精确时间测量的方法及测量电路技术

本发明专利技术公开了一种精确时间测量的方法及测量电路，其步骤为：①、接入外部基准１ＰＰＳ脉冲信号、待测事件信号和１０ＭＨｚ频率标准信号，提取基准１ＰＰＳ脉冲上升沿后的参考时钟的第一个脉冲作为测量脉冲Ａ，提取待测事件脉冲上升沿后的参考时钟的第一个脉冲作为测量脉冲Ｂ；②、通过计算得到测量脉冲Ａ和测量脉冲Ｂ的时间间隔作为待测事件的粗差时间Ｔ↓［０］；③、通过延迟线法分别得到测量脉冲Ａ与１０ＭＨｚ频率标准信号的时间间隔Ｔ↓［１］和测量脉冲Ｂ与１０ＭＨｚ频率标准信号的时间间隔Ｔ↓［２］；④、待测事件发生的精确时刻ｔ↓［ｅ］由公式ｔ↓［ｅ］＝ｔ↓［１ＰＰＳ］＋Ｔ↓［０］＋Ｔ↓［１］－Ｔ↓［２］得到，其中ｔ↓［１ＰＰＳ］为基准１ＰＰＳ的时间码。本发明专利技术基于延迟线技术，能够外接时间频率基准，实现多节点在统一的时间频率基准下对事件发生时刻进行精确测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到广域测控技术的应用领域，特指一种广域测控应用中对事件发生 时刻进行精确测量的精确时间测量的方法及测量电路。
技术介绍
分布式广域测控技术飞速发展与广泛应用，为实现不同节点对同一对象的同步测试 等应用，节点之间不仅需要建统一的时间，而且需要在不同节点同一对象产生事件的时 刻进行精确的测量。对事件发生时刻进行精确测量的核心工作是时间间隔的精确测量， 即时间发生时刻相对某一精确参考时刻的时间间隔。传统的计数器方法对事件发生时刻 进行测量的方法由于受电路工作时钟频率的限制，很难达到较高的测量精度。例如，当 要求lns的测量精度时，时钟频率需要提高到lGHz，此时一般的计数器芯片很难正常工 作，同时也会带来电路板的布线、材料选择以及加工等诸多问题。延迟线内插法是实现 高精度时间间隔测量的有效方法之一，该方法的基本原理是对传统计数器方法中存在的 由于量化时钟引入原理误差进行二次测量，从而达到较高的时间间隔测量精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种基于 延迟线技术、能够外接时间频率基准、实现多节点在统一的时间频率基准下对事件发生 时刻进行精确测量的精确时间测量的方法及测量电路，从而克服了传统计数器方式进行 事件发生时刻测量中存在的测量精度受限的缺点，满足了分布式测控系统中精确测量事 件发生时刻的应用需求。为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为 一种精确时间测量的方法，其特 征在于步骤为① 、接入外部基准1PPS脉冲信号、待测事件信号和IOMHZ频率标准信号，提取基 准1PPS脉冲上升沿后的参考时钟的第一个脉冲作为测量脉冲A，提取待测事件脉冲上升 沿后的参考时钟的第一个脉冲作为测量脉冲B;② 、通过计算得到测量脉冲A和测量脉冲B的时间间隔作为待测事件的粗差时间To;③ 、通过延迟线法分别得到测量脉冲A与10MHz频率标准信号的时间间隔T!和测量脉冲B与10MHz频率标准信号的时间间隔T2; 、待测事件发生的精确时刻te由下式(l)得到te"脂+ To + T广T2 (1)其中t^M为基准1PPS的时间码。所述步骤③中延迟线法采用带延迟线自校的时间间隔测量法，其步骤为① 、启动脉冲到达，通过第一脉冲选择单元接入延迟线进行延迟；② 、停止脉冲到达，通过第二脉冲选择单元控制D触发器锁存延迟线状态，同时停 止脉冲触发计算处理单元的读取中断；③ 、通过编码处理单元检测并记录D触发器锁存的启动脉冲上升沿到达的延迟单元 的位置，即启动脉冲经过的延迟单元的数量，形成编码数据； 、通过计算处理单元的读取中断程序通过数据总线接口从编码处理单元读取编码 数据，并存入测量间隔寄存器中；◎、通过计算处理单元启动延迟线自校过程，S卩自校复位+自校使能，控制自校 脉冲产生单元产生延迟线自校所需的标准间隔的启动脉冲和停止脉冲，此时由于自校使 能=1，接入延迟线的是自校脉冲产生单元产生的启动脉冲和停止脉冲；⑥ 、通过计算处理单元等待读取中断，然后中断程序通过数据总线接口从编码处理 单元读取编码数据，并存入自校间隔寄存器中；⑦ 、通过计算处理单元控制停止自校，置自校使能=0，同时对256个D触发器进行 复位；◎、计算处理单元根据测量间隔寄存器和自校间隔寄存器中的数值，计算精确的时 间间隔值Ti和T2并输出。在步骤②中，粗差时间To通过计数器得到，当测量脉冲A对计数器进行清零后，以 lOMHz即周期化=1*10—7秒的工作时钟开始计数，测量脉冲B到达时，停止计数并将计 数值Acnt输出，待测事件的粗差时间值通过下式(2)得到T0 = (Acnt+l)*Tc (2)。一种精确时间测量的电路，其特征在于它包括测量脉冲提取模块A和测量脉冲提取模块B，均由D触发器、与门和反相器组成， 外部通过信号线接入参照脉冲和参考时钟，向外通过信号线输出测量脉冲，内部通过信 号线实现互连，用于完成对参照脉冲上升沿后的参考时钟的第一个脉冲的提取；粗差测量模块，由粗差计数器单元和粗差计算单元组成，两单元之间通过数据总线实现互连，用于完成由测量脉冲提取模块A和测量脉冲提取模块B输入的测量脉冲的时 间间隔的计数测量；精密测量模块A和精密测量模块B，均由计算处理单元、自校脉冲产生单元、第一 脉冲选择单元、第二脉冲选择单元、串接的256个延迟单元、串接的256个D触发器和 编码处理单元组成，各单元间通过数据总线接口和信号线连接，完成启动脉冲和停止脉 冲时间间隔的精确测量；该模块通过信号线和数据总线接口从外部接入启动脉冲、停止 脉冲、10MHz频率标准和自校设置参数，通过数据总线接口向外输出精确时间间隔测量 值；时标处理模块，通过数据总线接口接收基准1PPS的时间码t;，、粗差测量模块的粗 差时间值To、精密测量模块A的时差l值以及精密测量模块B的时差T2值，放到内部 存储器中，由此得到完成事件发生的精确时刻te,通过数据总线接口输出给应用对象。所述自校脉冲产生单元为一个逻辑电路，由延迟线、D触发器l、 D触发器2和与门 组成，延迟线由IO个延迟单元串接而成，各电路单元之间通过信号线连接，并通过信号 线从外部接收参考时钟、自校复位和自校使能信号，提取出的启动脉冲和停止脉冲经由 信号线向外输出给精密测量模块的脉冲选择单元。所述脉冲选择单元为一个逻辑电路，由与门l、与门2、或门和反相器组成，各电路 单元之间通过信号线连接，完成脉冲信号的选择，并通过信号线从外部接入脉冲A、脉 冲B和B使能脉冲信号，选择后的脉冲信号(B使能-O时为脉冲A，否则为脉冲B)经 由信号线向外输出。所述计算处理单元用于控制完成启动脉冲与停止脉冲之间的高精度时间间隔测量、 协调完成延迟线的自校过程以及根据测量结果和自校结果计算出高精度时间间隔测量 值。所述计算处理单元用于控制完成启动脉冲与停止脉冲之间的高精度时间间隔测量、 协调完成延迟线的自校过程以及根据测量结果和自校结果计算出高精度时间间隔测量 值。与现有技术相比，本专利技术的优点就在于1、 本专利技术精确时间测量电路能够高精度测量某一事件脉冲的准确时刻，且能够进行 连续事件测量；2、 本专利技术精确时间测量电路具备统一时间接口，能满足广域多节点同步测试需要， 特别是多节点对同一对象的同一事件进行测量；3、 本专利技术精确时间测量电路具备延迟线自校功能，有效消除温度等环境因素对延迟 单元的影响，大大提高时间测量稳定度；4、 本专利技术是一个集成电路，在单片FPGA上实现，结构简单，模块化程度高。 附图说明图1是本专利技术精确时间测量方法的基本原理示意图2是本专利技术精确时间测量电路的结构示意图3是本专利技术中测量脉冲提取模块的电路结构示意图4是本专利技术中粗差测量模块电路的结构示意图5是本专利技术中精密测量模块电路的结构示意图6是本专利技术中精密测量模块的自校脉冲产生单元电路结构示意图； 图7是本专利技术中精密测量模块的脉冲选择单元电路结构示意图。 具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，为本专利技术精确时间测量方法的基本原理图。待测事件发生时刻te等于基准lPPS时间hpps、粗差时间To、时差Ti和时差T2的和，由图可知，传统的单纯计数器方法无法测量出时差T!和时差T2，因而使得存在te较大误本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确时间测量的方法，其特征在于步骤为：①、接入外部基准１ＰＰＳ脉冲信号、待测事件信号和１０ＭＨｚ频率标准信号，提取基准１ＰＰＳ脉冲上升沿后的参考时钟的第一个脉冲作为测量脉冲Ａ，提取待测事件脉冲上升沿后的参考时钟的第一个脉冲作为测量脉冲Ｂ；②、通过计算得到测量脉冲Ａ和测量脉冲Ｂ的时间间隔作为待测事件的粗差时间Ｔ↓［０］；③、通过延迟线法分别得到测量脉冲Ａ与１０ＭＨｚ频率标准信号的时间间隔Ｔ↓［１］和测量脉冲Ｂ与１０ＭＨｚ频率标准信号的时间间隔Ｔ↓［２］；④、待测事件发生的精确时刻ｔ↓［ｅ］由下式（１）得到：ｔ↓［ｅ］＝ｔ↓［１ＰＰＳ］＋Ｔ↓［０］＋Ｔ↓［１］－Ｔ↓［２］（１）其中ｔ↓［１ＰＰＳ］为基准１ＰＰＳ的时间码。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飞，钟小鹏，明德祥，乔纯捷，杨俊，陈建云，王跃科，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]