專利名稱：一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，特別是一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
為了滿足不同應(yīng)用需求，人們發(fā)展了不同的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，從設(shè)計(jì)思想上分為三種直接計(jì)數(shù)法、延遲線法和時(shí)間幅度變換法。直接計(jì)數(shù)法原理簡(jiǎn)單，但計(jì)數(shù)器工作需要的時(shí)鐘頻率難以做到很高，這直接影響了轉(zhuǎn)換精度。延遲線法利用半導(dǎo)體工藝易于制作和集成，轉(zhuǎn)換精度高，但測(cè)量時(shí)間的動(dòng)態(tài)范圍受到限制。時(shí)間幅度變換法利用時(shí)間間隔長(zhǎng)度與某種物理量幅度變化量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過測(cè)量幅度變化量，間接計(jì)算出時(shí)間間隔長(zhǎng)度。最常用的是RC電路，對(duì)電容進(jìn)行充放電，測(cè)量電容兩端電壓的變化量。普通的RC電路存在電容漏電，電容放電時(shí)間長(zhǎng)等問題，后來提出了改進(jìn)型的RC電路以及能獲取較高轉(zhuǎn)換精度的時(shí)間放大技術(shù)，但總體來說，這種方法雖然能獲得較高的轉(zhuǎn)換精度，但存在較大的死區(qū)時(shí)間(測(cè)量間隔時(shí)間)以及測(cè)量時(shí)間動(dòng)態(tài)范圍小的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)時(shí)間幅度變換法中存在的諸多缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于時(shí)間幅度變換的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，利用對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的特性，先將被測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換為對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的電壓變化量，然后處理獲取的電壓數(shù)據(jù)，最終得到時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的結(jié)果。本發(fā)明提供的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用如下技術(shù)方案一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用三角波發(fā)生裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)接收與處理裝置測(cè)量第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)差信息，其特征在于所述三角波發(fā)生裝置包括三角波發(fā)生器及其控制電路；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括A/D轉(zhuǎn)換器和信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸裝置與數(shù)據(jù)計(jì)算裝置；所述三角波發(fā)生器在控制電路的控制下輸出對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集裝置采集所述三角波發(fā)生器輸出的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)；所述第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿或所述第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿到來時(shí)，所述A/D轉(zhuǎn)換器采集并保持此刻的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的電壓值；所述第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿到所述第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)間內(nèi)，所述信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器記錄對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的波峰和波谷信息；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置接收并處理所述數(shù)據(jù)采集裝置獲取的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸裝置把所述數(shù)據(jù)采集裝置獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳給所述數(shù)據(jù)計(jì)算裝置，計(jì)算得到第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)差信息。其中，所述三角波發(fā)生器輸出對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)，要求輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定性高，非線性失真小。
其中，所述三角波發(fā)生器控制電路控制三角波發(fā)生器的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)所輸出的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的頻率和峰值。其中，所述的A/D轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度滿足時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換精度的要求，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間滿足測(cè)量間隔時(shí)間的要求，且具備外觸發(fā)控制功能，通過第一觸發(fā)信號(hào)或第二觸發(fā)信號(hào)控制A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。其中，所述信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器記錄信號(hào)波峰數(shù)、波谷數(shù)和區(qū)分記錄的第一個(gè)計(jì)數(shù)的類型(無計(jì)數(shù)或波峰或波谷)，且具備計(jì)數(shù)控制功能，通過第一觸發(fā)信號(hào)和第二觸發(fā)信號(hào)控制信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)。其中，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸裝置具備數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及傳輸?shù)墓δ埽敵龅臄?shù)據(jù)格式滿足所述數(shù)據(jù)計(jì)算裝置的要求。本發(fā)明的主要特色具有時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換精度高，測(cè)量間隔時(shí)間短和時(shí)間的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍得到極大擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的效益與應(yīng)用前景本發(fā)明在時(shí)間幅度變換法的基礎(chǔ)上，充分利用對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的特性，實(shí)現(xiàn)了高精度、短測(cè)量間隔時(shí)間和時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換。本發(fā)明可以應(yīng)用到激光測(cè)距和激光三維測(cè)量相關(guān)領(lǐng)域。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信號(hào)時(shí)序圖
具體實(shí)施例方式圖I顯示了本發(fā)明的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖，在發(fā)明實(shí)施方案中，包括三角波發(fā)生裝置I、數(shù)據(jù)采集裝置2和數(shù)據(jù)接收與處理裝置3。三角波發(fā)生器12在控制電路11的控制下，輸出對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)SGN-OJtS A/D 轉(zhuǎn)換器21和A/D轉(zhuǎn)換器22以及信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器23的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。第一觸發(fā)信號(hào) SGN-I與A/D轉(zhuǎn)換器21的外觸發(fā)控制端及信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器23的計(jì)數(shù)控制端相連。當(dāng)?shù)谝挥|發(fā)信號(hào)SGN-I的觸發(fā)沿到來時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器21開始工作，采集并保持該時(shí)刻對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)SNG-O的電壓值，并控制信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器23開始計(jì)數(shù)；第二觸發(fā)信號(hào)SGN-2與A/D轉(zhuǎn)換器22的外觸發(fā)控制端及信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器23的計(jì)數(shù)控制端相連。當(dāng)?shù)诙|發(fā)信號(hào)SGN-2的觸發(fā)沿到來時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器22開始工作，采集并保持該時(shí)刻對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)SNG-O的電壓值，并控制信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器23停止計(jì)數(shù)。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸裝置31把數(shù)據(jù)采集裝置2獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后傳輸給數(shù)據(jù)計(jì)算裝置 32，計(jì)算出第一觸發(fā)信號(hào)SGN-I的觸發(fā)沿到第二觸發(fā)信號(hào)SGN-2的觸發(fā)沿的時(shí)差信息。圖2顯示了一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信號(hào)時(shí)序圖，設(shè)對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)SGN-O的周期為T，峰值為Vp。在h時(shí)刻，第一觸發(fā)信號(hào)SGN-I的觸發(fā)沿到來，A/D轉(zhuǎn)換器21開始工作，采集并保持的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)SGN-O的電壓值為 '。在t2時(shí)刻，第二觸發(fā)信號(hào)SGN-2的觸發(fā)沿到來，A/D轉(zhuǎn)換器22開始工作，采集并保持的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)SGN-O的電壓值為\。h時(shí)刻到t2時(shí)刻，信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器23記錄下的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)SGN-O的波峰數(shù)為npl，波谷數(shù)為np2， 第一個(gè)計(jì)數(shù)的類型是type (O代表無計(jì)數(shù)，I代表波峰，2代表波谷)。則I1時(shí)刻到t2時(shí)刻
的時(shí)間差Tt2_tl
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用三角波發(fā)生裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)接收與處理裝置測(cè)量第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)差信息， 其特征在于所述三角波發(fā)生裝置包括三角波發(fā)生器及其控制電路；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括 A/D轉(zhuǎn)換器和信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸裝置與數(shù)據(jù)計(jì)算裝置；所述三角波發(fā)生器在控制電路的控制下輸出對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)； 所述數(shù)據(jù)采集裝置采集所述三角波發(fā)生器輸出的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)；所述第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿或所述第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿到來時(shí)，所述A/D轉(zhuǎn)換器采集并保持此刻的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的電壓值；所述第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿到所述第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)間內(nèi)，所述信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器記錄對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的波峰和波谷信息；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置接收并處理所述數(shù)據(jù)采集裝置獲取的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸裝置把所述數(shù)據(jù)采集裝置獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳給所述數(shù)據(jù)計(jì)算裝置，計(jì)算得到第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)差信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述三角波發(fā)生器輸出對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)，要求輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定性高，非線性失真小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述三角波發(fā)生器控制電路控制三角波發(fā)生器的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)所輸出的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的頻率和峰值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的A/D轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度滿足時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換精度的要求，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間滿足測(cè)量間隔時(shí)間的要求，且具備外觸發(fā)控制功能，通過第一觸發(fā)信號(hào)或第二觸發(fā)信號(hào)控制A/D 轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所所述信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器記錄信號(hào)波峰數(shù)、波谷數(shù)和區(qū)分記錄的第一個(gè)計(jì)數(shù)的類型(無計(jì)數(shù)或波峰或波谷)，且具備計(jì)數(shù)控制功能，通過第一觸發(fā)信號(hào)和第二觸發(fā)信號(hào)控制信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸裝置具備數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及傳輸?shù)墓δ?，輸出的?shù)據(jù)格式滿足所述數(shù)據(jù)計(jì)算裝置的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于時(shí)間幅度變換法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用三角波發(fā)生裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)接收與處理裝置測(cè)量第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)差信息，其特征在于三角波發(fā)生裝置輸出對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)；第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿或第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿到來時(shí)，數(shù)據(jù)采集裝置的A/D轉(zhuǎn)換器采集并保持此刻的對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的電壓值；第一觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿到第二觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)沿的時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)采集裝置的信號(hào)波峰波谷計(jì)數(shù)器記錄對(duì)稱的正三角波電壓模擬信號(hào)的波峰和波谷的信息；數(shù)據(jù)接收與處理裝置接收并處理上述數(shù)據(jù)，得到時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。本發(fā)明可以應(yīng)用到激光測(cè)距和激光三維測(cè)量相關(guān)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H03M1/50GK102594354SQ20121005291
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者何云濤, 唐華, 屈曉聲, 江月松, 陳瑞強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)