一种高精度脉冲时间间隔测量方法及电路技术

本发明专利技术属于电子测量技术领域，具体涉及一种脉冲信号的时间间隔测量方法及电路。本发明专利技术利用限幅电路对两路脉冲信号限幅，由高频集成鉴相鉴频器比相得到相位差脉冲，经过电平转换后，由DSP判断、测算及误差校正，得到两路脉冲信号的时间间隔值送去显示。综合利用高速鉴相技术和DSP的快速运算与处理，实现对较宽频率范围内两路同频率输入脉冲信号时间间隔参数的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度脉冲时间间隔测量方法及电路
本专利技术涉及电子测量
的脉冲时间间隔测量技术，具体涉及一种高精度脉冲时间间隔测量方法及电路。
技术介绍
脉冲时间间隔测量技术在现代通信、定位定时、航天测控、数字示波器等领域有着广泛的应用。时间间隔测量技术由来已久，大致可分为模拟方法和数字方法两大类，主要有时间-幅度转换法、时间间隔扩展法、游标法等。传统的模拟方法离不开模数转换的过程，容易受外界干扰的影响，测量精度不可能很高；而数字方法不需要模数转换，测量精度高，但需要大规模集成电路专用集成电路的支撑，工艺复杂、生产成本高。
技术实现思路
为了克服上述技术问题的缺点，本专利技术提供了一种基于集成鉴相鉴频器的电路简单、测量准确的高精度脉冲时间间隔测量方法及电路。本专利技术的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a.选取一个PECL集成鉴相鉴频器，设其两个脉冲输入端分别为R、V；b.将两路待测输入脉冲中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测输入脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路后，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端V；c.所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端U连接到第一电平转换电路的输入端，第一电平转换电路的输出Vo1接到数字信号处理器DSP的一个GPIO引脚A；所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端连接到第二电平转换电路的输入端，第二电平转换电路的输出Vo2接到数字信号处理器DSP的另外一个GPIO引脚B；d.所述DSP根据Vo1和Vo2送来的信号性质是正向脉冲还是固定电平，定性判断出两路待测脉冲信号的相位关系，并对Vo1或Vo2送来的正向脉冲信号进行定量测算，得到两个输入脉冲信号的时间间隔初测值t1秒；e.输入两路已知频率为1kHz、相位差是π的标准方波信号，按照所述步骤a～d的方法，测得两路标准脉冲信号的时间间隔值t0秒；所述DSP按下述公式计算出每秒时间间隔的测量误差值：Δt＝2t0×103-1；f.所述DSP按下述公式对t1进行误差修正：得到两路待测脉冲的准确时间间隔值t秒，并将测算的时间间隔结果输出到显示器显示。本专利技术的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于：所述第一耦合与限幅电路和第二耦合与限幅电路完全相同；所述第一电平转换电路和第二电平转换电路完全相同。在集成鉴相鉴频器输入端设置两个结构与参数完全相同的限幅电路，目的是保证集成鉴相鉴频器的输入脉冲幅度符合PECL电平要求，同时确保集成鉴相鉴频器能准确比较两路输入脉冲信号的不同相位。两路待测脉冲信号的相位关系可能是同相，也可能是输入1超前输入2，或者输入1滞后输入2。PECL集成鉴相鉴频器两个脉冲输入端R和V的相位关系直接反映两路待测脉冲信号的相位关系，PECL集成鉴相鉴频器的输出状态取决于两个脉冲输入端R和V的相位关系，如果R端输入脉冲超前于V端输入脉冲，则PECL集成鉴相鉴频器的U端输出PECL逻辑正脉冲、端输出PECL逻辑高电平；如果V端输入脉冲超前于R端输入脉冲，则PECL集成鉴相鉴频器的端输出PECL逻辑正脉冲、U端输出PECL逻辑低电平；如果R端输入脉冲与V端输入脉冲同相位，则PECL集成鉴相鉴频器的U端输出PECL逻辑低电平、端输出PECL逻辑高电平。U端或端输出的PECL逻辑正脉冲即是鉴相脉冲，其脉冲宽度与两路输入脉冲信号的时间间隔相等。两个电平转换器的作用是将PECL逻辑电平转换成TTL/CMOS逻辑电平，将PECL集成鉴相鉴频器输出的PECL逻辑脉冲信号和高、低电平转换成DSP可以直接识别的TTL/CMOS逻辑脉冲信号或高、低电平。输入到DSP两个GPIO引脚A、B的信号Vo1、Vo2共有三种情况：(1)Vo1为正向脉冲、Vo2为高电平；(2)Vo2为正向脉冲、Vo1为低电平；(3)Vo1为低电平、Vo2为高电平。这三种情况分别与两路待测输入脉冲信号的以下相位关系相对应：(1)输入1超前输入2；(2)输入2超前输入1；(3)输入1与输入2同相。DSP首先根据两个GPIO引脚A、B中某一个引脚的输入固定电平来判断哪一路待测输入脉冲相位超前，然后利用定时器测量另外一个GPIO引脚输入的TTL/CMOS鉴相脉冲，在鉴相脉冲上升沿来到时，将定时器打开；在紧随其后的鉴相脉冲下降沿来到时关闭定时器，读取并保存定时器的值t1；t1秒就是两路待测脉冲信号的时间间隔初测值。用函数信号发生器产生两路频率为1kHz、相位差是π(即脉冲时间间隔为0.5ms)的标准方波信号作为待测信号输入，按照前述方法，可以测得两路标准脉冲信号的时间间隔值t0秒。则每秒时间间隔对应的测量误差值如公式(1)所示：Δt＝2t0×103-1(1)两路待测脉冲的准确时间间隔值t就可以用公式(2)进行误差修正：DSP通过公式(1)、公式(2)，计算得到两路待测脉冲的准确时间间隔值t秒。为保证测量精度，测量过程可进行n次，最终的结果取n次测量的平均值。相应地，为了克服上述技术问题的缺点，本专利技术提供了一种电路简单、测量准确的高精度脉冲时间间隔测量电路。本专利技术的高精度脉冲时间间隔测量电路，包括：输入1端子，输入2端子，第一耦合与限幅电路，第二耦合与限幅电路，PECL集成鉴相鉴频器，第一电平转换电路，第二电平转换电路，数字信号处理器DSP，显示器；其特征在于：两路待测输入脉冲信号中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路后，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测输入脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路后，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端V；所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端U连接到第一电平转换电路的输入端，第一电平转换电路的输出Vo1接到DSP的一个GPIO引脚A；所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端连接到第二电平转换电路的输入端，第二电平转换电路的输出Vo2接到DSP的另外一个GPIO引脚B；所述DSP根据Vo1和Vo2送来的信号性质是正向脉冲还是固定电平，定性判断出两路待测脉冲信号的相位关系，并对Vo1或Vo2送来的正向脉冲信号进行定量测算，得到两个输入脉冲信号的时间间隔初测值t1秒；然后对两路已知频率为1kHz、相位差是π的标准方波信号进行测量，得到每秒时间间隔的测量误差值，由所述DSP根据每秒时间间隔的测量误差值进行误差修正，得到两路待测脉冲的准确时间间隔值t秒，并将测算的时间间隔结果输出到显示器显示。本专利技术的高精度脉冲时间间隔测量电路，其特征在于：所述第一耦合与限幅电路和第二耦合与限幅电路完全相同；所述第一电平转换电路和第二电平转换电路完全相同。本专利技术的有益效果是：提出一种新型的脉冲时间间隔测量方法，通过限幅电路作用，利用PECL集成鉴频鉴相器的鉴相功能，经由电平转换电路，由DSP初测和误差校正，完成对两路同频率脉冲信号的时间间隔测量，测量精度高，可测信号频率高，电路较为简单。附图说明图1为本专利技术的原理框图；图2为本专利技术的部分电路图，含第一耦合与限幅电路、第二耦合与限幅电路、PECL集成鉴相鉴频器MC12040、第一电平转换电路、第二电平转换电路；图3是本专利技术的鉴相鉴频器工作波形图。图2中：1第一耦合与限幅电路，2第二耦合与限幅电路，3第一电平转换电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a.选取一个PECL集成鉴相鉴频器，设其两个脉冲输入端分别为R、V；b.将两路待测输入脉冲中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测输入脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路后，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端V；c.所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端U连接到第一电平转换电路的输入端，第一电平转换电路的输出Vo1接到数字信号处理器DSP的一个GPIO引脚A；所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端

【技术特征摘要】
1.一种高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a.选取一个PECL集成鉴相鉴频器，设其两个脉冲输入端分别为R、V；b.将两路待测输入脉冲中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测输入脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路后，输入到PECL集成鉴相鉴频器的输入端V；c.所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端U连接到第一电平转换电路的输入端，第一电平转换电路的输出Vo1接到数字信号处理器DSP的一个GPIO引脚A；所述PECL集成鉴相鉴频器的输出端连接到第二电平转换电路的输入端，第二电平转换电路的输出Vo2接到数字信号处理器DSP的另外一个GPIO引脚B；d.所述DSP根据Vo1和Vo2送来的信号性质是正向脉冲还是固定电平，定性判断出两路待测脉冲信号的相位关系，并对Vo1或Vo2送来的正向脉冲信号进行定量测算，得到两个输入脉冲信号的时间间隔初测值t1秒；e.输入两路已知频率为1kHz、相位差是π的标准方波信号，按照所述步骤a～d的方法，测得两路标准脉冲信号的时间间隔值t0秒；所述DSP按下述公式计算出每秒时间间隔的测量误差值：Δt＝2t0×103-1；f.所述DSP按下述公式对t1进行误差修正：得到两路待测脉冲的准确时间间隔值t秒，并将测算的时间间隔结果输出到显示器显示。2.根据权利要求1所述的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于：所述第一耦合与限幅电路和第二耦合与限幅电路完全相同；所述第一电平转换电...

【专利技术属性】
技术研发人员：司朝良，张广渊，饶中洋，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东,37