一种基于时钟移相的全数字频率测量系统技术方案

一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，包括参考时钟模块、计数器模块、触发器模块、时分复用模块、寄存器模块、状态解码模块以及计算模块。参考时钟模块提供多路频率相同，但存在相位差的高频时钟信号，计数器模块对输入信号和一路高频时钟信号进行脉冲值计数。触发器模块、时分复用模块以及寄存器模块，用于锁定、存储在对输入信号进行计数的起始时刻、结束时刻时各路高频时钟的状态向量。状态解码模块对多路高频时钟的状态向量解码，再通过计算模块得到输入信号频率测量值。本发明专利技术避免了传统频率测量单纯追求提高时钟频率，来提高频率分辨率的技术方案，将提高时钟频率转换为存在相位差的多路时钟，实现时钟细分，提高频率测量分辨率。

A full digital frequency measurement system based on clock phase shift

A full digital frequency measurement system based on clock phase shift, including reference clock module, counter module, trigger module, time division multiplexing module, register module, state decoding module and calculation module. The reference clock module provides a high frequency clock signal with the same frequency but phase difference. The counter module counts the input signal and the one high frequency clock signal. The trigger module, time division multiplex module and register module are used for locking and storing the state vectors of each high-frequency clock when the input signal is counted at the starting time and the end time. The state decoding module decodes the state vectors of the multi-channel high-frequency clock, and then obtains the input signal frequency measurement value through the calculation module. The invention avoids the traditional frequency measurement is simply the pursuit of increasing clock frequency, to improve the technical scheme of frequency resolution, will increase the clock frequency conversion for the existence of multiple clock phase, realize clock segmentation, improve the measurement resolution.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及频率测量
，具体涉及一种基于时钟移相的全数字频率测量，在不提高参考时钟频率，不延长测试时间的前提下，能提高频率测量分辨率，适用于谐振类传感器高精度频率测量需求。
技术介绍
振梁加速度计、谐振式压力表等谐振类传感器具有高分辨率、直接频率脉冲输出、易于和后续数字处理系统直接匹配的突出优点，为了保证传感器的输出分辨率，需要高分辨率的全数字频率测量方法。现有频率测量技术中主要有多周期同步法和模拟内插法实现高分辨率的频率测量。多周期同步法的频率测量分辨率与参考时钟频率、测试时间等密切相关，提高参考时钟频率，延长测试时间能够提高频率测量分辨率，但参考时钟频率达到1GHz就很难提高，测试时间的延长会降低频率采样率，牺牲系统带宽。模拟内插法主要采用内插器来有效降低±1个字计数模糊度，从而提高精度和分辨率。但内插器一般采用电容充放电的方法来实现，需要采用模数混合电路，电路结构复杂，较多应用于对体积、功耗要求不高的专用频率计数设备中。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，在不提高参考时钟频率，不延长测试时间的前提下，能提高频率测量分辨率，适用于谐振类传感器高精度频率测量需求。本专利技术采用的技术方案为：一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，包括参考时钟模块、计数器模块、触发器模块、时分复用模块、寄存器模块、状态解码模块以及计算模块；参考时钟模块提供多路高频时钟给触发器模块，同时，参考时钟模块还提供一路高频时钟给计数器模块；计数器模块包含两个多位计数器，其中一个计数器对输入信号Cin进行脉冲值计数，计数的开始时刻和结束时刻与输入信号Cin触发同步，计数值为M，另一个计数器对其中一路高频参考时钟进行脉冲值计数，计数值为N；两个计数器的计数结果M和N均输出给计算模块；输入信号Cin和高频时钟信号进入触发器模块，触发器模块用于锁定在对输入信号Cin进行计数的起始时刻、结束时刻时各路高频时钟的状态；触发器模块将所述各路高频时钟的状态值输出给时分复用模块，时分复用模块将计数起始时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第一寄存器，将计数结束时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第二寄存器；第一寄存器和第二寄存器的输出接入状态解码模块，完成各路高频时钟状态向量的解码，并将所述解码结果送入计算模块；计算模块根据接收到的脉冲计数值和状态向量解码结果进行数据运算，得到输入信号Cin的频率测量值，从而完成基于时钟移相的全数字频率测量。所述参考时钟模块中包括多个参考时钟Cb1、Cb2、…Cbn-1、Cbn，每个参考时钟的频率相同，且相邻两个参考时钟之间的相位差为180°/n，n为参考时钟的数量。起始时刻高频时钟的状态向量为P：[P1P2…Pn-1Pn]，结束时刻高频时钟的状态向量为Q：[Q1Q2…Qn-1Qn]。所述状态解码模块完成各路高频时钟状态向量的解码，具体通过下表进行：所述计算模块根据接收到的脉冲计数值和状态向量解码结果进行数据运算，得到输入信号Cin的频率测量值得到输入信号频率值，具体为：其中，fin为输入信号Cin频率值，fb为参考时钟频率值，ΔN1、ΔN2为n路参考时钟的状态向量P、Q的状态解码值。所述参考时钟模块提供一路高频时钟给计数器模块，具体为：提供参考时钟Cb1给计数器模块。本专利技术的显著优点：(1)本专利技术的基于时钟移相的全数字频率测量系统，能够在不增加时钟频率的基础上，提高频率测量分辨率。与多周期同步法相比，避免了单纯追求提高时钟频率，来提高频率分辨率的技术方案，将提高时钟频率转换为存在相位差的多路时钟，提高频率测量分辨率。(2)本专利技术的基于时钟移相的全数字频率测量系统，在不增加测量时间的基础上，能提高频率测量分辨率。(3)本专利技术的基于时钟移相的全数字频率测量系统，避免采用电容充放电来实现模拟内插，算法简单，可实现全数字频率测量。附图说明图1为本专利技术基于时钟移相的全数字频率测量系统原理图。图2表示基于时钟移相的频率测量工作波形图。图3表示实施例-四路时钟移相45°频率测量电路工作波形图。图4表示传统频率测量电路工作波形图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提出了一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，包括参考时钟模块、计数器模块、触发器模块、时分复用模块、寄存器模块、状态解码模块以及计算模块；参考时钟模块提供多路高频时钟给触发器模块，同时，参考时钟模块还提供一路高频时钟给计数器模块；计数器模块包含两个多位计数器，其中一个计数器对输入信号Cin进行脉冲值计数，计数的开始时刻和结束时刻与输入信号Cin触发同步，计数值为M，另一个计数器对其中一路高频参考时钟进行脉冲值计数，计数值为N；两个计数器的计数结果M和N均输出给计算模块；输入信号Cin和高频时钟信号进入触发器模块，触发器模块用于锁定在对输入信号Cin进行计数的起始时刻、结束时刻时各路高频时钟的状态；触发器模块将所述各路高频时钟的状态值输出给时分复用模块，时分复用模块将计数起始时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第一寄存器，将计数结束时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第二寄存器；第一寄存器和第二寄存器的输出接入状态解码模块，完成各路高频时钟状态向量的解码，并将所述解码结果送入计算模块；计算模块根据接收到的脉冲计数值和状态向量解码结果进行数据运算，得到输入信号Cin的频率测量值，从而完成基于时钟移相的全数字频率测量。本专利技术各组成部分的波形示意图如图2所示，频率测试的实际闸门由输入信号Cin和测试闸门共同形成，使得实际闸门和输入信号Cin完全触发同步，避免了输入信号脉冲计数的±1个计数误差。这样的处理方法对于输入信号Cin相比参考时钟为低频信号是有效的，因为输入信号Cin为低频信号(十几KHz～几百KHz)时，其出现的±1个计数误差要远大于参考时钟(几十MHz～几百MHz)的±1个计数误差。图2中参考时钟模块中包括多个参考时钟Cb1、Cb2、…Cbn-1、Cbn，每个参考时钟的频率相同，且相邻两个参考时钟之间的相位差为180°/n，n为参考时钟的数量。其中参考时钟模块提供参考时钟Cb1给计数器模块用于脉冲计数。图2中在实际闸门的起始时刻n个高频时钟的状态向量为P：[P1P2…Pn-1Pn]，实际闸门的结束时刻n个高频时钟的状态向量为Q：[Q1Q2…Qn-1Qn]。所述状态解码模块完成各路高频时钟状态向量的解码，具体通过下表进行：计算模块根据接收到的脉冲计数值和状态向量解码结果进行数据运算，得到输入信号Cin的频率测量值得到输入信号频率值，具体为：其中，fin为输入信号Cin频率值，fb为参考时钟频率值，ΔN1、ΔN2为n路参考时钟的状态向量P、Q的状态解码值。实施例：图3表示实施例的工作波形图。参考时钟模块提供四路频率相同，但存在相位差的高频时钟Cb1、Cb2、Cb3、Cb4。各路参考时钟同相位差，值为45°。参考时钟频率设为fb。计数器模块包含两个多位计数器，其中一个计数器对输入信号进行脉冲值计数，计数的开始时刻和结束时刻与输入信号触发同步，避免输入信号脉冲个数的±1个计数误差，设计数器值为M。另一个计数器对高频时钟Cb1进行脉冲值计数，设计数器值为N。触发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，其特征在于：包括参考时钟模块、计数器模块、触发器模块、时分复用模块、寄存器模块、状态解码模块以及计算模块；参考时钟模块提供多路高频时钟给触发器模块，同时，参考时钟模块还提供一路高频时钟给计数器模块；计数器模块包含两个多位计数器，其中一个计数器对输入信号Cin进行脉冲值计数，计数的开始时刻和结束时刻与输入信号Cin触发同步，计数值为M，另一个计数器对其中一路高频参考时钟进行脉冲值计数，计数值为N；两个计数器的计数结果M和N均输出给计算模块；输入信号Cin和高频时钟信号进入触发器模块，触发器模块用于锁定在对输入信号Cin进行计数的起始时刻、结束时刻时各路高频时钟的状态；触发器模块将所述各路高频时钟的状态值输出给时分复用模块，时分复用模块将计数起始时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第一寄存器，将计数结束时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第二寄存器；第一寄存器和第二寄存器的输出接入状态解码模块，完成各路高频时钟状态向量的解码，并将所述解码结果送入计算模块；计算模块根据接收到的脉冲计数值和状态向量解码结果进行数据运算，得到输入信号Cin的频率测量值，从而完成基于时钟移相的全数字频率测量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，其特征在于：包括参考时钟模块、计数器模块、触发器模块、时分复用模块、寄存器模块、状态解码模块以及计算模块；参考时钟模块提供多路高频时钟给触发器模块，同时，参考时钟模块还提供一路高频时钟给计数器模块；计数器模块包含两个多位计数器，其中一个计数器对输入信号Cin进行脉冲值计数，计数的开始时刻和结束时刻与输入信号Cin触发同步，计数值为M，另一个计数器对其中一路高频参考时钟进行脉冲值计数，计数值为N；两个计数器的计数结果M和N均输出给计算模块；输入信号Cin和高频时钟信号进入触发器模块，触发器模块用于锁定在对输入信号Cin进行计数的起始时刻、结束时刻时各路高频时钟的状态；触发器模块将所述各路高频时钟的状态值输出给时分复用模块，时分复用模块将计数起始时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第一寄存器，将计数结束时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第二寄存器；第一寄存器和第二寄存器的输出接入状态解码模块，完成各路高频时钟状态向量的解码，并将所述解码结果送入计算模块；计算模块根据接收到的脉冲计数值和状态向量解码结果进行数据运算，得到输入信号Cin的频率测量值，从而完成基于时钟移相的全数字频率测量。2.根据权利要求1所述的一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，其特征在于：所述参考时钟模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕小伟，李兆涵，马日红，马跃飞，邢朝洋，庄海涵，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11