[發明專利]低抖動時鐘信號的時間幅度調制數字域表示方法

有效

• 申請號: 201610810646.5
• 申請日: 2016-09-05
• 公開（公告）號: CN107797441B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 宋茂忠;宋紀康
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G04F10/00
• 分類號: G04F10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種時鐘信號的時間幅度調制數字域表示方法，它不同于一般的波形域或時序關系來表示的時鐘，而是通過數字域的數據結構序列，來表示時鐘每個周期的前沿到達時刻、后沿到達時刻、正半周長度和負半周長度參數，在前沿和后沿的到達時刻表示中，利用兩個固定間隔樣本幅度來表示時鐘信號前沿或后沿的分數到達時刻，將分數到達時刻的采樣量化轉化為樣本幅值的量化，實現了時鐘前沿或后沿到達時刻的時間幅度調制數字序列表示，為低抖動時鐘信號的數字產生、傳輸、同步和數字處理提供了方便。

一、技術領域

本發明屬于信號設計與信號處理技術領域，尤其涉及利用時鐘來進行處理的衛星導航、測時測距、通信和雷達等數字系統設計和信號處理的方法，是一種高精度低抖動時鐘信號產生和處理的新技術。

二、背景技術

時鐘信號是所有現代電子系統數字化的前提，沒有時鐘基準和驅動，數字系統將無法工作。時鐘信號的作用是以一定的頻率或周期，通過前沿到達時刻或后沿到達時刻來驅動數字系統工作，多個時鐘到達時刻的遲早特性與系統性能及可靠性密切相關。目前時鐘信號主要用波形特性來描述，通過波形的相對時序刻畫頻率和到達時間關系。但在對時鐘信號進行深入分析處理時，波形描述不便于數字處理，時鐘信號的采樣量化也十分困難。雖然時間間隔測量可能達到幾皮秒的量級，但要對時鐘信號獲得皮秒級的前沿到達時刻抽樣或表示，一般的方法都要有10¹²Hz的基準時鐘，很不現實。

時鐘信號研究較多的長時間的頻率和穩定度特性，抖動特性主要也是從譜域進行分析，瞬時特性或一個周期內的細微變化還只能是通過波形域刻畫。波形域描述的前沿特性在傳輸和電波傳播中受信道影響較大，不便于數字建模或數字處理。用高頻率時鐘基準對時鐘信號的進行采樣或進行時鐘生成都難以控制前沿到達時刻的抖動，給數字系統整體性能的提高帶來難度。而時鐘前沿的變化或抖動對整個系統的性能指標影響顯著。對測時系統決定測時精度，對導航和雷達信號決定測距精度，對通信信號決定同步精度，因此要提高數字系統的性能務必從基本的前沿到達時刻特性入手。因此本專利給出一種低抖動時鐘信號的時間幅度調制數字域表示方法，為低抖動時鐘的產生和處理提供可能。

時間幅度變換或時間數字轉換在時間時隔測量中已經比較普及，其主要目的是測量單次時間間隔，所不同的是本專利發明的時間幅度調制是將一系列前沿到達時間調制到時鐘抽樣序列中，利用抽樣樣本的幅度來表示到達時間。解決不在采樣點上的到達時間數字采樣表示問題。

三、發明內容

1、發明目的

本發明的目的是提供一種能精確反映時鐘信號前沿或后沿到達時刻變化的時間幅度調制數字域數學表示方法，解決低抖動或可控到達時刻的時鐘信號數學描述、數字產生和數字處理的基本問題。

2、技術方案

為了達到上述發明目的，本發明包括下列步驟：

(1)時鐘信號脈沖前沿到達時刻的時間幅度調制表示方法

為了解決對被測時鐘信號s(t)的波形采樣，不能采集到時鐘前沿或后沿到達時刻的時間信息問題，發明了用圖1中的幅度ab來表示前沿時刻p點的時間幅度調制方法。若前沿到達時刻p離采樣時刻a的時間為ap＝yT_S，T_S為采樣基準時鐘周期，0≤y＜1，則取采樣樣本ab＝-y，cd＝1-y。這樣，任何前沿到達時刻都可以用等間隔采樣的相鄰兩個樣本幅度值來表示。ab的歸一化幅值長度就直接表示前沿到達時刻p點到采樣時刻a用T_S歸一化的時間。前沿到達時刻的量化精度就轉化為采樣幅度樣本ab的量化精度。因此，利用本發明可以用比較低頻率的基準采樣序列精確表示脈沖前沿到達時刻，實現時鐘信號時間幅度調制的數字域表示。

(2)時鐘信號的壓縮數據結構表示方法

對一個時鐘信號如果用一個基準時鐘序列采樣后，時鐘信號特性通過一系列采樣值序列給出，但信息冗余較多，要進行數字存儲和處理效率不高，本發明設計了如下一個時鐘周期的數據結構：