадий Николаевич Абрамов Recirculation time-code converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2896782B2 (en) Pulse type lightwave distance meter
JP5559142B2 (en) Phase measuring device and frequency measuring device
JP2909742B2 (en) Delay time measuring device
US7777865B2 (en) Time difference measuring device, measuring method, distance measuring device, and distance measuring method
Nissinen et al. A CMOS time-to-digital converter based on a ring oscillator for a laser radar
US7330803B2 (en) High resolution time interval measurement apparatus and method
US5793709A (en) Free loop interval timer and modulator
EP2207263B1 (en) A digital time base generator and method for providing a first clock signal and a second clock signal
Cova et al. Differential linearity testing and precision calibration of multichannel time sorters
US9031811B2 (en) System and method for pulse-echo ranging
Szplet et al. Picosecond-precision multichannel autonomous time and frequency counter
JP2017173173A (en) Distance measuring apparatus and correction method of the same
US20210341524A1 (en) Timing Difference Detection Circuit Capable of Detecting a Phase Difference Between Different Channels
RU2627136C1 (en) Multichannel device for measuring time intervals
JPH06138230A (en) Distance measuring equipment
JP2013205092A (en) Time measuring device
CN110261673B (en) Virtual pulse power measurement system and method based on voltage and current double-pulse signals
CN103529687B (en) Pulse interval measuring device
KR102420037B1 (en) Time-to-digital converter supporting run-time calibration
JP2003157142A (en) Phase digitizer
US7649969B2 (en) Timing device with coarse-duration and fine-phase measurement
JP2000227483A (en) Time measuring circuit
Corna et al. Programmable Delay-Line with High-Resolution Time Steps Implemented in a Digital-to-Time Converter IP-Core for FPGAs and SoCs
Jayarajan et al. Design of high precision electronics for laser range finder
Szplet et al. Precise three-channel integrated time counter

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181129

Effective date: 20181129