[發明專利]一種納米級脈沖信號采集方法

無效

• 申請號: 201210447680.2
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102928677A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 陽衛平;梁仁仁;林能發;龍帆
• 申請（專利權）人: 湖南航天遠望測控技術有限公司
• 主分類號: G01R29/02
• 分類號: G01R29/02
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

技術領域

本發明涉及有高精度要求的脈沖信號采集的方法，特別是一種新型納米級脈沖信號采集方法。

背景技術

脈沖信號是一種廣泛使用的信號，可以應用與很多個領域，比如在國內捷聯式慣性導航系統中廣泛使用的慣性器件是機電式慣性傳感器，這些傳感器一般配用模擬再平衡回路，回路輸出模擬信號，再經過量化得到脈沖信號，所以在捷聯式慣性導航系統中經常需要對脈沖信號進行采集；同時在高精度測量要求的環境下使用的光柵尺的輸出信號也為脈沖信號，需要對脈沖信號進行采集，而這種信號往往頻率高，脈寬能到納米級，所要求的采集環境和采集方法也比較高。

目前，國內關于采集脈沖信號的方法一般集中在兩種方法。其一，傳統脈沖數據采集方法是通過信號的上升沿觸發計數器進行計數，脈沖數為整數，此種方法的最大測量誤差為一個脈沖，時鐘頻率越高，測量誤差越小。但是頻率越高對芯片的性能要求也越高，例如要求1ns的測量誤差時，時鐘頻率就需要提高到1GHz，此時一般計數器芯片很難正常工作，?同時也會帶來電路板的布線、材料選擇、加工等諸多問題。其二，更為先進一點的脈沖采集方法是在采集的過程中設置兩組門閥脈沖信號，這兩組門閥信號的脈寬相同但是有90度的時延，兩組門閥信號分別鎖存住前半周和后半周的待測脈沖信號計數值，再通過兩個半周的脈沖數相加可以得到一個時間段內的脈沖數，此種采集方法與傳統方法相比提高了一倍，而且具有一定的抗干擾性，但是這種方法在面對高頻率的脈沖信號的時候數據處理量太大，無法實現。因此為了滿足高精度采集要求，需要采用內部高精度時間基準計脈沖寬度的計數方法。

發明內容

在絕大多數采集情況中，在一個采樣脈沖開始時刻和該時刻后的待測脈沖第一個上升沿之間有一段差距，而這個差距的值大于0而小于一個待測脈沖周期（在采樣脈沖結束時刻同樣有一個類似的差距），傳統的采集方法無法測出這兩個差距的值而只能將此差距做為誤差忽略，而本方法致力于測量并計算出差距值進而達到減少誤差提高精度的目的。

為了滿足高精度納米級脈沖信號的要求，進一步提高采集精度，通過系統內部精準時鐘對脈沖寬度進行測量，其原理及具體實現方法如下：

步驟一，采樣待測脈沖的時序，使用可編程邏輯器件來做定時采樣，每個采樣時鐘在內部生成2K采樣時鐘信號，以采樣時鐘的頻率發送中斷對脈沖細分時間進行計算，得出整數脈沖個數和小數脈沖數。

首先將采樣周期的整個時間分為三段，開始段，結束段和中間段：

在開始段：開始的標志是采樣脈沖開始時刻的前一個待測脈沖上升沿，結束的標志是下一個待測脈沖上升沿。

在結束段：開始的標志是采樣脈沖結束時刻前一個待測脈沖上升沿，結束的標志是下一個待測脈沖上升沿。

開始段和結束段的長度均為一個待測脈沖周期。

在中間段：開始的標志是采樣脈沖開始段之后的第一個待測脈沖上升沿，結束的標志是采樣周期結束段之前的倒數第一個待測脈沖上升沿。

開始段的時間+中間段的時間+結束段的時間=整個采樣周期。

我們要測的是在一個采樣周期內有多少個待測脈沖周期，這個值可能是整數也可能是小數，小數的精度由計時時鐘頻率決定。

步驟二，對這三個段的時間分別測量，在測量前需要引入第三個脈沖稱之為基準脈沖，所述的基準脈沖頻率在150MHz以上，波形穩定，并且與待測脈沖、采樣脈沖同步開啟，使其三者保持同步的時序：

開始段時間測量：將開始段分為兩組，這兩組的分界線是采樣脈沖的上升沿。開始段開始時刻至分界線的這一組的時間長度由基準脈沖測量，在這段時間內每遇到一個基準脈沖的上升沿就將可編程邏輯器件內部定義的regt1計數器的值加1（計數器初始值為0），由此可得到這一組包含了t1個基準脈沖周期值，同理可以得到第二組從分界線到開始段結束之間包含的t2個基準脈沖周期值。

中間段時間測量：中間段的測量采用傳統的測量方法，在中間段的時間區域內，每碰到一個待測脈沖的上升沿就將計數寄存器的值加1，由此可得到這個中間段所包含的N0個待測脈沖周期值。

結束段時間測量：將結束段分為兩組，這兩組的分界線是采樣脈沖的下一個上升沿。這兩組的時間長度與開始段時間測量方法一樣，最后得到結束段第一組值t4和結束段第二組值t5。

顯然t1+t2的值是一個待測脈沖周期，將它定義為t3，t4+t5的值也是一個待測脈沖周期，將它定義為t6；t3和t6不盡相同，因為它們各有誤差，誤差大小為兩個基準脈沖周期。

步驟三，根據公式計算：

N?=?N0?+?t2/t3?+?t4/t6