一种宽带调制域测量系统及其方法技术方案

本发明专利技术提出了一种宽带调制域测量系统，包括：信号同步单元、逻辑选择单元、第一抽头延迟线多路延时单元、第二抽头延迟线多路延时单元、第一数据缓冲单元、第二数据缓冲单元和处理单元；信号同步单元接收被测信号作为输入，输出信号与逻辑选择单元连接；逻辑选择单元接收信号同步单元的输出信号作为输入，输出信号与第一抽头延时线多路延时单元和第二抽头延时线多路延时单元连接；第一抽头延时线多路延时单元与第一数据缓冲单元连接；第二抽头延时线多路延时单元与第二数据缓冲单元连接；第一数据缓冲单元和第二数据缓冲单元的输出与处理单元连接。本发明专利技术测量系统的结构简单，大幅简化了电路和时序的设计难度和复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测试
，特别涉及一种宽带调制域测量系统，还涉及一种宽带调制域测量方法。
技术介绍
调制域、时域和频域并称为“三域”。时域分析是测量输入信号幅度随时间变化的关系；频域分析是测量输入信号幅度随频率变化的关系；而调制域分析是测量输入信号频率随时间变化的关系。随着通信技术的发展，捷变频、连续波调频、线性调频、脉冲调制、数字调制及组合调制技术得到了快速发展和应用，同时频段也得到了大幅扩展，对指标也提出了更高的要求。为满足新的需求，现代调制域分析要具备大带宽、高速高分辨力、无死区及短采样间隔等测量要求。由于调制域分析相比时域分析和频域分析有独到的优势，调制域分析在抗干扰通信、捷变频雷达、电子战系统中均得到了广泛应用，是军民电子系统研制、生产、维护等阶段必备的仪器。调制域分析通过对被测信号高速连续零空闲测量，以精确表征被测信号的瞬变特性，典型测量时序如图1所示，用被测信号对闸门信号同步，用同步闸门控制被测信号计数器，可以消除±1个被测信号事件误差。用更高频率的标准时基信号对闸门时间进行测量，相对于传统的计数器可以得到更高的频率分辨率。由于标准时基信号与同步闸门不同步，因此仍然存在±1个标准时基误差。为了提高测量分辨率，还需要对标准时基与闸门前沿和闸门后沿的误差进行精密时间内插测量，测量结果计算如下：f1＝N1/(T1+ΔT1-ΔT2)(1)其中：f1是频率测量值；N1是被测信号计数值；T1根据时基计数值计算得到；ΔT1和ΔT2是精密内插测量值。调制域测量采用的典型系统如图2所示，闸门生成单元首先产生原始闸门G0，原始闸门与被测信号同步后产生同步闸门信号Gs，Gs作为两组事件计数器和时间计数器的使能信号，Gs为高电平时，控制事件计数单元1和时间计数单元1对被测信号和时基信号进行计数，Gs为低电平时，控制事件计数单元2和时间计数单元2对被测信号和时基信号进行计数。同时同步闸门信号与时基信号经闸门逻辑控制单元产生同步闸门前沿误差脉冲E1和后沿误差脉冲E2，这两个误差脉冲送入模拟内插单元的充放电电路，线性的将误差脉冲扩展成相对大的脉冲，经扩展处理后完成误差补偿和计数，可有效提高时间或频率分辨率。将误差脉冲展宽的办法是：在误差脉冲为高期间对一个电容以恒定电流充电；然后以慢N倍(例如N＝1000)的速度放电，则电容放电到起始状态下的时间是误差脉冲宽度的N倍，在电容充电时刻和电容放电到起始状态的时刻通过整形电路可以得到放大后的脉冲信号，然后再用标准时钟对其进行测量计数得到扩展后的脉冲宽度。另一种误差脉冲扩展的办法是：将误差脉冲按照需要的比例转换成斜坡电压，在误差脉冲的起始时刻和终止时刻，用A/D对电压进行采样，通过测量的电压值和电压转换比例计算得到扩展后的修正值。最后对事件计数值、时间计数值和前后内插修正值按照公式(1)统一计算后，得到最终的被测信号频率。上述测量系统中，模拟内插单元的误差脉冲充放电电路是关键部分，它直接决定了整个系统的测量精度和测量速度。时基信号与同步闸门信号之间的相位差是所要测量的误差脉冲信号，误差脉冲E1和E2的范围是0到一个时基信号周期，直接用它来充电就有可能出现脉冲极窄的情况，从而导致模拟内插失效或导致误差很大的情况，因此一般要对误差脉冲进行展宽处理，展宽后将误差脉冲线性的转化为相对大的脉冲或相对大的电压，然后再进行后续处理，误差脉冲充放电电路一般采用电流源和桥式二极管充放电电路来实现。上述测量系统的主要局限性在于，为了避免窄误差脉冲导致模拟内插失效或导致误差很大的情况，要求误差脉冲宽度不能太小，需要对误差脉冲宽度进行扩展；为了达到较高的精度，要求对误差脉冲要进行较大倍数的扩展。误差脉冲宽度和较大倍数扩展的综合效应使得内插扩展总时间同比例扩展。当用比较电路对误差脉冲进行扩展时，扩展脉冲就会较宽，使得内插扩展的时间较长；当用AD转换器采样方式扩展时，为了充分利用AD转换器的有效范围，要求充放电有效电压范围要较宽，也使得内插扩展的时间较长。同时每次测量完后还要给模拟内插单元预留一定的复位时间，因此这两种方式最终都会使连续测量的采样间隔最小值受到限制。由于模拟电路对工作温度敏感性较高，因此模拟内插法稳定性较差。同时由于电路本身存在一定的漏电流，导致电容充电输出电压存在一定的非线性，对测量精度也有较大的影响，若要达到较高分辨力，需要对电压非线性进行精确校准。另外由于模拟电路固有的充放电时间限制，决定了模拟内插法的单次测量的时间间隔不能太小，这在高速短采样间隔测量领域，应用受到很大局限。为了达到高分辨力要求，在对误差脉冲进行测量时，采用游标法进行测量。游标法利用游标卡尺的原理测量闸门边沿与标准计数时钟上升沿之间的差值，通常设计一对游标时钟，在计数闸门开启和关闭时，启动游标计数器，游标时钟不断跟踪标准计数时钟，当游标时钟边沿与标准计数时钟上升沿重合时，关闭游标计数器。测量误差与标准计数时钟周期和游标时钟周期的差值成正比，标准计数时钟和游标时钟的差值越小，分辨力越高。游标跟踪时间与计数时钟周期和游标时钟周期的差值成反比，计数时钟和游标时钟的差值越小，游标跟踪时间越长。为达到较高的分辨力并尽量减小测量时间，需要使用尽可能高的标准时钟频率和游标时钟频率，且需要复杂的高分辨力频率控制技术产生标准计数时钟和游标时钟，并严格控制所有时钟的频率和相位，并达到非常高的精度和稳定度，电路复杂，实现难度大。同时当计数闸门边沿与计数时钟上升沿之间的间隔较小时，受器件本身响应时间的限制，游标计数器的启动和关闭会存在一定的死区区间，使最小跟踪时间受到一定限制。在图2所示测量系统的基础上，随着可编程逻辑器件的发展，发展出图3所示的实现方案。闸门生成单元首先产生原始闸门G0，原始闸门与被测信号同步后产生同步闸门信号Gs，Gs作为两组事件计数单元和时间计数单元的使能信号，Gs为高电平时，高速事件计数单元1、低速事件计数单元1、高速时间计数单元1和低速时间计数单元1工作，Gs为低电平时，高速事件计数单元2、低速事件计数单元2、高速时间计数单元2和低速时间计数单元2工作。这两组计数单元通过闸门同步单元产生的闸门同步信号Gs控制，一组计数单元工作时，另外一组执行参数缓冲处理、同步及复位操作。同时同步闸门信号与时基信号经闸门逻辑控制单元产生同步闸门前沿误差脉冲E1和后沿误差脉冲E2，这两个误差脉冲送入数字内插处理单元，线性的将误差脉冲扩展成相对大的脉冲，经扩展处理后完成误差补偿和计数，可有效提高时间或频率分辨率。当所有事件计数单元和时间计数单元均由专用芯片实现，如果要满足长时间测量要求，就要实现高位宽计数，这要由多片专用计数芯片级联实现，印制板设计复杂，实现成本高。当所有事件计数器和时间计数器均由可编程器件实现时，优点是可以大幅提高集成度和设计的灵活性，并降低成本，但受限于逻辑芯片本身的速度限制，很难达到大带宽的测量要求。在图3所示的实现方案中，高速事件计数单元和高速时间计数单元由专用高速计数芯片构成，低速事件计数单元和低速时间计数单元在可编程逻辑芯片内部实现，它接收高速事件计数单元的最高位输出作为输入，负责对该输入最高位进行计数。图3所示的实现方案充分利用了专用芯片速度快、性能高、带宽大，可编程逻辑器件编程方便、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带调制域测量系统，其特征在于，包括：信号同步单元、逻辑选择单元、第一抽头延迟线多路延时单元、第二抽头延迟线多路延时单元、第一数据缓冲单元、第二数据缓冲单元和处理单元；信号同步单元接收被测信号作为输入，输出信号与逻辑选择单元连接；逻辑选择单元接收信号同步单元的输出信号作为输入，输出信号与第一抽头延时线多路延时单元和第二抽头延时线多路延时单元连接；第一抽头延时线多路延时单元与第一数据缓冲单元连接；第二抽头延时线多路延时单元与第二数据缓冲单元连接；第一数据缓冲单元和第二数据缓冲单元的输出与处理单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种宽带调制域测量系统，其特征在于，包括：信号同步单元、逻辑选择单元、第一抽头延迟线多路延时单元、第二抽头延迟线多路延时单元、第一数据缓冲单元、第二数据缓冲单元和处理单元；信号同步单元接收被测信号作为输入，输出信号与逻辑选择单元连接；逻辑选择单元接收信号同步单元的输出信号作为输入，输出信号与第一抽头延时线多路延时单元和第二抽头延时线多路延时单元连接；第一抽头延时线多路延时单元与第一数据缓冲单元连接；第二抽头延时线多路延时单元与第二数据缓冲单元连接；第一数据缓冲单元和第二数据缓冲单元的输出与处理单元连接。2.如权利要求1所述的宽带调制域测量系统，其特征在于，所述信号同步单元由可编程逻辑芯片实现，启动测量时，由被测信号上升沿同步生成时序控制信号送给逻辑选择单元；根据测量分辨率的需要，选择每间隔M个信号周期，输出一个同步信号，M≥1。3.如权利要求1所述的宽带调制域测量系统，其特征在于，所述逻辑选择单元接收信号同步单元的输出信号，经逻辑选择和控制，送给第一抽头延时线多路延时单元和第二抽头延时线多路延时单元；在首次启动测量时，第一抽头延时线多路延时单元的START和STOP1信号使用逻辑选择单元生成的START和STOP1；第一抽头延时线多路延时单元完成1次测量后，第二次启动测量时，使用STOP2N-2和STOP2N-1作为START和STOP1；第三次启动测量时，使用STOP3N-4和STOP3N-3作为START和STOP1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜念文，朱伟，刘强，白轶荣，丁建岽，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37