一种基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路，在时间-幅度转换(Time-to-amplitude Converter，TAC)原理基础上，采用放电恒流源和充电恒流源组成的双恒流源结构，通过充电恒流源对充放电电容进行充电，使其回到初始电压。在本发明专利技术中，充电恒流源具有两种工作状态，可以在开关控制信号的控制下，改变充电电流大小，即可以根据测量过程需要，在初始准备测量阶段、放电阶段以及ADC采样阶段，选择产生微小电流，在初始准备测量阶为充放电电容提供一个稳定的初始电压，在测量完成后，选择产生大电流充电，实现充放电电容上电压的快速恢复，从而提高时间间隔的测量速度。这样在保证测量精度的前提下，大大提高了时间间隔测量的速度，从而进一步提高了随机等效采样波形重构效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路
本专利技术属于时间间隔测量
，更为具体地讲，涉及一种基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路。
技术介绍
在随机取样示波器中，处理器将多次触发采集的波形按照触发点的位置进行重新排序，实现对被测波形的重构。波形重构的依据是每次触发时刻与触发之后下一个数据同步时钟上升沿之间的时间间隔△T，将触发信号和数据同步时钟送往时间间隔测量电路，触发信号和来自ADC的数据同步时钟进行异或产生携带了时间间隔信息△T的窄脉冲，这个时间间隔进入后级的时间-幅度转换(Time-to-amplitudeConverter，TAC)电路即时间间隔测量电路，将时间信息转换为电压幅度信息，再被高分辨率ADC采集量化，得到时间间隔数值，并经过处理器计算后确定触发点的位置，实现波形重构。时间间隔测量的分辨率直接决定了取样示波器的等效采样率，而测量速度则决定了波形重构的时间。所以，这里需要时间间隔测量装置具有很高的时间测量精度，并且同时具备较快的测量速度。图1是现有高分辨率的时间间隔测量电路的一种电路原理图。现有高分辨率的时间间隔测量装置是基于恒流源对米勒积分器进行充电的原理，将时间间隔信息(△T脉冲宽度)转换为幅度信息间接进行测量。如图1所示，受控恒流源电流为IC，当输入△T正脉冲到来时，三极管Q2关闭，三极管Q1开启，恒流源对运算放大器U2和电容C形成的积分电路进行快速充电，电容C两端电压迅速发生变化，在运算放大器U2的输出端产生与充电时间(即脉冲宽度△T)成正比的电压信号△UC，经运算放大器U3进行增益和偏置(Offset)上的调节，最后输入到16bit的高分辨率ADC中，量化得到的电压数值N△T与脉冲宽度△T成正比关系。TAC电路的工作过程如图2所示，电容电压变化量与脉冲宽度成正比例线性关系。由于米勒积分器电路中电阻R3与电容C形成放电回路，为了保持电容C上电压，电阻R3应取值应较大，约为兆欧姆(106Ω)量级，使得RC回路放电时间较长。当输入脉冲(脉冲宽度△T)结束时候，快速开启采样脉冲，对电压波形进行采样，然后RC回路放电回复到初始电压。需要说明的是，这里RC回路放电时间系数较大，电容C稳定恢复到初始电压状态大概需要毫秒量级的时间，是制约测量速度的主要因素。基于米勒积分器原理的TAC时间间隔装置基本过程是在△T窄脉冲信号作用下对电容快速充电，然后通过RC电路缓慢放电，恢复到初始状态。虽然可以得到较高的时间精度，但其缺点是进行一次测量后，需要等待较长时间，以确保RC电路放电完成。在图1中，假设放电电阻R3＝10M欧姆，电容C＝100pF，则RC电路时间常数τ满足如下关系：τ＝RC＝10×106Ω×100×10-12F＝10-3s(1)显然，电路时间常数与电容两端电压无关，不论电容两端电压大小，要恢复到稳定状态的时间是一样的。对于RC电路真正达到稳定状态，往往需要的时间约5τ，即需要约5ms，这难以满足随机等效采样的波形重构效率要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路，实现在保证测量精度的前提下，大大缩短了时间间隔测量时间，以提高随机等效采样波形重构效率。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路，包括一充放电电容，其一端接地，另一端为充放电端，其特征在于，还包括：一由放电恒流源和充电恒流源组成的双恒流源，其中：放电恒流源输出端与充放电电容的充放电端连接，在时间间隔为△T的窄脉冲到来时，对充放电电容进行快速放电，使测量电路从初始准备测量阶段进入放电阶段，在时间间隔为△T的窄脉冲结束时，结束对充放电电容进行的快速放电，同时使测量装置进入ADC采样阶段，对充放电电容的电压值进行采样，从而获取与电压下降幅度成正比的时间间隔△T；充电恒流源输出端与充放电电容的充放电端连接，其具有两种工作状态；在开关控制信号的控制下，在初始准备测量阶段、放电阶段以及ADC采样阶段，选择产生微小电流输出到充放电电容；在采样完成后为快速充电恢复阶段，选择产生大电流输出到充放电电容，实现充放电电容上电压的快速恢复；充放电电容上电压恢复到初始电压后，重新进入初始准备测量阶段；一稳压电路以及一个二极管，二极管的阴极接稳压电路的输出端，二极管的阳极与充放电电容的充放电端连接，用于与充电恒流源配合，在初始准备测量阶段为充放电电容提供一个稳定的初始电压。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路，在时间-幅度转换(Time-to-amplitudeConverter，TAC)原理，即将时间信息转换为电压幅度信息，再被高分辨率ADC采集量化，得到时间间隔数值的基础上，采用放电恒流源和充电恒流源组成的双恒流源结构，放电恒流源在时间间隔为△T的窄脉冲到来时，对充放电电容进行快速放电，从而进入放电阶段(时间-幅度转换，即测量时间段)。窄脉冲结束后，进行充放电电容的电压值进行采样，获取与电压下降幅度成正比的时间间隔△T。在此基础上，通过充电恒流源对充放电电容进行充电，使其回到初始电压。在本专利技术中，充电恒流源具有两种工作状态，可以在开关控制信号的控制下，改变充电电流大小，即可以根据测量过程需要，在初始准备测量阶段、放电阶段以及ADC采样阶段，选择产生微小电流，在初始准备测量阶为充放电电容提供一个稳定的初始电压，在测量完成后，选择产生大电流充电，实现充放电电容上电压的快速恢复，大大提高了时间间隔测量的速度，从而进一步提高了随机等效采样波形重构效率。附图说明图1是现有高分辨率的时间间隔测量电路的一种电路原理图；图2是TAC电路工作过程示意图；图3是本专利技术基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路一种具体实施方式电路原理图；图4是本专利技术基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路工作过程示意图；图5是本专利技术基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路一种具体实施方式工作波形图；图6本专利技术基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路一种具体实施方式下时间间隔测量分布图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。在本实施例中，如图3所示，本专利技术基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路，包括：充放电电容C1、放电恒流源、充电恒流源以及稳压电路和二极管D1。充放电电容C1的一端接地，另一端为充放电端。放电恒流源和充电恒流源组成双恒流源结构，其中：放电恒流源输出端与充放电电容C1的充放电端连接，在时间间隔为△T的窄脉冲到来时，对充放电电容C1进行快速放电，使测量装置从初始准备测量阶段进入放电阶段，在时间间隔为△T的窄脉冲结束时，结束对充放电电容C1进行的快速放电，同时使测量装置进入ADC采样阶段，对充放电电容的电压值进行采样，从而获取与电压下降幅度成正比的时间间隔△T；充电恒流源输出端与充放电电容C1的充放电端连接，其具有两种工作状态；在开关控制信号S1的控制下，在初始准备测量阶段、放电阶段以及ADC采样阶段，选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路，包括一充放电电容，其一端接地，另一端为充放电端，其特征在于，还包括：一由放电恒流源和充电恒流源组成的双恒流源，其中：放电恒流源输出端与充放电电容的充放电端连接，在时间间隔为△T的窄脉冲到来时，对充放电电容进行快速放电，使测量装置从初始准备测量阶段进入放电阶段，在时间间隔为△T的窄脉冲结束时，结束对充放电电容进行的快速放电，同时使测量装置进入ADC采样阶段，对充放电电容的电压值进行采样，从而获取与电压下降幅度成正比的时间间隔△T；充电恒流源输出端与充放电电容的充放电端连接，其具有两种工作状态；在开关控制信号的控制下，在初始准备测量阶段、放电阶段以及ADC采样阶段，选择产生微小电流输出到充放电电容；在采样完成后为快速充电恢复阶段，选择产生大电流输出到充放电电容，实现充放电电容上电压的快速恢复；充放电电容上电压恢复到初始电压后，重新进入初始准备测量阶段；一稳压电路以及一个二极管，二极管的阴极接稳压电路的输出端，二极管的阳极与充放电电容的充放电端连接，用于与充电恒流源配合，在初始准备测量阶为充放电电容提供一个稳定的初始电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于双恒流源结构的高分辨率快速时间间隔测量电路，包括一充放电电容，其一端接地，另一端为充放电端，其特征在于，还包括：一由放电恒流源和充电恒流源组成的双恒流源，其中：放电恒流源输出端与充放电电容的充放电端连接，在时间间隔为△T的窄脉冲到来时，对充放电电容进行快速放电，使测量装置从初始准备测量阶段进入放电阶段，在时间间隔为△T的窄脉冲结束时，结束对充放电电容进行的快速放电，同时使测量装置进入ADC采样阶段，对充放电电容的电压值进行采样，从而获取与电压下降幅度成正比的时间间隔△T；充电恒流源输出端与充放电电容的充放电端连接，其具有两种工作状态；在开关控制信号的控制下，在初始准备测量阶段、放电阶段以及ADC采样阶段，选择产生微小电流输出到充放电电容；在采样完成后为快速充电恢复阶段，选择产生大电流输出到充放电电容，实现充放电电容上电压的快速恢复；充放电电容上电压恢复到初始电压后，重新进入初始准备测量阶段；一稳压电路以及一个二极管，二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱渡裕，谭峰，叶芃，曾浩，吴佳瑜，魏骐，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51