Устройство для измерения амплитуды импульсных сигналов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано для определения амплитудного значения последовательности повто ряющихся импульсных сигналов в широком диапазоне частот их следования. Целью изобретения является повышение надежности и упрощение устройства . Поставленная цель достигается путем синхронизации каждого такта кодирования текущим сигналом входной последовательности импульсов. При этом кая;цый такт кодирования синхронизирован только с одним из сигналов измеряемой последовательности. Остальные сигналы в интервале времени между соседними тактами кодирования влияния на работу устройства не оказывают . Информационная и аппаратурная надежность устройства увеличена в результате уменьшения числа схемных элементов и сокращения между ними функциональных связей. 1 ил. г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ц11 4 G 01 R 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3770439/24-21 (22) 09.07.84 (46) 07.04.86, Бюл. У 13 (72) С.Г. Алексеев и М.М. Гельман (53) 621.317 (088.8) (56) Грязнов М.И., Гуревич М.Л. и Маграчев З.В. Измерение импульсных напряжений. — М.: Советское радио, 1969.

Авторское свидетельство СССР

У 1112301, кл. G 01 R 19/04, 12.03.82. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИI ТУД4 ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано для определения амплитудного значения последовательности повто ряющихся импульсных сигналов в широком диапазоне частот их следования.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение устройства. Поставленная цель достигается путем синхронизации каждого такта кодирования текущим сигналом входной последовательности импульсов. При этом каждый такт кодирования синхрониэирован только с одним из сигналов измеряемой последовательности. Остальные сигналы в интервале времени между соседними тактами кодирования влияния на ра6оту устройства не оказывают. Информационная и аппаратурная надежность устройства увеличена t в результате уменьшения числа схемных элементов и сокращения между ними функциональных связей. 1 ил.

1223154

S0

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения амплитудного значения последовательности повторяющихся импульсных сигналов в широком диапазоне частот их следования.

Цель изобретения — повышение надежности за счет упрощения устройства.

Поставленная цель достигается введением синхронйзации каждого такта кодирования текущим сигналом входной последовательности импульсов. При этом каждый такт кодирования синхронизован только с одним из сигналов измеряемой последовательности, а остальные сигналы в интервале времени между соседними тактами кодирования влияния на работу устройства не оказывают. Аппаратурная надежность устройства возрастает благодаря уменьшению числа функциональных элементов. Одновременно возрастает

I информационная надежность.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит измерительный вход 1; выход 2 сигнала конца измерения; вход 3 сигнала запуска; источники 4.1,...,4.п опорного напряжения от старшего до предпоследнего младшего разрядов соответственно; резистивный делитель 5; коммутатор

6; измерительные компараторы 7.17(п-1); компаратор 8; первый 9 и второй 10 формирователи импульсов, триггеры 11.1-11(п-1) памяти, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

12, регистр 13 кода; первый 14 и второй 15 элементы И; первый 16, второй 17 и третий 18 триггеры, первый элемент 19 временной задержки; элемент ИЛИ 20; третий элемент И 21; ,второй элемент 22 временной задержки, распределитель 23 кода; блок 24 ключей переписи, дешифратор 25 кода; первые выходы 26 устройства.

При этом вход 1 устройства соединен с первыми входами измерительных компараторов 7.1-7(n-1) и 8, вторые входы компараторов 7 соединены с выходами делителя 5. Выходы компараторов 7 через триггеры 11.1-11(п-1) памяти соединены с дешифратором 25 кода, выходы которого через блок 24 ключей переписи и распределитель 23 кода соединены с входами регистра 13 кода, выходы которого соединены с первыми выходами 26 устройства и входами ЦАП 12. Первый выход ЦАП 12 соединен с выводом резистивного делителя 5 и входом коммутатора 6,второй выход ЦАП 12 соединен с общей шиной питания, так же как и второй вход компаратора 8. Выход компаратора 8 подключен к входам двух формирователей 9 и 10 импульсов. Выход формирователя 9 через последовательно включенные первый элемент И 14, первый триггер 16 подключен к первому входу элемента И 15, второй вход которого соединен с выходом формирователя 10. Выход элемента И 15 соединен с R-входом триггера 18, блоком 24 ключей переписи, входом третьего элемента И 21 и через элемент

22 временной задержки соединен с элементом ИЛИ 20, входами управления распределителя 23 кода и коммутатора 6.

Второй вход элемента ИЛИ 20, управляющие входы распределителя 23 кода, коммутатора 6 и регистра 13 кода соединены с входом 3 устройства. Выход распределителя 23 кода через второй вход элемента И 21 соединен с первым входом триггера

17, второй вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 20.Выход элемента ИЛИ 20 через элемент 19 временной задержки соединен с S-входами триггеров 16-18, при этом выход триггера 18 соединен с третьим входом элемента И 15. Выход триггера 17 соединен с вторым входом элемента

И 14 и выходом 2 устройства,а третий вход элемента И 14 соединен с вторым выходом триггера 16 ° Вход реэисторного делителя 5 соединен с первыми выходами источников 4 опорного напряжения, вторые выходы которых соединены соответственно с входами коммутатора 6.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу внешнего запуска,поступившему на вход 2, устройство вначале переключается в исходное состояние, после чего автоматически начинается измерение (кодирование) амплитуды -сигналов импульсной последовательности, поступающей на измерительный вход 1. В исходном состоянии коммутатор 6 подключает параллельно делителю 5 источник 4.1 опорного напряжения старшего разряда, регистр 13 кода сбрасывается в нулевое состояние и напряжение на выходе ЦАП 12 становится нулевым, триггер 17 переключается в единичное состояние, распределитель 23 подключает блок 24 ключей переписи к входам старшего разряда регистра 13, элемент И 21 блокирован нулевым сигналом на выходе регистра 13. Сигнал запуска передается через элемент ИЛИ

20 и с задержкой в элементе 19, необходимой для переключения устройства в исходное состояние, переключает в нулевое состояние триггеры 11 памяти, а триггеры 16 и 18 переключает в положения, при которых деблокируется элемент И 14 и блокируется (триггером 16) элемент И 15.

На,выходах (ступенях) резистивного делителя 5 подключенным источником опорного напряжения образуют1 ся уровни квантования с постоянным агом приращения. Делитель 5 с ком параторами 7 образует аналого-цифровой преобразователь считывания с поразрядным определением кода. Если используется десятичное кодирование, то делитель 5 является однодекадным, а количество компараторов равно девяти. Опорное напряжение источника

4.1 старшего разряда равно при этом и пределу измеряемой величины 10, где

n — - число разрядов кода. Остальные опорные напряжения эквивалентны единице соответствующего разряда кода.

В исходном состоянии на ступенях делителя образуются уровни с шагом, эквивалентным единице старшего разряда кода, в рассматриваемом случае 10" . С переключением в нулевое состояние триггеров 11 памяти они оказываются подготовленными к записи единичных сигналов измерительных компараторов 7 ° С появлением сигнала измеряемой импульсной последовательности на входах компараторов 7 он сравнивается с опорными уровнями делителя 5. По мере его нарастания до амплитудного значения на выходах соответствующих компараторов 7 появляются единичные сигналы, которые запоминаются подключенными к ним триггерами 11. Число сработавших компараторов равно значению определяемого разряда кода.

В компараторе 8 измеряемый сигнал сравнивается с нулевым (или и-- нятым эа нулевой) уровнем. С нарастанием измеряемого сигнала компаратор 8 переключается, например, из

223154 4 нулевого в единичное состояние. Из переднего фронта выходного сигнала компаратора формирователем 9 формируется импульс, которым переключается триггер 16. При переключении этого триггера блокируется элемент

И 14 и деблокируется элемент И 15.

При уменьшении измеряемого сигнала до нулевого уровня компаратора 8 сигнал на выходе этого компаратора измеряется с единичного на нулевой.

Из фронта спада сигнала этого компаратора в формирователе 10 формируется соответствующий импульс, который передается через элемент И 15 в блок 24 ключей переписи кода и одновременно переключает триггер 18, чем блокируется элемент И 16.

По импульсу, появившемуся на выл ходе элемента И 15, через подготовленные цепи распределителя 23 в регистр 13 переписывается код,представленный сигналами измерительных компараторов. Этот единичный код

25 соответствующего разряда преобразуется предварительно дешифратором

25 в разряд соответствующего двоичного кода, в рассматриваемом случае двоично-десятичного кода. Такое преобразование кода необходимо для упрощения суммирования в регистре 13 кодов различных разрядов и суммирования тем самым выходных напряжений ЦАП. Суммирование двоично-позиционных кодов сводится к суммирова35 нию позиций отдельных разрядов, в то время как суммирование двоичных кодов требует применения арифметического устройства с суммированием и переносом сигналов отдельных pas,рядов.

При записи кода в регистр 13 напряжение на выходе ЦАП 12 становится эквивалентным сумме соответствующих разрядов кода.

ЦАП является также двоично-десятичным, преобразует в напряжение только и-1 старших разрядов кода и поэтому содержит и-1 разрядов, а в регистр 13 записываются все разряды о кода. Дешифратор 25 является двоичным, имеет четыре выхода. Столько же ключей содержится и в блоке 24.

В первом, после исходного (нулевого) состояния, такте кодирования

Ы напряжение ЦАП становится эквивалентным старшему разряду кода.

С задержкой во времени в элементе 22, необходимой для записи теку1223154 щего разряда кода в регистр 13, выходной сигнал элемента И 15 переключает распределитель 23, подготавли вая его для передачи кода второго разряда во втором такте кодирования, и одновременно переключает коммутатор 6, который отключает источник старшего и-ro разряда и параллельно делителю 5 подключает источник вто- 10 рого (n-1)-ro старшего разряда.

При указанных переключениях в первом такте на ступенях делителя 5 устанавливаются уровни напряжения с шагом, эквивалентным единице второ- 15

ro старшего разряда кбда, смещенные на величину напряжения ЦАП, эквивалентного сформированному в первом такте старшему разряду кода.

С задержкой во времени в элемен- 20 те 19, необходимой для установления новых уровней напряжения на ступенях делителя 5, выходной сигнал элемента 22 переключает триггеры 11,16 и 18 в исходное состояние и начинается второй такт кодирования — определения .второго разряда кода.

Сброс триггеров 11. 1-11 (и — 1) в нулевое состояние относительно появления измеряемого сигнала на входе

1 и на входах компараторов 7.17(п-1) происходит в случайный момент времени. Если сброс ЦАП 12 происходит во время нарастания измеряемого сигнала, то в триггеры 11-11(п-1) 35 записываются сигналы компараторов 7, соответствующие амплитуде измеряемого сигнала. Если же сброс триггеров

11 и триггеров 16 и 18 происходит во время спада измеряемого сигнала, 40 то компараторы 8 фиксируют только часть этого сигнала и в триггеры 11 записывается код, соответствующий какому-то мгновенному, не амплитудному значению измеряемой величины. 45

Однако в этом случае при уменьшении измеряемого сигнала в деблокированном элементе И 14 формирователь 9 не формирует импульса. Поэтому, хотя из фронта спада измеряемого сигнала формирователь 10 и формирует соответствующий импульс, но этот импульс не проходит через блокированный элемент И 15 в блок 24 ключей переписи кода. В этом случае следующий импульсу считывания формируется только с поступлением на вход 1 очередного сигнала измеряемой последовательности, чем достигается определение и запись в триггеры 11 текущего разряда кода амплитудного значения этого сигнала. Записанное перед этим в триггеры 11 число, соответствующее не амплитудному значению сигнала, сбрасывать не нужно, так как оно является частью амплитудного значения сигнала и дополняется при его определении.

Таким образом, если сброс триггеров 11 происходит во время уменьшения измеряемого сигнала, то благодаря описанной синхронизации каждый текущий такт кодирования всегда начинается только с нарастанием одного очередного измеряемого сигнала, чем исключаются ошибки в определении разрядов кода. Вместе с тем во время каждого такта кодирования воздейст-, вие на устройство остальных сигналов последовательности исключается.

В предпоследнем такте кодирования, после записи в регистр (n-1)-го предпоследнего младшего разряда кода и переключения распределителя 23 в последнее положение для передачи в регистр 13 младшего разряда кода, на выходе распределителя и соответственно на входе элемента И 21 появляется единичный сигнал.

К началу и-го последнего такта кодирования на ступенях делителя 5 устанавливаются уровни квантования с шагом, эквивалентным единице младшего разряда кода, а напряжение ЦАП эквивалентно при этом сумме п-1 старших разрядов кода. В и-м такте кодирования импульс, поступивший в блок 24 ключей для переписи кода младшего разряда передается также через деблокированный элемент И 21 и переключает триггер 17. С укаэанным переключением триггера 17 блокируется элемент И 14 и измерение амплитуды последовательности входных сигналов завершается. Конец измерения отображается появлением единичного сигнала на выходе 2 устройства.

По этому сигналу с выходов 26 1.ожет быть считан из регистра 13 во внешнее устройство памяти или отображения код — цифровой эквивалент измеренной амплитуды.

Новый цикл измерения выполняется с поступлением очередного сигнала запуска на вход 3. i 223154

Формула иэ обретения

Устройство для измерения амплитуды импульсных сигналов, содержащее триггер, два элемента временной задержки, резистивный делитель, один вывод которого соединен с одними иэ полюсов источников опорного напряжения от старшего до младшего предпоследнего разрядов, другие полюса которых подключены к выходам коммутатора, аналоговым входом параллельно с другим выводом резистивного делителя, соединенного с выходом цифроаналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами регистра кода, входами подключенного к распределителю кода, к входам которого подсоединены выходы блока ключей переписи, входами соединенного через дешифратор кода с выходами триггеров памяти, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего измерительного компаратора, опорным входом соединенного с соответствующей ступенью резистивного делителя, а измерительный вход каждого из измерительных компараторов и компаратора, опорным входом соединенного с общей шиной, подключен к измерительному входу устройства, с входом сигнала запуска которого соединены входы сброса коммутатора, распределителя кода, регистра кода, выходы которого подсоединены также к кодовому выходу устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности за счет упрощения устройства, в него введены два формирователя импульсов, два триггера, элемент ИЛИ и три эле-, мента И, первый из которых соответствующими входами соединен с выходом первого формирователя импульсов,одним из выходов первого триггера и выходом второго триггера, подключенным к выходу сигнала конца измерения устройства, выход первого элемента И соединен с одним из входов первого триггера, другой вход которого подсоединен к первому входу третьего триггера, и входом сброса триггеров памятй, а через первый элемент вре15 менной задержки подсоединен к выходу элемента ИЛИ, один из входов которого соединен с первым входом второго триггера и входом сигнала запуска устройства, а другой вход параллельно с входами запуска коммутатора и распределителя кода через второй элемент временной задержки подключен к параллельно соединенным выходу второго элемента И, второму входу третьего триггера, входу сигнала переписи блока ключей переписи и одному из входов третьего элемента И, вторым входом подключенного к соответствующему выходу распределителя

30 кода, а выходом — к второму входу второго триггера, соответствующие входы второго элемента И соединены с вторым выходом первого триггера, выходом третьего триггера и выходом второго формирователя импульсов, вход которого параллельно с входом первого формирователя импульсов подсоединен к выходу компаратора.

1223154

Составитель В. Шубин

Техред Н.Боикало Корректор С. Шекмар

Редактор Е, Папп

Заказ 2536

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113U35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, P. Ужгород, ул. Проектная,4