JPH0528796B2

JPH0528796B2 -

Info

Publication number: JPH0528796B2
Application number: JP60225951A
Authority: JP
Inventors: Chaukuongu Chu Deibitsudo
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1993-04-27
Also published as: US4613951A; JPS6191590A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、時間間隔を正確に測定する装置に関
する。

〔従来技術およびその問題点〕

通常、時間間隔は、はじまりの事象と終りの事
象との間の時間間隔を決めるため、既知の期間だ
け時間的に離れているクロツク・パルスを計数し
て測定される。一般に知られているように、この
手法では、時間間隔の決定について、クロツクパ
ルスの周期のプラスマイナス１カウントの精度し
か得られない。精度を上げるには、はじまりの事
象と最初に数えたクロツクパルスの発生との間の
経過時間（開始時間）、更には終りの事象と最後
に数えたクロツクパルスの発生との間の経過時間
（停止時間）をも測定することが望ましい。

この目的で、従来の計測器は、開始時間および
停止時間の時間間隔を引き延ばす技法を使用して
いる。ヒユーレツト・パツカード・ジヤーナル第
20巻、第９号、1969年５月の第９頁〜第12頁に開
示されているような従来の方法によれば、コンデ
ンサが、はじまりまたは終りの事象とそれに続く
最初のクロツク・パルスとの間の期間中一定の電
流で充電される。クロツク・パルスが発生する
の、より少い電流でコンデンサを放電するに必要
な時間がクロツク・パルスを数えることによつて
測定される。この時間は、両電流値の比率を比例
定数として充電時間間隔と比例している。よつて
この比率と放電時間を組合せて、事象とそれに続
く最初のクロツク・パルスの間の時間を求めるこ
とできる。

この方法には、短い時間間隔を測定する際、開
始時間および停止時間を引延ばすのにかかる時間
が、両事象間で最初と最後とに数えたクロツク・
パルスの間の時間間隔よりかなり長くなるという
欠点がある。この欠点のため、測定を反復できる
速さが制限される。

〔発明の目的〕

本発明は新規な構成により、２つの事象間の時
間間隔を正確に測定することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、第１信号と第２信号との間の時間間
隔を逐次近似することにより先行技術の問題を克
服している。この近似から、時間が時間間隔の測
定値と対数的に関連づけられるという望ましい結
果が得られる。

本発明の好ましい実施例による時間間隔測定装
置には、着列に接続された複数個の時間シフト・
セルが設けられている。これらの時間シフト・セ
ル中を、時間間隔を規定する第１および第２の信
号の間に同期化用時間遅れを順次加え、第１およ
び第２の信号を実質的に同期させる。これらの同
期化用時間おくれを積算することによつて時間間
隔を近似する。好ましくは、上述の逐次近似は、
第１および第２の式号の生起の時間的前後関係を
求め、始めに生起した信号を後に生起した信号に
対して、予め定めた同期化用時間おくれの量だけ
送らせる。この過程を、同期化が予め定めた精度
になるまで、信号間に追加する同期化用時間おく
れ量を逐次減少させならがら繰返す。次に、加え
た全同期化用時間おくれを積算して時間間隔を求
める。

〔発明の実施例〕

第１図に示すように、本発明の好ましい実施例
は、複数の同様な構成の時間シフト・セル１〜３
を備えている。各時間シフト・セルは第１および
２の入力ポート４，５と、第１および２の出力ポ
ート６，７とを備えている。入力ポート４，５に
は双安定スイツチング回路、ここではエツジ・ト
リガＤ型フリツプフロツプ８が接続されている。
このフリツプフロツプ８は、第１の入力ポート４
に接続されているクロツク入力ポート９、第２の
入力ポート５に接続されているデータ入力ポート
１０、および時間シフト・セルのアキユムレータ
用出力ポート２４に接続されているフリツプフロ
ツプ出力ポート１１を備えている。測定すべき時
間間隔は、先頭の時間シフト・セル１の第２の入
力ポート５に到達する第１の信号のエツジと第１
の入力ポート４に到達する第２の信号のエツジと
の間の時間間隔であると定義される。フリツプフ
ロツプ８は第１の入力ポート４に到達する信号の
エツジでトリガされる。第２の入力ポート５の信
号がトリガの時刻に第１の状態（たとえば、低状
態）にあれば、トリガによつてフリツプフロツプ
出力ポート１１の信号が第１の値（低値）にセツ
トされる。逆に、第１の信号のエツジが、トリガ
時刻により前に第２の入力ポート５に到達するこ
とにより、第２の入力ポート５の信号がトリガ時
刻に第２の状態（高状態）にあれば、フリツプフ
ロツプ出力ポート１１の信号は第２の値（高値）
にセツトされることになる。プリツプフロツプ出
力ポート１１および時間シフト、セル１のアキユ
ムレータ用出力ポート２４に現れる信号は第１お
よび第２の入力ポート４，５に到達する２つの信
号のエツジのうち、最初に到達したのはどちらで
あるかを示す。これは後続の時間シフト・セル
２，３，……についても同様である。

各時間シフト・セル１〜３において、第１の遅
延線１２は、第１の入力ポート４に接続されてい
る第１の端部と、第１の出力ポート６に接続され
ている第２の端部とを備えている。第２の遅延線
１３は時間シフト・セルの第２の入力ポート５に
接続されている第１の端部と、第３の遅延線１４
の第１の端部に接続されている第２の端部とを備
えている。実際の回路では、遅延線１２〜１４
は、印刷回路板上に形成されたストリツプ伝送線
路、同軸または他の伝送線路、電荷結合デバイス
遅延線路、適切な形式の単安定マルチバイブレー
タ、あるいは時間シフト・セル１〜３を用いて測
定する時間間隔に適する任意の他の遅延装置とし
てよい。

時間シフト・セル１〜３は更に、フリツプフロ
ツプ出力ポート１１に接続されている反転入力ポ
ート１６と第３の遅延線１４の第１の端部に接続
されている非反転入力ポート１７を有する第１の
ANDゲート１５を備えている。第２のANDゲー
ト１８は、フリツプフロツプ出力ポート１１に接
続されている第１の入力ポート１９と第３の遅延
線１４の第２の端部に接続されている第２の入力
ポート２０を備えている。

ORゲート２１は、ANDゲート１５の出力ポー
トに接続されいる第１の入力ポート２２とAND
ゲート１８の出力ポートに接続されている第２の
入力ポート２３を備えている。ORゲート２１の
出力ポートは、時間シフト・セル１，２、または
３の第２の出力ポート７に接続されている。

遅延線１２〜１４およびこれに接続されている
回路の目的は、時間シフト・セル１の第１および
第２の入力ポート４，５に現われる２つの信号エ
ツジの間にＴ／2ⁱの同期化時間おくれを与えるこ
とである。この目的のため、先頭からｉ番目の時
間シフト・セルにおいては、第１の遅延線１２は
第１の時間おくれDiを発生するように選定され、
第２の遅延線１３はDi−Ｔ／2ⁱの値を持つ第２の
時間おくれを発生するように選定され、第３の遅
延線１４はＴ／2^i-1の値を持つ第３の時間おくれ
を発生するように選定されている。

これらの時間おくれの関係において、Ｔは直列
結合時間シフト・セルで測定できる最大の時間間
隔であつて、ユーザの必要に合うように選定され
る。この時間間隔測定装置を従来技術に関して述
べた開始時間や停止時間の測定のために用いるな
らば、時間間隔Ｔは計数プロセスにおける連続す
る２つのクロツク・パルスの間の時間になるよう
に選定される。

第２の遅延線１３の遅延時間はDi−Ｔ／2^i-1に
等しい。この遅延時間は、フリツプフロツプ８の
セツトアツプ用時間おくれである。すなわちこれ
は、フリツプフロツプ出力ポート１１の出力レベ
ルがトリガ後然るべきレベルに落着き、この値が
ANDゲート１５，１８の入力ポートに伝えられ
てANDゲート１５，１８の一方を開き他方を閉
じてしまつた後になつてから、時間シフト・セル
の入力ポート５に与えられた信号エツジが第２お
よび第３の遅延線１３，１４を経て伝わつて
ANDゲート１５，１８のもう一方の入力ポート
１７，２０に達するように選定される。

ANDゲート１５，１８およびORゲート２１が
信号経路に入つているため、時間シフト・セル
１，２または３の第２の入力ポート５と第２の出
力ポート７との間の信号経路に伝播おくれＰが生
ずる。従つて、実際の回路設計では、伝播おくれ
を補償するため、第１の遅延線１２はDi＋Ｐの
おくれを発生しなければならない。伝播おくれＰ
は回路の形式と配置とによつて変るから、第１の
遅延線１２に適切なおくれを発生させるにはある
量の調節が必要になろう。調節の一つのやり方と
しては、ANDゲート１８やORゲート２１と同じ
形式のゲートを第１の遅延線１２に挿入しても良
い。しかし、簡単のため、以下の説明では、
ANDゲート１５，１８とORゲート２１は、伝播
おくれが０の理想ゲートして取扱うことにする。

Diの指定と指数表示に使用する指標ｉは、既
に述べたように、測定すべき時間間隔を定義する
最初の信号エツジを入力ポート４，５で受取る第
１の時間シフト・セル１では１に等しく設定し、
後続の時間シフト・セル２，３……のそれぞれに
対して１づつ増加させる。

例として、今後は好ましい実施例を、典型的な
回路値とおくれをとりあげて説明する。

第１の立上り信号エツジが時間シフト・セル１
の第２の入力ポート５に、また第２の立上り信号
エツジが第１の入力ポート４に到達するものとす
る。ここで第１の立上り信号エツジの方が時間的
に0.575Tだけ早く到達したとする。第２の信号
エツジは、フリツプフロツプ８をトリガする。ト
リガ時刻には第２の入力ポート５には高信号が存
在するので、フリツプフロツプ出力ポート１１は
高状態になる。フリツプフロツプ出力ポート１１
に高信号があると、第１のANDゲート１５は閉
じられ、第２のANDゲート１８は開かれる。従
つて、第１の立上り信号エツジが、第２の入力ポ
ート５から、第２および第３の遅延線１３，１
４、第２のANDゲート１８、およびORゲート２
１を通つて、時間シフト・セル１の第２の出力ポ
ート７まで伝わることができる。したがつて第２
の立上り信号エツジに導入されるおくれの量は D₁−Ｔ／２＋Ｔ＝D₁＋0.5T となる。第２の立上り信号エツジは、時間シフ
ト・セル１の第１の入力ポート４から第１の遅延
線１２を通つて第１の出力ポート６に伝わり、
D₁のおくれを生ずる。このようにして、時間シ
フト・セル１は、先に到達した信号のエツジを後
に到達した信号のエツジに対して0.5Tだけおく
らせ、出力ポート７，６から出る信号エツジの時
間差を0.075Tに減少させる。逆に、第２の信号
エツジが時間シフト・セル１の第１の入力ポート
４に与えられる時刻の方が、第１の信号エツジが
第２の入力ポート５に現われるより早い場合に
は、フリツプフロツプ８がトリガされると第２の
ANDゲート１８が閉じて第１のANDゲート１５
が開く。これにより第２の信号エツジはD₁だけ
おくれるか、第１の信号は D₁−Ｔ／２＝D₁−0.5T だけおくれることになる。

つまり、この場合もまた信号エツジは、両者の
生起の当初の時間差から0.5Tを差引かれた状態
で時間シフト・セル１の出力ポート６，７から出
てくる。

ここで注意しなければならないことは、この動
作は第１および第２の信号エツジを絶対的に同期
化するのではなく予め定めた限界内におさえると
いう点である。特に、第１および第２の信号エツ
ジが時間シフト・セル１の入力ポート４，５にほ
とんど同時に現れた場合には、これらの信号は、
第１および第２の出力ポート６，７に到達した時
点では、時間的にほとんどＴ／２だけ間隔が開い
てしまうことになる。ただし、直列に接続されて
いる第２の時間シフト・セル２は、その第１およ
び第２の入力ポート４′，５′が第１の時間シフ
ト・セル１の出力ポート６，７に結合している
が、第１および第２の信号エツジの間にＴ／2²の
同期化時間おくれを導入して、その間隔を実質的
にＴ／４に減らす。これに続く第３の時間シフ
ト・セル３は、その入力ポート４″，５″が第２の
時間シフト・セルの第１および第２の出力ポート
６′，７′に結合しており、更に、第１および第２
の信号エツジの間の時間間隔を、その出力ポート
６″，７″上でＴ／８まで減らす。これ以降に付加
される時間シフト・セルにおいても同様にして第
１および第２の信号エツジの実質的に同期化す
る。

第１および第２の信号エツジの間の時間間隔
が、第１の時間シフト・セルのアキユムレータ用
出力２４および後続の時間シフト・セル２，３…
…のすべての対応するアキユムレータ用出力２
４′，２４″……に存在する信号から求められる。
第ｉ番目の時間シフト・セルで導入される同期化
時間おくれの量は常にプラスまたはマイナスＴ／
2ⁱであるから、時間間隔は符号付き加算により計
算することができる。ここで各被加数の大きさは
それぞれの時間シフト・セルで導入されるおくれ
の量に等しく、被加数の符号は、時間シフト・セ
ルのアキユムレータ用出力の信号が高であれば
正、アキユムレータ用出力の信号が低であれば負
である。この加算によつて得られる時間間隔の値
は、ｋを直列に結合している時間シフト・セルの
個数とするとき、Ｔ／2^kの精度を持つ。

第２図には、第１および第２の信号エツジが時
間シフト・セルを経由して伝播するとき第１の時
間シフト・セル１の第２の入力ポート５に到達し
た第１の信号エツジと第１の入力ポート４に到達
した第２の信号エツジとの間の時間的関係が伝播
の過程でどのように変化するかを示すいくつかの
タイミング・チヤートの示してある。このタイミ
ング・チヤート中、横軸は時間を表わし、縦軸は
第１図のいろいろな点での信号の状態を表わして
いる。第２図中の参照番号は各タイミング・チヤ
ートが観測される第１図中の箇所を示すが、また
この番号によりそのタイミング・チヤートを指示
するのにも使用される。

第２図において、タイミング・チヤート４，５
は第２の信号エツジが第１の入力ポート４に到達
する時刻は第１の信号エツジが第２の入力ポート
５に到達するよるも0.425Tだけ早い、というこ
とを示している。フリツプフロツプ８は、トリガ
時刻では第１の信号が低状態になつているため、
低状態にトリガされる。したがつて、第１の入力
ポート４から与えられた信号エツジは第２の入力
ポート５における信号エツジに対して0.5Tだけ
の遅延が加えられる。このおくれにより信号エツ
ジが第１および第２の出力ポート６，７に入力時
とは逆の順序で現われる。よつて、今後は第１の
信号エツジの方が、第２図のタイミング・チヤー
ト６，７に示すように、第２の信号エツジよりも
0.075Tだけ先行する。第２の時間シフト・セル
２は、第１の信号エツジがその入力ポート４′，
５′に先に到着したことに応答して、第１の信号
エツジを第２の信号エツジに対して0.25Tの遅延
を付加し、このことをそのアキユムレータ用出力
ポート２４′に高信号を発生することによつて示
す。

かくして、第２の時間シフト・セル２の出力ポ
ート６′，７′に到達した時点では、第２の信号は
第２図に示すように第１の信号よりも0.175Tだ
け先行している。この信号到達の順番は第３の時
間シフト・セル３で検出され、このセルはこれら
の信号に応答して第２の信号を第１の信号に対し
て0.125Tだけおくらせ、そのアキユムレータ用
出力を適切にセツトする。次に信号エツジは、第
２図のタイム・チヤート６″，７″に示すように、
第３の時間シフト・セル３の出力ホート６″，
７″に第２の信号エツジが第１の信号エツジより
も0.005Tだけ先行した状態で現われる。

時間シフト・セル１〜３で得られる同期化時間
おくれとアキユムレータ用出力ポート２４，２
４′，２４″に出力される信号とから、時間間隔の
測定値はこの場合、上に示した計算の規則にした
がつて、（−0.5＋0.25−0.125）Ｔ＝−0.3750T のように計算される。一方、真の値は−0.425T
である。

第３図に、第１図の配置と同様な直列接続構成
に使用する時間シフト・セルの別の実施例を示
す。第３図の時間シフト・セル３０には第１およ
び第２の入力ポート４，５および第１および第２
の出力ポート６，７が設けられている。エツジト
リガＤ型フリツプフロツプ８は、第１の入力ポー
ト４に接続されているクロツク入力ポート９、第
２の入力ポート５に接続されているデータ入力ポ
ート１０、および時間シフト・セル３０のアキユ
ムレータ用出力ポート２４に接続されている出力
ポート１１が設けられている。測定すべき時間間
隔は、第２の入力ポート５に到達する第１の信号
エツジと第１の入力ポート４に到達する第２の信
号エツジとの間の時間間隔と定義される。フリツ
プフロツプ８は第１の入力ポート４に到達した信
号エツジでトリガされる。トリガ時、フリツプフ
ロツプ８の出力信号は、第１図に関連して上に述
べたように、第２の入力ポート５の信号の状態に
したがつてセツトされる。

第３図で、第１の遅延線３１は第２の入力ポー
ト５に接続されており、第２の遅延線３２は第２
の出力ポート７に接続されており、第１および第
２の遅延線３１，３２は相互接続されている。第
３の遅延線３３の第１の端は時間シフト・セル３
０の入力ポート４に接続されており、また第２の
端は第１のANDゲート３４の非反転入力ポート
および第２のANDゲート３５の入力ポートに接
続されている。第１のANDゲート３４の反転入
力ポートと第２のANDゲート３５の第２の入力
ポートはフリツプフロツプ８の相補性の出力ポー
ト３６に接続されている。第４の遅延線３６は第
２のANDゲート３５の出力ポートとORゲート３
７の入力ポートとの間に接続されている。ORゲ
ート３７の出力ポートは時間シフト・セル３０の
第１の出力ポート６に接続されている。第１の
ANDゲート３４の出力ポートはORゲート３７の
第２の入力ポートに接続されている。

遅延線３１，３２，３３，３６、およびこれに
接続されている回路の目的は、第１および第２の
入力ポート４，５に現われる２つの信号エツジの
間にＴ／2ⁱの同期化時間おくれを発生させること
である。この実施例では、第１および第３の遅延
線３１，３３は同じくおくれを発生するように選
ばれており、第２の遅延線３２はＴ／2ⁱのおくれ
を発生し、第４の遅延線３６はＴ／2_i-1のおくれ
を発生する。実際の回路では、時間シフト・セル
３０の第２の入力ポート５と第１の出力ポート６
との間に更に別のおくれを導入して、第１図に関
連して説明したように、ANDゲートおよびORゲ
ート３４，３５，３７の伝播おくれを補償すべき
である。フリツプフロツプ８の出力ポート３６に
現われる信号により、第１および第２のANDゲ
ート３４，３５は、第１の入力ポート４から到来
する信号を、第２の入力ポート５から伝わる信号
よりＴ／2ⁱだけ少くあるいは多く遅れるようにし
て次段へ向けて送り出す。

第１図に示すような時間シフト・セルの直列接
続構成の動作原理は、第４図に示すフローチヤー
トの形で表わすことができる。時間間隔の単位Ｔ
を選択し、第１段目の同期化時間おくれを引き起
す２つの準備ステツプ41、42の後、反復ループが
予め定めた回数だけ繰返される。第１および第２
の信号が発生した時間順序を判定する検出ステツ
プ43の結果如何により、２つのループ分岐の一方
が実行される。ステツプ44、45を含む第１の分岐
では、第１信号の方が先に生起したことに応答し
て、第１の信号が第２の信号に対して同期化時間
おくれだけ遅らされ、同期化時間おくれが時間間
隔のカウントに加えられる。逆に、別のステツプ
46、47を含む第２の分岐では、第２の信号の方が
先に生起したことに応答して、第２の信号が第１
の信号に対して同期化時間おくれだけ遅らされ、
同期化時間おくれが時間間隔のカウントから差引
かれる。

所定反復回数に達すると（ステツプ48）、ルー
プは終結する（ステツプ49）。まだ反復回数に到
達しない場合には、現在の同期化時間おくれを半
分にして新しい同期化期間おくれが選ばれる（ス
テツプ50）。こうしてからループは検出ステツプ
43から繰返される。

適当なおくれ要素に結合するスイツチング回路
を適切に設計して第１および第２の信号の信号径
路間に必要なおくれの差を発生させることによ
り、ここに開示した時間シフト・セルの構造をい
ろいろに変形することができる。可能な変形に
は、その出力ポートからその入力ポートへおくれ
を与えられた信号をフイードバツクする時間シフ
ト・セルを一つだけ使用するものさえある。他の
変形としては、適当なおくれ要素の切換により各
種の同期化時間おくれを各信号の別々のフイード
バツク径路に導入してもよい。このようにして、
連続した時期シフト・セルの連鎖は、出力ポート
から自己の入力ポートへ適当なフイードバツクを
する備えのある１つの時間シフト・セルが行う一
連の動作で置き換えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば２つの信
号間の時間差を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の時間間隔測定装置の実施例の
主要部を示す図、第２図は第１図中の主要な信号
のタイム・チヤート、第３図は第１図中の時間シ
フト・セルの別の構成例を示す図、第４図は本発
明の動作原理を示すフローチヤートである。１，２，３，３０：時間シフト・セル、４，
４′，４″，５：入力ポート、６，６″，７，７′，
７″：出力ポート、８：フリツプフロツプ、１２，
１３，１４，３１，３２，３３，３６：遅延線、
２４，２４′，２４″：アキユムレータ用出力ポー
ト。

Claims

【特許請求の範囲】１第１信号と第２信号の間の時間間隔を測定す
る時間間隔測定装置において、前記第１信号と第２信号の時間的前後関係を判
定する手段と、前記判定結果に基いて前記第１信号および第２
信号の一方を他方に対して相対的に遅延させる手
段とを設け、前記判定および相対的遅延を繰り返し、前記判定の結果の各々を重み付けして積算する
ことを特徴とする時間間隔測定装置。２特許請求の範囲第１項記載の時間間隔測定装
置において、前記判定および相対的遅延を行なう時間シフ
ト・セルを複数個直列接続することにより前記判
定および相対的遅延の繰り返しを行なうことを特
徴とする時間間隔測定装置。３特許請求の範囲第２項記載の時間間隔測定装
置において、前記時間シフト・セルの各々の前記相対的遅延
の時間は前段の時間シフト・セルの前記相対的遅
延の時間の1/2に設定されることを特徴とする時
間間隔測定装置。４特許請求の範囲第１項記載の時間間隔測定装
置において、前記判定および相対的遅延を行なう時間シフ
ト・セルと、前記時間シフト・セルによつて相対的遅延を与
えられた前記第１信号および第２信号を前記時間
シフト・セルの入力の帰還する手段と、を設けたことを特徴とする時間間隔測定装置。５特許請求の範囲第４項記載の時間間隔測定装
置において、前記帰還毎に前記相対的遅延の時間を1/2にす
る手段を設けたことを特徴とする時間間隔測定装
置。