專利名稱：一種多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時間間隔測量技術(shù)，更具體的是一種多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測
量方法和裝置。
背景技術(shù)：
時間間隔測量是測量電信號相位和頻率隨時間變化的科學(xué)測量技術(shù)，是電信號完整科學(xué)測量的一個重要組成部分。隨著新的電子和通信技術(shù)越來越多的采用調(diào)頻調(diào)相技 術(shù)，對于信號頻率、相位或時間間隔與時間變化關(guān)系的檢測變得日益重要和迫切，在國民經(jīng) 濟和國防的方方面面有著極其廣泛的應(yīng)用，如時鐘源、鎖相環(huán)、數(shù)字通信、集成電路、數(shù)字存 儲裝置、機電系統(tǒng)、雷達、電子戰(zhàn)和監(jiān)視系統(tǒng)、擴頻通信等。特別是在現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)、電子對 抗、雷達等對國防現(xiàn)代化具有舉足輕重的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是核心的技術(shù)環(huán)節(jié)和技術(shù)瓶頸。同時時 間作為一個最基本、最穩(wěn)定的物理量，對時間間隔的高精度測量是一個國家核心科學(xué)技術(shù) 水平的重要體現(xiàn)。作為精密時間間隔測量，技術(shù)核心是時間展寬器，關(guān)鍵指標是時間展寬器的非線 性度。目前國際上采用的達到PS級的時間展寬器通常方案有如下四種1)模擬內(nèi)插-時間展寬法在一個穩(wěn)態(tài)的二極管中，導(dǎo)通電流12 << II，在被測 時間間隔T內(nèi)，電容C有恒定電流Il充電，然后以小得多的電流12放電，因此將充電的時 間T延長至I1/I2*T。2)模擬內(nèi)插-時間電壓變換法通過定值的電流為電容充電來把時間間隔轉(zhuǎn)換為 電壓值(幅值)，然后使用傳統(tǒng)的集成式A/D轉(zhuǎn)換器方便的把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。3)啟動兩個振蕩器的游標卡尺法。該方法的基本結(jié)構(gòu)包括兩個可啟動振蕩器 (SGl和SG2)，它們生成兩種差別很小頻率Π = 1/Τ1和f2 = 1/T2，增量分辨率為r = T1-T2，波形起始時刻從每個生成器的輸出獲得，它和相關(guān)輸入信號的活動沿(開始或結(jié)束 時刻)同步。4)基于延遲線的時-數(shù)轉(zhuǎn)換法分接式延遲線由一組延遲單元組成，每個單元的 傳播時延τ相同(理想情況下)，通過采集延遲線傳播過程中的初始脈沖來完成測量。目前國際上，使用最好的先進方法和現(xiàn)代技術(shù)設(shè)計的測量儀器，時間間隔測量的 最高測量精度可以達到10ps。作為這方面可以購買到的世界頂級儀表，有美國斯坦福大學(xué)的SR-620產(chǎn)品，其分 辨力為25ps，測量精度為500ps，采樣率可達1000HZ ；屬于調(diào)制域分析儀的，有美國惠普公 司的HP E1740產(chǎn)品，其分辨力為50ps，測量精度為lOOps，采樣率可達10MHZ，無實時傳出能 力。目前國內(nèi)時間間隔測量的技術(shù)能力，測試精度達到ns級。國內(nèi)時間間隔測量產(chǎn)品 與世界領(lǐng)先水平有較大差距，遠遠滯后于我國國民經(jīng)濟和國防對該技術(shù)的現(xiàn)實需求。國內(nèi) 對時間間隔測量的高端需求，基本完全依賴于進口，通用計數(shù)器如HP53130和SR620產(chǎn)品； 調(diào)制域測試儀如HP E1740和HP 5372 (2001年已經(jīng)停產(chǎn))。
現(xiàn)有的時間間隔測量方法采用兩路同頻或N倍頻的信號進行對比測量的方法，存 在如下應(yīng)用限制時間間隔測量采用兩路同頻的信號進行對比測量的方法描述如下一路信號A為 被測，一路信號B為參考；信號A每個滿足促發(fā)條件的脈沖產(chǎn)生開門信號，另一路信號B脈 沖每個滿足促發(fā)條件的脈沖產(chǎn)生關(guān)門信號，在開門信號和關(guān)門信號之間形成個有一定寬度 的脈寬信號；測量部分以開門信號作為時間計數(shù)的開始，以關(guān)門信號作為時間計數(shù)的結(jié)束 進行時間計數(shù)(如同秒表每次測量一個開始操作，一個結(jié)束操作)。為保證開門信號一定要比關(guān)門信號早，其邏輯是采用每個開門信號來了后，選擇 其后最近的一個關(guān)門信號作為關(guān)門信號進行測量。該邏輯實際形成了開門信號一個信號周 期范圍內(nèi)的時刻測量；俗稱比相儀，只能測量出一個周期內(nèi)的時刻不同，超過一個周期就會 歸零。比相儀方式的時間間隔測量方法，其主要限制在于1)對整周期的變化沒有反映；對于信號相位發(fā)生較大突跳的場合是不適用的。2)不同頻的兩個信號進行測量，測量數(shù)據(jù)將是紊亂的；因此該測量方式進行周期 信號的時間間隔測量的時候，均要求是頻率基本同步的信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于對測量范圍內(nèi)的任意信號任意相位和頻率變化進 行測量，并提高時間間隔測量的精度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量方 法，該方法包括如下步驟使用32位的循環(huán)計數(shù)器測量時標時刻，形成本地時標，該循環(huán) 計數(shù)器的計時分辨率為IOns ；輸入被測信號，使用所述循環(huán)計數(shù)器對所述被測信號進行計 數(shù)；使用時間展寬器對所述被測信號未被所述循環(huán)計數(shù)器計數(shù)的殘余時間間隔進行η次同 步的時間展寬，然后采用閘門計數(shù)器測量經(jīng)時間展寬后的所述殘余時間間隔，其中η為大 于等于3的正整數(shù)；計算所述循環(huán)計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果和所述閘門計數(shù)器的測量結(jié)果并輸出 所述被測信號的測量數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述測量數(shù)據(jù)為被測信號的周期Τ、時間間隔誤差TIE、頻率、阿倫方差、 TDEV、MTIE中的一種或多種以及各種統(tǒng)計分析參數(shù)，其中，TDEV是時間偏差、MTIE是最大時 間間隔誤差。優(yōu)選的，所述本地時標為42. 949672960秒。優(yōu)選的，所述閘門計數(shù)器為IOps的閘門計數(shù)器。優(yōu)選的，所述η次同步的時間展寬是第一次將所述殘余時間間隔展寬放大K倍， 同步記錄測量的結(jié)果A1，再對所述殘余時間間隔減去所述結(jié)果Ai*Kn后得到的第二次殘余 時間間隔部分再展寬K倍，同步記錄測量的結(jié)果A2,依次循環(huán)，直至η次，記錄η次的測量結(jié)
果An，所述殘余時間間隔結(jié)果為Α^Γ+Α^ΙΤ1+. . . +Alri^KWAjK,其中A^A2.......Αη、Κ為正整數(shù)。優(yōu)選的，所述時間展寬器包括電流源Ip電容C、電容C的充電開關(guān)K、穩(wěn)態(tài)二極管 D、快速比較器FC電流源12，其中，電流源I1通過充電開關(guān)K連接到電容C的正極，電容C的 負極接地，電流源I2連接到電容的正極，穩(wěn)態(tài)二極管負極與電容C的正極、電流源I2、快速比較器FC的正極相連接，快速比較器FC負極接地。更進一步地，本發(fā)明還提供了一種多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量裝置，該裝 置包括時間間隔采集器，用于根據(jù)外部輸入頻標生成本地時標，并采集被測信號的時間間 隔；上位機，通過總線與所述時間間隔采集器相連接，并通過所述總線接收所述被測信號的 時間間隔，進行數(shù)據(jù)處理。優(yōu)選的，所述時間間隔采集器包括數(shù)字信號處理器、32位循環(huán)計數(shù)器、閘門計數(shù) 器、時間展寬器，所述數(shù)字信號處理器接收所述外部輸入頻標輸入到所述32位循環(huán)計數(shù)器 生成本地時標，所述32位循環(huán)計數(shù)器接收所述被測信號，并對被測信號的時間間隔計數(shù)后 的殘余時間間隔傳輸?shù)剿鰰r間展寬器進行時間展寬，所述時間展寬器將展寬后的所述殘 余時間間隔傳輸?shù)剿鲩l門計數(shù)器，所述32位循環(huán)計數(shù)器、閘門計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果通過數(shù) 據(jù)總線傳輸給所述數(shù)字信號處理器。優(yōu)選的，所述上位機為臺式電腦、 筆記本電腦等計算設(shè)備。優(yōu)選的，所述上位機向所述時間間隔采集器下發(fā)測量指令進行被測信號的測量。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理的結(jié)果為被測信號的周期T、時間間隔誤差TIE、頻率、阿倫 方差、時間偏差TDEV、最大時間間隔誤差MTIE中的一種或多種以及各種統(tǒng)計分析參數(shù)。優(yōu)選的，所述時間間隔采集器中的所述32位循環(huán)計數(shù)器、閘門計數(shù)器、時間展寬 器個數(shù)均為4個。更進一步的，所述32位循環(huán)計數(shù)器為IOns循環(huán)計數(shù)器、所述間門計數(shù)器為IOps 閘門計數(shù)器、所述時間展寬器為IOps時間展寬器。本發(fā)明的有益效果是使用同步的多次模擬內(nèi)插法大幅提高時間展寬器的性能，達 到IOOps的測量準確度。


圖1是本發(fā)明的多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的時間間隔采集器結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的時間展寬器的電路圖；圖5是本發(fā)明的本發(fā)明的多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量裝置的詳細原理圖；圖6是的本發(fā)明的上位機控制軟件流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量方法及裝置圖1所示為本發(fā)明的多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量方法，該方法包括如下步 驟si，使用32位的循環(huán)計數(shù)器測量時標時刻，形成本地時標，該循環(huán)計數(shù)器的計時分辨率 為IOns ；S2，輸入被測信號，使用所述循環(huán)計數(shù)器對所述被測信號進行計數(shù)；S3，使用時間 展寬器對所述被測信號未被所述循環(huán)計數(shù)器計數(shù)的殘余時間間隔進行η次同步的時間展 寬，然后采用閘門計數(shù)器測量經(jīng)時間展寬后的所述殘余時間間隔，其中η為大于等于3的正 整數(shù)；S4，計算所述循環(huán)計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果和所述間門計數(shù)器的測量結(jié)果并輸出所述被測 信號的測量數(shù)據(jù)。
本地時標這里是指由本機產(chǎn)生的時間標準，由本地參考信號IOMHz信號倍頻至 IOOMHz的信號進行計數(shù)得到的。與鐘表機理類似，鐘表根據(jù)周期信號的計數(shù)產(chǎn)生秒、分鐘、 小時的計數(shù)，一個事件的發(fā)生唯一對應(yīng)這組計數(shù)的一個時刻。更進一步的，所述測量數(shù)據(jù)為被測信號的周期T、時間間隔誤差TIE、頻率、阿倫方 差、TDEV、MTIE中的一種或多種以及各種統(tǒng)計分析參數(shù)。優(yōu)選的，所述本地時標為42. 949672960秒。優(yōu)選的，所述閘門計數(shù)器為IOps的閘門計數(shù)器。 優(yōu)選的，所述η次同步的時間展寬是第一次將所述殘余時間間隔展寬放大K倍， 同步記錄測量的結(jié)果A1，再對所述殘余時間間隔減去所述結(jié)果Ai*Kn后得到的第二次殘余 時間間隔部分再展寬K倍，同步記錄測量的結(jié)果A2,依次循環(huán)，直至η次，記錄η次的測量結(jié)
果An，所述殘余時間間隔結(jié)果為Α^Γ+Α^ΙΤ1+. . . +Alri^KWAjK,其中A^A2.......Αη、Κ為正整數(shù)。優(yōu)選的，所述時間展寬器包括電流源Ip電容C、電容C的充電開關(guān)K、穩(wěn)態(tài)二極管 D、快速比較器FC電流源12，其中，電流源I1通過充電開關(guān)K連接到電容C的正極，電容C的 負極接地，電流源I2連接到電容的正極，穩(wěn)態(tài)二極管負極與電容C的正極、電流源I2、快速 比較器FC的正極相連接，快速比較器FC負極接地。圖4示出了本發(fā)明的時間展寬器，其為模擬內(nèi)插法的時間展寬器，基本工作原理 如下模擬內(nèi)插法的時間展寬器的基本原理如下在一個穩(wěn)態(tài)的二極管D中，導(dǎo)通電流12 << II，在被測時間間隔T內(nèi)，電容C有 恒定電流(12-11)充電，然后以小得多的電流12放電，展寬系數(shù)定義為 ; = ΤΚ，總的時間 (T+Tr)由一個快速比較器檢測，通過一個簡單的計數(shù)器進行測量，計數(shù)器的有效分辨率LSB =Ttl/(K+1)，忽略量化誤差和線性誤差，當計數(shù)值為η時，測量結(jié)果為nTQ/(K+l)。在圖4中，脈沖寬度為T的數(shù)字脈沖控制電容C的充電開關(guān)，在信號上升沿時開關(guān) 聯(lián)通，在信號下降沿時開關(guān)斷開，如此完成T時間寬度內(nèi)以電流Ll對電容C的充電操作， 電容C的電壓UC以Ll線性上升。當充電完成時，放電電路自動導(dǎo)通，放電電流是L2，電容 C的電壓UC以L2線性下降，直至降到充電前的穩(wěn)定電壓U0，需要的時間為Tr。假設(shè)Ll = K*L2，則Tr = K*T?？焖俦容^器通過檢查UO的判斷，則產(chǎn)生T+Tr = (k+l)*T時長的脈寬 信號。經(jīng)過如上物理過程，實現(xiàn)將一個脈寬是T的數(shù)字信號，展寬成(K+1)*T脈寬的數(shù)字信 號。展寬系數(shù)取決于充放電電流的比值=L1/L2。這個被展寬(Κ+1)倍時間的數(shù)字信號，被周期為TO的信號進行填充計數(shù)，TO是 放大后數(shù)字脈寬信號的時間分辨率，對應(yīng)沒有放大前的數(shù)字脈寬信號的時間分辨率為TO/ (Κ+1)。本發(fā)明我們使用的是100ΜΗΖ的時鐘，周期為IOns ；K我們使用的是999 ；故本發(fā)明 的時間間隔分辨率=IOns/(999+1) = IOps0本發(fā)明將1000倍的展寬系數(shù)變成通過三次10倍的同步展寬來完成，舉例描述如 下假如粗計數(shù)器殘余的脈沖真值是9. 813ns，使用一次的1000倍展寬器(K = 999) 是將該殘余脈寬放大1000倍，脈寬變成了 9813ns，使用IOns時鐘去計數(shù)這個脈寬會得到981的計數(shù)結(jié)果，對應(yīng)測量結(jié)果是981X10ns/1000 = 9.81ns。假如粗計數(shù)器殘余的脈沖真值是9. 813ns,使用三次的10倍展寬器(K = 9)是將該殘余脈寬放大10倍。第一次展寬，脈寬變成了 98. 13ns，使用IOns時鐘去計數(shù)這個脈寬 會得到9的計數(shù)結(jié)果，殘余脈寬變成了 8. 13ns ；第二次時間展寬，脈寬變成了 81. 3ns，使用 IOns時鐘去計數(shù)這個脈寬會得到8的計數(shù)結(jié)果，殘余脈寬變成了 1. 3ns ；第三次時間展寬， 脈寬變成了 13. 0ns，使用IOns時鐘去計數(shù)這個脈寬會得到1的計數(shù)結(jié)果；對應(yīng)該脈寬的總 體測量結(jié)果為(9 X 100+8 X 10+1) X 10ns/1000 = 9. 81ns。圖2所示為本發(fā)明的多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量裝置，該裝置包括時間 間隔采集器1，用于根據(jù)外部輸入頻標生成本地時標，并采集被測信號的時間間隔；上位機 2，通過總線與所述時間間隔采集器相連接，并通過所述總線接收所述被測信號的時間間 隔，進行數(shù)據(jù)處理。更進一步的，所述時間間隔采集器2包括數(shù)字信號處理器21、32位循環(huán)計數(shù)器22、 閘門計數(shù)器23、時間展寬器24，所述數(shù)字信號處理器21接收所述外部輸入頻標輸入到所述 32位循環(huán)計數(shù)器22生成本地時標，所述32位循環(huán)計數(shù)器22接收所述被測信號，并對被測 信號的時間間隔計數(shù)后的殘余時間間隔傳輸?shù)剿鰰r間展寬器24進行時間展寬，所述時 間展寬器24將展寬后的所述殘余時間間隔傳輸?shù)剿鲩l門計數(shù)器23，所述32位循環(huán)計數(shù) 器22、間門計數(shù)器23的計數(shù)結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線傳輸給所述數(shù)字信號處理器21。例如，外部輸入頻標10MHZ輸入，經(jīng)過數(shù)字信號處理器(DSP)21被10倍頻成 100MHZ信號，在FPGA中通過邏輯電路搭建出兩類計數(shù)器。一個是32位循環(huán)計數(shù)器22，開 機加電后，即開始對100MHZ信號進行不間斷的周期計數(shù)；因此該計時器形成一個計時分辨 率為 10ns，周期為 10ns*2~32 = 42，949，672，960ns = 42. 949672960 秒的本地時標，也稱為 IOns本地時標計數(shù)器。另一類計數(shù)器是閘門計數(shù)器23 對于被測信號IOns分辨率內(nèi)的剩余時間O-lOns， 邏輯電路形成了一個O-IOns的閘門。將該閘門輸入到時間展寬器24(展寬系數(shù)為1000) 進行時間展寬后，送入該類計數(shù)器進行IOns計數(shù)。因此該類計數(shù)器就形成了一個專門對被 測信號IOns分辨率內(nèi)的剩余時間O-IOns進行測量的分辨率為IOps的閘門計數(shù)器。當開始測量時，被測信號符合觸發(fā)條件發(fā)生的本地時標時刻，被立刻縮存并記錄， 并傳輸給上位機PC進行數(shù)據(jù)處理。上位機的多功能時間間隔分析軟件根據(jù)最原始的時刻 t，將可以靈活轉(zhuǎn)化出各種用戶需要的測量功能信號的周期T、時間間隔誤差TIE、頻率、阿 倫方差、時間偏差TDEV、最大時間間隔誤差MTIE，以及各種統(tǒng)計分析參數(shù)。優(yōu)選的，所述上位機為臺式電腦、筆記本電腦等計算設(shè)備。優(yōu)選的，所述上位機向所述時間間隔采集器下發(fā)測量指令進行被測信號的測量。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理的結(jié)果為被測信號的周期T、時間間隔誤差TIE、頻率、阿倫 方差、時間偏差TDEV、最大時間間隔誤差MTIE中的一種或多種以及各種統(tǒng)計分析參數(shù)。如圖5所示，所述時間間隔采集器中的所述32位循環(huán)計數(shù)器、閘門計數(shù)器、時間展 寬器個數(shù)均為4個，所述32位循環(huán)計數(shù)器為IOns循環(huán)計數(shù)器、所述閘門計數(shù)器為IOps閘門 計數(shù)器、所述時間展寬器為IOps時間展寬器，時間間隔采集器為高精度時間間隔采集器。圖6示出了運行于上位機上的控制軟件的流程圖，其是通道計算機串口向計數(shù)器 發(fā)送控制指令來獲取數(shù)據(jù)的采集并通過軟件計算后顯示輸出。通過發(fā)送控制指令來完成計數(shù)器的通道自檢、通道測量指令下發(fā)、開始測量、數(shù)據(jù)輸出。通道自檢向測量通道發(fā)送控制指令來進行通道自檢、初始化。自檢操作將向控制 軟件返回自檢數(shù)據(jù)。通過返回的數(shù)據(jù)可獲知通道狀態(tài)是否正常。通道測量指令下發(fā)根據(jù)控制軟件中輸入的通道測量的信息，向計數(shù)器下發(fā)通道 測量指令。開始測量向計數(shù)器下發(fā)開始測量控制指令。
數(shù)據(jù)輸出控制軟件將接收到的數(shù)據(jù)控測量通道分類存儲，一個通道一個文件，一 天存一個文件(有效防止長時間連續(xù)測量只存一個文件時，對后期數(shù)據(jù)分析的耗時)。本發(fā)明的有益效果整機達到IOOps內(nèi)測量精度，高精度時間間隔測量誤差性能的決定因素取決于粗 分辨率剩余時間間隔脈寬進行K倍放大電路(稱為時間展寬電路，簡稱TDC電路)的性能。 TDC電路提供時間展寬倍數(shù)K的穩(wěn)定性和準確度直接決定了 TIM儀表時間間隔測量的測量 誤差性能。DTDC電路對任何一個固定殘余窄脈沖(周期TO內(nèi))放大倍數(shù)K的穩(wěn)定性(非準 確性)，決定了 TIM儀表測量的背景噪聲；2) TDC對周期TO內(nèi)可變殘余窄脈沖放大倍數(shù)K的一致性——專業(yè)術(shù)語稱為TDC電 路的放大非線性度，決定了 TIM儀表測量時間間隔各態(tài)歷經(jīng)的準確度，簡稱準確度。舉例說明如下高頻填充信號fi = 100MHz，放大倍數(shù)K= 1000倍，則粗計數(shù)器的分辨率為10ns， 精計數(shù)器的分辨率為10ps。假設(shè)TDC電路對1到9ns窄脈沖實際放大倍數(shù)K的穩(wěn)定性和準 確性如下Ins, K = 1010士 10 ；2ns, K = 990士 10 ；3ns，K = 960士 10 ； 4ns，K = 940士 10 ；5ns，K = 970士 10 ； 6ns，K = 990士 10 ；7ns, K = 1010士 10 ；8ns, K = 1025士 10 ；9ns，K = 1040士 10則該TDC電路的測量背景噪聲為士 10*10ps = 士 IOOps ；該TDC電路的放大非線 性度為(1040-940)/1000 = 10%，對應(yīng)的時間間隔測量準確度為10% *10ns = 1.0ns。本發(fā)明整機裝置的時間間隔測量的粗計數(shù)器為10ns，時間展寬器三級同步放大的 總倍數(shù)為1000，對應(yīng)的時間間隔分辨率達到lOns/lOOO = IOps分。本發(fā)明整機裝置對固定殘余窄脈沖(周期TO內(nèi))放大1000倍的穩(wěn)定性測量的背 景噪聲為IOOps ；對應(yīng)(周期TO內(nèi))可變殘余窄脈沖放大倍數(shù)1000的一致性——專業(yè)術(shù) 語稱為TDC電路的放大非線性度為1%，測量各態(tài)歷經(jīng)的準確度為10nsXl%= IOOps0最高采樣率從IOOk采樣/S達到IM采樣/秒，本發(fā)明我們使用的是100MHZ的時 鐘，填充計數(shù)的周期TO為IOns ；展寬系數(shù)K是999，則總體的時間間隔展寬倍數(shù)為1000倍。時間展寬器放大的殘余脈寬為O-IOns范圍，時間展寬器是通過每次充放電來工 作的，每次充放電的最長時間為10ns*K。對于使用一次放大1000倍的時間展寬器，該充放 電的最長時間為IOnsX 1000 = IOus ；這是該時間展寬器連續(xù)采樣工作的最小間隔，對應(yīng)的 采樣率為1/lOus = IOOk采樣/秒。本發(fā)明使用三次放大10倍的時間展寬器，該充放電的最長時間為10ns*10 = 100ns，連續(xù)進行了三次是300ns，這是本發(fā)明時間展寬器連續(xù)采樣 工作的最小間隔，對應(yīng)的采樣率為l/300ns = 3. 3M采樣/秒；為留有一定的冗余量我們裝 置定為IM采樣/秒。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
權(quán)利要求
一種多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量方法，其特征在于，該方法包括如下步驟使用32位的循環(huán)計數(shù)器測量時標時刻，形成本地時標，該循環(huán)計數(shù)器的計時分辨率為10ns；輸入被測信號，使用所述循環(huán)計數(shù)器對所述被測信號進行計數(shù)；使用時間展寬器對所述被測信號未被所述循環(huán)計數(shù)器計數(shù)的殘余時間間隔進行n次同步的時間展寬，然后采用閘門計數(shù)器測量經(jīng)時間展寬后的所述殘余時間間隔，其中n為大于等于3的正整數(shù)；計算所述循環(huán)計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果和所述閘門計數(shù)器的測量結(jié)果并輸出所述被測信號的測量數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述η次同步的時間展寬是第一次將所 述殘余時間間隔展寬放大K倍，同步記錄測量的結(jié)果A1,再對所述殘余時間間隔減去所述結(jié) 果 *!^后得到的第二次殘余時間間隔部分再展寬K倍，同步記錄測量的結(jié)果A2，依次循環(huán)， 直至η次，記錄η次的測量結(jié)果An，所述殘余時間間隔結(jié)果為Α^Γ+Α^ΙΤ1+. . . +Αη_^Κ2+Αη*Κ, 其中A” A2.......An、K為正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地時標為42.949672960秒，所述閘 門計數(shù)器為IOps的閘門計數(shù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量數(shù)據(jù)為被測信號的周期T、時間 間隔誤差TIE、頻率、阿倫方差、TDEV、MTIE中的一種或多種以及各種統(tǒng)計分析參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述時間展寬器包括電流源I” 電容C、電容C的充電開關(guān)K、穩(wěn)態(tài)二極管D、快速比較器FC電流源12，其中，電流源I1通過 充電開關(guān)K連接到電容C的正極，電容C的負極接地，電流源I2連接到電容的正極，穩(wěn)態(tài)二 極管負極與電容C的正極、電流源I2、快速比較器FC的正極相連接，快速比較器FC負極接 地。
6.一種多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量裝置，其特征在于，該裝置包括時間間隔 采集器，用于根據(jù)外部輸入頻標生成本地時標，并采集被測信號的時間間隔；上位機，通過 總線與所述時間間隔采集器相連接，并通過所述總線接收所述被測信號的時間間隔，進行 數(shù)據(jù)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述時間間隔采集器包括數(shù)字信號處理 器、32位循環(huán)計數(shù)器、間門計數(shù)器、時間展寬器，所述數(shù)字信號處理器接收所述外部輸入頻 標輸入到所述32位循環(huán)計數(shù)器生成本地時標，所述32位循環(huán)計數(shù)器接收所述被測信號，并 對被測信號的時間間隔計數(shù)后的殘余時間間隔傳輸?shù)剿鰰r間展寬器進行時間展寬，所述 時間展寬器將展寬后的所述殘余時間間隔傳輸?shù)剿鲩l門計數(shù)器，所述32位循環(huán)計數(shù)器、 閘門計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線傳輸給所述數(shù)字信號處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述上位機為計算機，向所述時間間隔采 集器下發(fā)測量指令進行被測信號的測量；所述數(shù)據(jù)處理的結(jié)果為被測信號的周期T、時間間隔誤差TIE、頻率、阿倫方差、TDEV、 MTIE中的一種或多種以及各種統(tǒng)計分析參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述32位循環(huán)計數(shù)器為IOns循環(huán)計數(shù) 器、所述閘門計數(shù)器為IOps閘門計數(shù)器、所述時間展寬器為IOps時間展寬器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述時間間隔采集器中的所述32位循環(huán) 計數(shù)器、閘門計數(shù)器、時間展寬器個數(shù)均為4個。
全文摘要
本發(fā)明了提供一種多次同步模擬內(nèi)插的時間間隔測量方法和裝置，該方法包括如下步驟使用32位的循環(huán)計數(shù)器測量時標時刻，形成本地時標，該循環(huán)計數(shù)器的計時分辨率為10ns；輸入被測信號，使用所述循環(huán)計數(shù)器對所述被測信號進行計數(shù)；使用時間展寬器對所述被測信號未被所述循環(huán)計數(shù)器計數(shù)的殘余時間間隔進行n次同步的時間展寬，然后采用閘門計數(shù)器測量經(jīng)時間展寬后的所述殘余時間間隔；計算所述循環(huán)計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果和所述閘門計數(shù)器的測量結(jié)果并輸出所述被測信號的測量數(shù)據(jù)。通過本發(fā)明的方法和裝置可以達到100ps內(nèi)測量精度和1M/s的采樣率。
文檔編號G04F10/00GK101976037SQ20101056283
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者張軍, 徐勇, 陳明 申請人:北京一樸科技有限公司