Схемы совпадений (СС) служат для выполнения логической операции «И» для нескольких входных логических сигналов. С помощью СС производится отбор совпадающих по времени событий (рис. 5.28). Совпадающими считаются два или более событий (соответственно импульсов), которые находятся в пределах определенного интервала. Этот временной интервал в случае интегральной микросхемы «И» определяется шириной входных импульсов и скоростью нарастания логического сигнала (т.е. временем переключения элемента «И»). Если подать на схему «И» два импульса шириной t и задерживать один относительно другого, вероятность появления на выходе логической «1» (соответственно скорость счета) будет изменяться по кривой (а) на рис. 5.29. Эта идеальная кривая временного разрешения представляет собой прямоугольную функцию шириной 2t. Для реальных приборов кривая разрешения имеет вид (рис. 5.29, кривая б), а разрешение (2t) измеряется на половине высоты.
Часто некоторые входы СС включаются на антисовпадение (рис.5.30).
Временная информация чаще всего содержится в положении передних фронтов импульсов. С помощью СС отбираются события, для которых фронты импульсов лежат в заданном временном интервале. Длительность этого интервала задается одновибраторами на входах схемы совпадений.
Выходные сигналы схем совпадений используются для управления процессом обработки информации. В частности, в простых случаях не требуется собственно схем совпадений, а достаточно линейных ворот или линейного расширителя с одним входом стробирования.
В схеме на рис. 5.31 импульс с выхода детектора Д1 анализируется только тогда, когда одновременно с ним детектор Д2 регистрирует частицу, энергия которой соответствует окну одноканального анализатора. Отбор совпадений здесь осуществляется с помощью линейных ворот (ЛВ). Дискриминатор в канале детектора Д2 выдает импульс на вход управления ЛВ при достижении аналоговым сигналом определенного уровня, поэтому аналоговый импульс в канале детектора Д1 должен быть задержан, чтобы целиком пройти через линейные ворота.
При работе со схемами совпадений часто возникает необходимость задержать аналоговый или логический сигнал. Это может быть связано с различными временами распространения в детекторах, усилителях и других приборах или с необходимостью скомпенсировать разницу времен пролета частиц.
Кабельные линии задержки применяются в наносекундном диапазоне (до 100 нс.). Обычно используются отрезки коаксиального кабеля соответствующей длинны, которые можно коммутировать с помощью разъемов, переключателей или реле. Как правило, длина отрезков кабеля в наборе нарастает с кратностью 2 (например, 10,20, 40, 80 нс и т.д.). Комбинируя эти отрезки можно получить большой набор задержек с шагом 10 нс. Там, где требуется высокое быстродействие и временная точность электронные ключи не используются. Кабельные линии используются для задержки как логических, так и аналоговых сигналов. Они пригодны для калибровки других приборов.
Стабильную задержку в микросекундном диапазоне обеспечивают электромагнитные линии задержки. Для задержки аналоговых сигналов иногда применяют сочетание электромагнитных линий задержки с усилителями (рис. 5.32).
Схемы задержки на одновибраторах используются для обеспечения больших задержек или для плавной регулировки времени (рис. 5.33). Такие устройства, которые называют генераторами задержки и ворот, состоят из двух последовательно соединенных одновибраторов. Первый запускается передним фронтом входного импульса uвх. Длительность сигнала этого одновибратора определяет время задержки t1. Задним фронтом этого импульса запускается второй одновибратор, который задает длительность t2 выходного сигнала uвых (например, для управления схемой ворот). Такие приборы работают как с положительными сигналами (по большей части используется ТТЛ-схемотехника), так и с быстрыми отрицательными (обычно ЭСЛ-уровнями).
Для данного типа задержки минимальное расстояние между входными сигналами (мертвое время) и максимальная частота запуска (минимальный интервал запуска) определяется суммой t1 + t2 и tи. Чтобы при больших задержках реализовать максимальную скорость счета, задержку осуществляют с помощью большого числа последовательно включенных одновибраторов. В этих приборах имеется возможность начинать обработку второго импульса, когда первый еще обрабатывается вторым или последующими одновибраторами задержки.
Измерение больших интервалов времени (более 500 нс) можно осуществлять непосредственным преобразованием в цифровой код с требуемым разрешением и точностью путем подсчета периодов эталонной частоты, укладывающихся между первым и вторым событиями. В ядерной физике для измерения коротких отрезков времени (менее 500 нс) используются схемы, преобразующие временной интервал в пропорциональное ему напряжение, которое медленно с нужным разрешением анализируется с помощью АЦП. Такие схемы называются преобразователями времени в амплитуду (ПВА), или время-амплитудными преобразователями.
Принцип работы ПВА заключается в зарядке конденсатора от источника тока в течение времени, начиная с момента «старт» до момента «стоп» (рис. 5.34). В результате конденсатор оказывается заряженным до напряжения, пропорционального интервалу времени между фронтами импульсов «старт» и «стоп». Напряжение с конденсатора через линейную схему пропускания поступает на аналоговый выход (uвых).
Спустя некоторое время (достаточное для преобразования uвых в цифровой код) измерительный конденсатор С разряжается с помощью параллельного ключа К2, после чего преобразователь готов к обработке следующей пары импульсов «старт-стоп».
Включение и выключение зарядного тока I осуществляется быстродействующим RS-тригером, который управляет электронным ключом К1.
Такие преобразователи работают в диапазоне от нескольких наносекунд до 1 мкс, при этом достижимо относительное временное разрешение 10–4 и абсолютное – лучше 10 пс.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.