[發(fā)明專利]一種基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911109801.0
• 申請(qǐng)日: 2019-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN110794668B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛黎明;杜念文;劉強(qiáng);丁建崠;孫寶征
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中電科思儀科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G04F10/00
• 分類號(hào): G04F10/00
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發(fā)明涉公開了一種基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量裝置及方法，具體涉及高分辨率的時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量裝置，包括被測(cè)閘門生成單元，被測(cè)閘門生成單元上連接計(jì)數(shù)單元、前誤差提取單元和后誤差提取單元，計(jì)數(shù)單元、前誤差提取單元和后誤差提取單元連接同一時(shí)鐘單元，前誤差提取單元連接第一多路分發(fā)單元，第一多路分發(fā)單元上連接若干前內(nèi)插單元，后誤差提取單元連接第二多路分發(fā)單元，第二多路分發(fā)單元上連接若干后內(nèi)插單元，計(jì)數(shù)單元、前內(nèi)插單元和后內(nèi)插單元連接運(yùn)算單元。該方案采用多通道內(nèi)插同時(shí)測(cè)量，再進(jìn)行平均計(jì)算的方法，測(cè)量分辨率為原有分辨率的(N為內(nèi)插通道數(shù))。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分辨率的時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

時(shí)間間隔測(cè)量是指測(cè)量?jī)蓚€(gè)事件發(fā)生時(shí)刻之間的時(shí)間差，其測(cè)量原理如圖1所示。在進(jìn)行時(shí)間間隔測(cè)量時(shí)，首先根據(jù)信號(hào)開始和結(jié)束狀態(tài)產(chǎn)生被測(cè)閘門，信號(hào)開始啟動(dòng)被測(cè)閘門，信號(hào)結(jié)束關(guān)閉被測(cè)閘門，在被測(cè)閘門打開期間，時(shí)鐘脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)，累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)乘以時(shí)鐘周期，就是信號(hào)開始和信號(hào)結(jié)束之間的時(shí)間間隔。信號(hào)開始和信號(hào)結(jié)束也可以是同一個(gè)輸入信號(hào)相鄰的兩個(gè)脈沖信號(hào)。

由于輸入的被測(cè)信號(hào)與計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)沒有同步關(guān)系，這種方法在原理上存在士1個(gè)時(shí)鐘周期的測(cè)量誤差。通過提高時(shí)鐘頻率可以減小測(cè)量誤差，例如當(dāng)要求達(dá)到士lns的測(cè)量分辨率時(shí)，時(shí)鐘頻率需要提高到1GHz，此時(shí)會(huì)大大增加時(shí)序同步、器件性能、電路板布局布線等方面的要求，實(shí)現(xiàn)非常困難。

采用時(shí)間間隔誤差修正技術(shù)，可提高時(shí)間間隔測(cè)量分辨率。誤差修正原理如圖2所示。T為信號(hào)開始與信號(hào)結(jié)束之間的時(shí)間間隔；T₀為信號(hào)開始以后的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖與信號(hào)結(jié)束以后的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖之間的時(shí)間間隔(即時(shí)鐘計(jì)數(shù)得出的時(shí)間)；T₁為信號(hào)開始與之后的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖之間的時(shí)間間隔誤差；T₂為信號(hào)結(jié)束與之后的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖之間的時(shí)間間隔誤差。在直接計(jì)數(shù)的基礎(chǔ)上，把時(shí)間間隔誤差T₁和T₂以更高的分辨率測(cè)量出來，可進(jìn)一步提升時(shí)間間隔T的測(cè)量分辨率。推導(dǎo)可得待測(cè)的時(shí)間間隔如下式所示。

T＝T₀+T₁-T₂

為了準(zhǔn)確測(cè)量T₁和T₂，發(fā)展出了模擬內(nèi)插法、數(shù)字內(nèi)插法。采用模擬內(nèi)插法，提升分辨率的主要措施是提高時(shí)鐘頻率和提高模擬內(nèi)插擴(kuò)展倍數(shù)，在現(xiàn)有的主流模擬內(nèi)插分辨率的基礎(chǔ)上，提高時(shí)鐘頻率會(huì)大大增加時(shí)序同步、器件性能、電路板布局布線等方面的要求，實(shí)現(xiàn)困難；提高模擬擴(kuò)展倍數(shù)，會(huì)面臨漏電流導(dǎo)致的非線性以及測(cè)量速度變慢等問題，實(shí)現(xiàn)困難。采用數(shù)字內(nèi)插法，提升分辨率的主要措施是提高單個(gè)延時(shí)單元的分辨率。在現(xiàn)有的主流數(shù)字內(nèi)插分辨率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高單個(gè)延時(shí)單元的分辨率，對(duì)延時(shí)線的長(zhǎng)度、時(shí)序同步、數(shù)據(jù)鎖存及延時(shí)校準(zhǔn)等環(huán)節(jié)的要求均非常嚴(yán)苛，實(shí)現(xiàn)非常困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述不足，提出了一種多通道內(nèi)插同時(shí)測(cè)量，再進(jìn)行平均計(jì)算的方法進(jìn)行時(shí)間間隔測(cè)量，在不增加測(cè)量時(shí)間的基礎(chǔ)上，測(cè)量分辨率為原有分辨率的的基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量裝置及方法。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量裝置，包括被測(cè)閘門生成單元，被測(cè)閘門生成單元上連接計(jì)數(shù)單元、前誤差提取單元和后誤差提取單元，計(jì)數(shù)單元、前誤差提取單元和后誤差提取單元連接同一時(shí)鐘單元，前誤差提取單元連接第一多路分發(fā)單元，第一多路分發(fā)單元上連接若干前內(nèi)插單元，后誤差提取單元連接第二多路分發(fā)單元，第二多路分發(fā)單元上連接若干后內(nèi)插單元，計(jì)數(shù)單元、前內(nèi)插單元和后內(nèi)插單元連接運(yùn)算單元。

一種基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量方法，采用如上所述的基于多通道內(nèi)插的時(shí)間間隔測(cè)量裝置，包括以下步驟：