CN102334038B - 相位测定装置、以及频率测定装置 - Google Patents

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Abstract

实现一种采用数字回路对相位差能进行高精度测量的相位测定装置。相位测定装置(1)具有分别采用TDC的缓冲器延迟测定回路(110)和相位差测定回路(120)、以及相位差演算部(12)。缓冲器延迟测定回路(110)根据高精度的时钟信号(CLK)和采样基准信号(SCL)生成表示TDC的各缓冲器间的延迟量(τB)的延迟测定用数据(Ds)。相位差测定回路(120)利用所述时钟信号(CLK)生成表示被测定对象信号(SS(A))、(SS(B))的相位差的个数数据列(Dt)、第1、第2相位差测定用数据(Ds(A)，Ds(B))。相位差演算部(12)利用基于第1、第2相位差测定用数据(Ds(A)，Ds(B))的状态数据数(NB(A)，NB(B))、个数数据列(Dt)、从延迟测定用数据(Ds)所得的高精度的延迟量(τB)计算相位差。

Description

相位测定装置、以及频率测定装置
技术领域
本发明涉及对两个被测定对象信号的相位差进行测定的相位测定装置、对被测定对象信号的频率进行测定的频率测定装置。
背景技术
现在，在时间或频率的测量中，多使用将时间或频率的值变换成电信号并进行测量的方法。在如此的电测量中，通过使用成为测量基准的时钟信号，并检测该时钟信号1周期量的个数，来计算成为测量对象的时间。可是，为将测量时间做得高精度，可将时钟信号的波长变短，但现实中能产生的时钟信号的波长有极限。因此，对小于时钟信号1周期量的零数部分如何进行测量对于高精度化非常有用。因此，比如在非专利文献1中，利用电容器将零数部分变换为电压值，进行测量。
[现有技术文献]
[非专利文献]
[非专利文献1]「時間：時間，周波数の測定技術」，片野和也，山口雄二，計測と制御第44巻第10号2005年10月号(“时间：时间，频率的测定技术”，片野和也，山口雄二，测量与控制第44卷第10号2005年10月号)
发明要解决的课题
但是，在上述非专利文献1的方法中，时间电压变换回路和ADC回路(模数变换回路)等模拟回路为必须的结构。因此，由于是模拟回路而易产生的噪音、偏置、以及温度变动等的误差易被包含在测量结果中。另外，各种模拟回路都不可或缺，故小型化或低成本化变得困难。
发明内容
因而，本发明的目的在于实现一种相位测定装置，该相位测定装置利用数字回路能高精度地测量时间即两个信号的相位差。另外，本发明的其他目的在于实现一种频率测定装置，该频率测定装置通过与相位测定装置同样的回路构成能对被对象信号的频率进行高精度地测量。进而，本发明的目的在于通过利用上述相位测定装置实现能产生高精度的基准信号的基准信号产生装置、检测该基准信号产生装置的异常的异常检测装置。
用于解决课题的手段
本发明的相位测定装置具有缓冲器延迟量测定回路、相位差测定回路、以及相位差演算部。
缓冲器延迟量测定回路具有多个缓冲器。与由测位演算计算的参考信号同步的时钟信号以一定的延迟时间在各个不同定时输入多个缓冲器的每一个，并且频率比该时钟信号低的采样基准信号同时输入多个缓冲器的每一个。各缓冲器分别产生与在该采样基准信号的跳跃定时的时钟信号的电平相应的状态数据。缓冲器延迟量测定回路输出由这些状态数据群构成的延迟测定用数据。
相位差测定回路具有第1部分相位差测定回路、第2部分相位差测定回路以及第3部分相位差测定回路。第1部分相位差测定回路和缓冲器延迟量测定回路同样具有多个缓冲器。产生成为测定对象的相位差的第1被测定对象信号和第2被测定对象信号中的第1被测定对象信号以及起因于延迟量的相互不同定时的时钟信号输入该多个缓冲器的每一个。各缓冲器各自产生与在第1被测定对象信号的跳跃定时的时钟信号的电平相应的状态数据。第1部分相位差测定回路输出由来自该多个缓冲器的状态数据群构成的第1相位差测定用数据。
第2部分相位差测定回路，和缓冲器延迟量测定回路同样具有多个缓冲器。产生成为测定对象的相位差的第2被测定对象信号以及起因于延迟量的相互不同定时的时钟信号输入多个缓冲器的每一个。各缓冲器各自产生与在第2部分被测定对象信号的跳跃定时的时钟信号的电平相应的状态数据。第2相位差测定回路输出由来自该多个缓冲器的状态数据群构成的第2相位差测定用数据。
第3部分相位差测定回路，该第3部分相位差测定回路利用第1被测定对象信号和第2被测定对象信号赋予对时钟信号的1周期单位的个数进行测定的开始定时和结束定时，据此计算相位差所含的时钟信号的1周期单位的个数。相位差演算部将与时钟信号的1周期单位的个数相应的时间长也包含在内，执行相位差的计算。
相位差演算部，该相位差演算部基于所述延迟测定用数据计算各缓冲器间的所述延迟量，根据算出的所述延迟量、基于所述第1部分相位差测定用回路输出的所述第1相位差测定用数据的第1状态数据数、基于所述第2部分相位差测定用回路输出的所述第2相位差测定用数据的第2状态数据数、以及所述第3部分相位差测定回路算出的所述个数来计算所述相位差。
在该构成中，采用具有多个缓冲器的所谓TDC(Time to DigitalConverter：时间数字转换器)进行相位差的测定。
缓冲器延迟量测定回路具有具备多个缓冲器(触发电路)的一个TDC，将相同的时钟信号分别以一定的延迟量(时间差)依次赋予TDC的各缓冲器。在此，时钟信号因与如GPS的1PPS的高精度的参考信号同步，故从时钟信号求的延迟量也与参考信号的精度同样成为高精度。与时钟信号一起，在缓冲器延迟量测定回路中，将周期长的采样基准信号同时赋予各缓冲器。在各缓冲器中，在采样基准信号的跳跃定时存在时钟信号为Hi(高)电平的缓冲器以及Low(低)电平的缓冲器，输出与电平相应的比如“1”或“0”的状态数据。在此，在由该“1”、“0”的状态数据列构成的延迟测定用数据中的、邻接的从“1”向“0”的状态数据的跳跃定时之间所存在的状态数据数(对照图2)依存于缓冲器的延迟量和时钟信号的频率(周期)。
对于相位差测定回路，在第1部分相位差测定回路和第2部分相位差测定回路的每一个中具有一个TDC，与缓冲器延迟测定回路相同的时钟信号被赋予各TDC的各缓冲器。即使在此，时钟信号与如GPS的1PPS的高精度的参考信号同步，故从时钟信号求出的延迟量也与参考信号的精度同样成为高精度。另外，第1被测定对象信号输入第1部分相位差测定回路，第2被测定对象信号输入第2部分相位差测定回路。在此，在第1部分相位差测定回路中，根据与上述的缓冲器延迟测定回路同样的原理，在第1被测定对象信号的跳跃定时的各缓冲器的状态数据不同，输出由这些状态数据群构成的第1相位差测定用数据。另外，即使在第2部分相位差测定回路，根据同样的原理，在第2被测定对象信号的跳跃定时的各缓冲器的状态数据不同，输出由这些状态数据群构成的第2相位差测定用数据。直到这些第1相位差测定用数据以及第2相位差测定用数据的指定的跳跃定时(图4的状态数据从“1”跳跃至“0”的定时)为止的状态数据数，依存于时钟信号的跳跃定时、与第1被对象测定信号或第2被测定对象信号的跳跃定时的时间差。
在相位差演算部中，通过对直到第1相位差测定用数据以及第2相位差测定用数据的指定的跳跃定时为止的状态数据数，赋予(乘以)从延迟测定用数据得出的缓冲器间的延迟量，能得到时钟信号的跳跃定时与第1被对象测定信号或第2被测定对象信号的跳跃定时的时间差。如此通过得到时间差，能得到正确的缓冲器间的延迟量，能进行高精度的相位差测定。
根据该第3部分相位差测定回路的构成，在相位差是时钟信号的1周期量以上，且为能计数该1周期的时间长时，即使不是只用缓冲器的延迟量来测量相位差的全部，也能以时钟信号的1周期量为分辨率计算相位差的一部分。而且，通过采用上述的TDC的缓冲器间的延迟量的方法能计算小于时钟信号的1周期的零数部分。据此，在是与如上述的时钟信号的1周期相比更长的相位差时，能削减各TDC的缓冲器数。
另外，本发明的频率测定装置具有上述的缓冲器延迟测定回路、频率测定回路、以及频率演算部。缓冲器延迟测定回路由与上述相同的结构构成，输出延迟测定用数据。频率测定回路具有多个缓冲器。第3被测定对象信号以一定的延迟时间在各自不同的定时输入频率测定回路的各缓冲器，并且频率比该第3被测定对象信号低的采样基准信号同时输入频率测定回路的各缓冲器。各缓冲器产生与在采样基准信号的跳跃定时的第3被测定对象信号的电平相应的状态数据，频率测定回路输出由来自这些状态数据群构成的频率测定用数据。频率演算部基于延迟测定用数据计算各缓冲器间的延迟量，并且利用该延迟量计算基于频率测定用数据的第3被测定对象信号的频率或周期。
在该构成中，代替上述相位差(时间差)计算被测定对象信号的频率以及周期。缓冲器延迟测定回路与上述的相位差测定装置同样，输出由依存于缓冲器的延迟量和时钟信号的频率(周期)的状态数据列构成的延迟测定用数据。
频率测定回路是具有与缓冲器延迟回路相同的一个TDC的回路，代替时钟信号，对被测定对象信号赋予上述延迟量，输入各缓冲器。据此，输出的频率测定用数据的状态数据列依存于被测定对象信号的频率(周期)。
频率演算部通过对频率测定用数据的跳跃定时之间的状态数据数赋予(乘以)从延迟测定用数据得到的延迟量，能够检测被测定对象信号的1周期，能用该1周期得出频率。此时，通过比时钟信号的周期短的延迟量作为分辨率，能进行高精度的周期以及频率的测定。
另外，本发明的频率测定装置具有测定回路和频率演算部。测定回路具有多个缓冲器。与由测位演算计算的参考信号同步的时钟信号或第3被测定对象信号的任意一个以一定的延迟时间在各自不同的定时输入各缓冲器，并且频率比时钟信号以及第3被测定对象信号低的采样基准信号同时输入各缓冲器。测定回路输出由与在该采样基准信号的跳跃定时的时钟信号的电平相应的状态数据群构成的延迟测定用数据。另一方面，测定回路输出由与在采样基准信号的跳跃定时的第3被测定对象信号的电平相应的状态数据群构成的频率测定用数据。频率演算部基于延迟测定用数据计算各缓冲器间的延迟量。频率演算部基于频率测定用数据和延迟量计算第3被测定对象信号的频率或周期。
在该构成中，上述的缓冲器延迟测定回路和频率测定回路是相同的构造，关注的只是输入的信号是时钟信号还是被测定对象信号这一差异，具有测定回路，对该测定回路若输入时钟信号则输出延迟测定用数据，若输入被测定对象信号则输出频率测定用数据。据此，必须的TDC数变成一个，回路规模更加简化。
发明效果
根据本发明，能实现一种不采用模拟回路只用数字处理，而进行高精度的相位测定或频率测定的测定装置。
附图说明
图1是表示第1实施方式的相位测定装置以及将各种信号供给至该相位测定装置的各装置的主要结构的框图。
图2是表示相位测定装置1的缓冲器延迟测定回路110的主要结构的框图、以及表示缓冲器延迟测定回路110的测定原理的时序图。
图3是表示相位差测定回路120的回路结构的框图。
图4是表示相位差测定原理的时序图。
图5是表示第2频率测定装置以及将各种信号供给至该频率测定装置的各装置的主要结构的框图、以及表示频率测定装置的其他结构例的图。
具体实施方式
对照附图说明涉及本发明的第1实施方式的相位测定装置。
图1是表示本实施方式的相位测定装置以及将各种信号供给该相位测定装置的各装置的主要结构的框图。另外，在以下说明中，示出了利用GPS的例子，也可以利用其他的GNSS，进而，也可以是由外部装置将采样基准信号或参考信号对相位测定装置1以及基准信号产生装置3进行供给的结构。
首先，概略地说明包含本实施方式的相位测定装置1的相位测定系统的各装置。
GPS接收机2具有RF处理部21、基带处理部22、TCXO(水晶振荡器)23。TCXO23产生检波用的GPS参考信号Ref(GPS)，供给RF处理部21、基带处理部22、并且供给分频器40。RF处理部21与GPS天线20相连接，接收GPS测位用信号。RF处理部21利用GPS参考信号Ref(GPS)对接收信号进行降频变换并向基带处理部22供给。基带处理部22对基带信号进行检波并进行测位演算、且产生与本发明的参考信号相当的1PPS(Re)并向基准信号产生装置3供给。
基准信号产生装置3具有相位比较器31、环路滤波器32、VCO(压控振荡器)33、倍增器34、分频器35。相位比较器31对来自GPS接收机2的1PPS(Re)、与来自分频器35的与本发明的同步用信号相当的1PPS(Lo)的相位差进行检测，产生基于该相位差的电压电平的相位差信号并输出。环路滤波器32由低通滤波器等构成，通过在时间轴上对相位差信号的电压电平进行平均，产生驱动电压信号并向VCO33输出。VCO33产生基于驱动电压信号的频率(比如10MHz)的基准信号Sout向外部输出且向倍增器34供给。倍增器34通过对基准信号Sout进行倍增，比如产生100MHz程度的时钟信号CLK。分频器35对时钟信号进行分频产生1PPS(Lo)并向相位比较器31供给。通过采用这样的结构，从基准信号产生装置3输出的基准信号Sout或时钟信号CLK成为高精度地与来自GPS接收机2的1PPS(Re)同步的信号。另外，根据在VCO33产生的基准信号Sout的频率也能省略倍增器34。
相位测定装置1具有数字测定部11、相位差演算部12。数字测定部11具有缓冲器延迟测定回路110以及相位差测定回路120。
来自基准信号产生装置3的时钟信号CLK、和在分频器40对GPS接收机2的GPS参考信号Ref(GPS)进行分频而成的采样基准信号SCL输入缓冲器延迟测定回路110。在此，采样基准信号SCL由相对于时钟信号周期非常长(低频)的信号构成。具体后述，缓冲器延迟测定回路110具有TDC，利用时钟信号CLK和采样基准信号SCL生成延迟测定用数据Ds并向相位差演算部12供给，该延迟测定用数据Ds用于测定供给至TDC的各缓冲器的时钟信号间的延迟量τB。
时钟信号CLK、产生成为测定对象的相位差的第1被测定对象信号SS(A)以及第2被测定对象信号SS(B)输入相位差测定回路120。与缓冲器延迟测定回路110同样具体后述，相位差测定回路120产生粗相位量数据Dt，该粗相位量数据Dt表示在第1被测定对象信号SS(A)与第2被测定对象信号SS(B)的相位差中的将时钟信号的周期作为分辨率的量。另外，相位差测定回路120具有对第1被测定对象信号SS(A)和第2被测定对象信号SS(B)分别分配一个TDC的构造，利用时钟信号CLK与第1被测定对象信号SS(A)或第2被测定对象信号SS(B)产生相位差测定用数据Ds(A)、Ds(B)，并向相位差演算部12输出，该相位差测定用数据Ds(A)、Ds(B)代表由粗相位量数据Dt不能表示的比时钟信号的周期短的零数相位差。
相位差演算部12由处理器构成，根据延迟测定用数据Ds计算缓冲器间的延迟量τB。相位差演算部12基于时钟信号的周期和粗相位量数据Dt计算粗相位差、且基于计算出的延迟量τB和相位差测定用数据Ds(A)、Ds(B)计算零数相位差。并且，相位差演算部12根据这些粗相位差Dt以及零数相位差计算第1被测定对象信号SS(A)与第2被测定对象信号SS(B)的相位差。
下面，对于相位测定装置1的构成以及原理，更具体地进行说明。
首先，关于缓冲器间的延迟量τB的检测进行说明。
图2(A)是表示相位测定装置1的缓冲器延迟测定回路110的主要结构的框图、图2(B)是表示缓冲器延迟测定回路110的测定原理的时序图。
缓冲器延迟测定回路110由TDC构成，具有由规定段数构成的多个缓冲器回路111(1)～111(P)。各缓冲器回路111(1)～111(P)各自具有D输入端子、CLK输入端子、Q输出端子。各缓冲器回路111(1)～111(P)的Q输出端子与数据总线(Data Bus)相连接，该数据总线向相位差演算部12进行连接。采样基准信号SCL输入各缓冲器回路111(1)～111(P)的CLK输入端子。分别基于来自基准信号产生装置3的时钟信号CLK的时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)输入各缓冲器回路111(1)～111(P)的D输入端子。具体而言，输入缓冲器回路111(1)的时钟信号CLK(0)是来自基准信号产生装置3的时钟信号CLK本身，输入缓冲器回路111(2)的时钟信号CLK(1)是在延迟器112(1)将时钟信号CLK延迟延迟量τB的信号。进而，输入无图示的缓冲器回路111(3)的时钟信号CLK(2)是在延迟器112(2)将时钟信号CLK(1)再延迟延迟量τB的信号。如此，各自具有依次延迟量τB的延迟间隔的时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)输入各缓冲器回路111(1)～111(P)。
在各个时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)与采样基准信号SCL输入各个缓冲器回路111(1)～111(P)的状态下，若产生采样基准信号SCL的电平跳跃，则各缓冲器回路111(1)～111(P)对在电平跳跃定时(在图2(B)中的采样基准信号SCL从“0”跳跃至“1”的定时)的各时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)的电平进行锁存，并输出“1”或“0”的状态数据。比如，图2(B)的例子，缓冲器回路111(1)在采样基准信号SCL的电平跳跃定时，因时钟信号CLK(0)电平是“1”，故输出“1”的状态数据。同样，缓冲器回路111(2)、111(3)也输出“1”的状态数据。另外，缓冲器回路111(4)在采样基准信号SCL的电平跳跃定时，因时钟信号CLK(3)的电平是“0”故输出“0”的状态数据。如此，由从缓冲器回路111(1)～111(P)输出的“1”或“0”构成的状态数据群，作为缓冲器回路111(1)侧为MSB、以缓冲器回路111(P)侧为LSB的延迟测定用数据Ds(对照图2(B))向相位差演算部12进行输出。
在此，在向延迟测定用数据Ds的指定方向的状态跳跃定时(比如、状态数据从“1”向“0”跳跃的定时)之间所含的状态数据数NB被时钟信号CLK的频率f和在上述缓冲器回路间所赋予的延迟量τB所决定，即构成NB·τB＝1/f的关系。在此，时钟信号CLK与来自GPS接收机2的1PPS(Re)同步，长期稳定性是1×10-12数量级，因此时钟信号CLK也是同样的高精度。因而，通过测定状态数据数NB，根据式τB＝1/(NB·f)能高精度地计算延迟量τB。
进而，相位差演算部12通过对来自延迟测定用数据Ds的状态数据数NB进行多次取得，并如(1)式所示进行平均化，能计算更高精度的延迟量τB。
[数1]
τ B = 1 f · Σ i = 0 k N B ( i )
-(1)式
另外，在本说明中进行了平均化处理，但也可以采用最小二乘法或数字滤波。
下面，对被测定对象信号SS(A)与被测定对象信号SS(B)的相位差的检测进行说明。
图3是表示相位差测定回路120的回路构成的框图，图4是表示相位差测定原理的时序图。
相位差测定回路120具有计数回路121、计数锁存回路122、第1部分相位差测定回路123、第2部分相位差测定回路124。在此，由计数回路121以及计数锁存回路122构成的组合回路与本发明的第3相位差测定回路相当。
时钟信号CLK、第1被测定对象信号SS(A)以及第2被测定对象信号SS(B)输入计数回路121。计数回路121以第1被测定对象信号SS(A)的跳跃定时为开始标志，以第2被测定对象信号SS(B)的跳跃定时为清除标志，取得从开始标志到清除标志的计数值Dc，向计数锁存回路122进行输出。计数回路121向计数锁存回路122进行输出后，清除计数值。比如，如图4例，在时钟信号CLK(CLK(0))的定时t(n0)和定时t(n1)之间，产生第1被测定对象信号SS(A)的跳跃定时，在定时t(n2)和定时t(n3)之间产生第2被测定对象信号SS(B)的跳跃定时的情况下，相对于以从定时t(n0)到定时t(n1)为1周期的一个时钟信号输出Dc＝0，相对于以从定时t(n1)到定时t(n2)为1周期的一个时钟信号输出Dc＝1，相对于以从定时t(n2)到定时t(n3)为1周期的一个时钟信号输出Dc＝0。
计数值Dc和第2被测定对象信号SS(B)输入计数锁存回路122。计数锁存回路122对从计数回路121输入的计数值Dc进行锁存直到检测到第2被测定对象信号SS(B)的跳跃定时为止，在检测到该跳跃定时的时间，将锁存的计数值Dt向相位差演算部12输出。
第1部分相位差测定回路123以及第2部分相位差测定回路124由TDC构成，由相同的缓冲器回路数构成。
第1部分相位差测定回路123具有由多段构成的缓冲器回路1231(1)～1231(P)。各缓冲器回路1231(1)～1231(P)分别具有D输入端子、CLK输入端子、Q输出端子。各个缓冲器回路1231(1)～1231(P)的Q输出端子与数据总线(Data Bus)相连接，该数据总线向相位差演算部12进行连接。第1被测定对象信号SS(A)输入各缓冲器回路1231(1)～1231(P)的CLK输入端子。和缓冲器延迟测定回路110同样，各基于来自基准信号产生装置3的时钟信号CLK的时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)输入各缓冲器回路1231(1)～1231(P)的D输入端子。具体而言，输入缓冲器回路1231(1)的时钟信号CLK(0)是来自基准信号产生装置3的时钟信号CKL本身，输入缓冲器回路1231(2)的时钟信号CLK(1)是在延迟器1232(1)将时钟信号CLK延迟延迟量τB的信号。进而，输入无图示的缓冲器回路1231(3)的时钟信号CLK(2)是在延迟器1232(2)将时钟信号CLK(1)进一步延迟延迟量τB的信号。如此，各个具有延迟量τB的延迟间隔的时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)输入各缓冲器回路1231(1)～1231(P)。
在各个时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)和第1被测定对象信号SS(A)向各缓冲器回路1231(1)～1231(P)进行输入的状态下，若发生第1被测定对象信号SS(A)的电平跳跃，则各缓冲器回路1231(1)～1231(P)对在电平跳跃定时(在图4中的第1被测定对象信号SS(A)从“0”跳跃至“1”的定时)的各时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)的电平进行锁存并输出“1”或“0”的状态数据。比如，如图4的例子，缓冲器回路1231(1)在第1被测定对象信号SS(A)的电平跳跃定时，时钟信号CLK(0)的电平是“1”，故输出“1”的状态数据。同样，缓冲器回路1231(2)、1231(3)、1231(4)也输出“1”的状态数据。另外，缓冲器回路1231(5)在第1被测定对象信号SS(A)的电平跳跃定时，因时钟信号CLK(4)是“0”电平，故输出“0”的状态数据。如此，由从缓冲器回路1231(1)～1231(P)输出的“1”或“0”构成的状态数据群作为以缓冲器回路1231(1)侧为MSB、以缓冲器回路1231(P)侧为LSB的第1相位差测定用数据Ds(A)(对照图4)向相位差演算部12进行输出。
第2部分相位差测定回路124具有由多段构成的缓冲器回路1241(1)～1241(P)。各缓冲器回路1241(1)～1241(P)分别具有D输入端子、CLK输入端子、Q输出端子。各缓冲器回路1241(1)～1241(P)的Q输出端子与数据总线(Data Bus)相连接，该数据总线向相位差演算部12进行连接。第2被测定对象信号SS(B)输入各缓冲器回路1241(1)～1241(P)的CLK输入端子。与缓冲器延迟测定回路110相同，各个基于来自基准信号产生装置3的时钟信号CLK的时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)输入各缓冲器回路1241(1)～1241(P)的D输入端子。具体而言，输入缓冲器回路1241(1)的时钟信号CLK(0)是来自基准信号产生装置3的时钟信号CLK本身，输入缓冲器回路1241(2)的时钟信号CLK(1)是在延迟器1242(1)将时钟信号CLK延迟规定延迟量τB的信号。进而，输入无图示的缓冲器回路1241(3)的时钟信号CLK(2)是在延迟器1242(2)将时钟信号CLK(1)进一步延迟延迟量τB的信号。如此，各个具有延迟量τB的延迟间隔的时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)输入各个缓冲器回路1241(1)～1241(P)。
在各个时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)和第2被测定对象信号SS(B)向各缓冲器回路1241(1)～1241(P)进行输入的状态下，若产生第2被测定对象信号SS(B)的电平跳跃，则各缓冲器回路1241(1)～1241(P)对在电平跳跃定时(图4中的第2被测定对象信号SS(B)从“0”跳跃至“1”的定时)的各时钟信号CLK(0)～CLK(P-1)的电平进行锁存，并输出“1”或“0”的状态数据。比如，如图4的例子，缓冲器回路1241(1)在第2被测定对象信号SS(B)的电平跳跃定时，因时钟信号CLK(0)的电平是“0”，故输出“0”的状态数据。同样，缓冲器回路1241(2)、1241(3)也输出“0”的状态数据。另外，缓冲器回路1241(4)在第2被测定对象信号SS(B)的电平跳跃定时，因时钟信号CLK(3)的电平是“1”故输出“1”的状态数据。如此，由从缓冲器回路1241(1)～1241(P)输出的“1”或“0”构成的状态数据群作为以缓冲器回路1241(1)侧为MSB、以缓冲器回路1241(P)侧为LSB的第2相位差测定用数据Ds(B)(对照图4)，向相位差演算部12进行输出。
在此，从第1相位差测定用数据Ds(A)的第一个状态数据起到状态数据从“1”向“0”进行跳跃的定时为止的状态数据数NB(A)由从在第1被测定对象信号SS(A)的跳跃定时紧前的时钟信号CLK(CLK(0))的开始定时到第1被测定对象信号SS(A)的跳跃定时为止的经过时间、以及缓冲器回路间的延迟量τB所决定。因而，用NB(A)·τB能计算到第1被测定对象信号SS(A)的跳跃定时为止的经过时间(图4的Δts)。
同样，从第2相位差测定用数据Ds(B)的第一个状态数据起到自“1”向“0”的跳跃定时的状态数据为止的状态数据数NB(B)由从在第2被测定对象信号SS(B)的跳跃定时紧前的时钟信号CLK(CLK(0))的开始定时起到第2被测定对象信号SS(B)的跳跃定时为止的经过时间、以及缓冲器回路间的延迟量τB所决定。因而，用NB(B)·τB能计算到第2被测定对象信号SS(B)的跳跃定时为止的经过时间(图4的Δt3)。
相位差演算部12基于个数数据列Dt计算将时钟信号CLK的1周期(Δtclk)作为分辨率的粗相位差Δt1。比如，图4的例子，粗相位差Δt1是时钟信号CLK1周期量的时间长，以时钟信号CLK的频率为f根据Δt1＝Δtclk＝1/f能计算得出。
相位差演算部12若根据第1相位差测定用数据Ds(A)取得状态数据数NB(A)，则计算时间上相对于粗相位差Δt1位于前侧的零数即前侧零数相位差Δt2。在此，前侧零数相位差Δt2是从第1被测定对象信号SS(A)的跳跃定时起到通过粗相位差Δt1检测到的时钟信号CLK的周期的开始定时即其紧前的时钟信号的结束定时为止的时间长。因而，可以从时钟信号CLK的1周期量的时间长中减去从上述时钟信号CLK的开始定时起到第1被测定对象信号SS(A)的开始定时为止的时间长(对照图4)。
利用这个，相位差演算部12通过对状态数据数NB(A)乘以基于缓冲器延迟测定回路110的输出如上述计算出的延迟量τB，计算差分值Δts(＝NB(A)·τB)，并将该差分值Δts从时钟信号CLK的1周期量的时间长Δtclk减去。即、相位差演算部12采用前侧零数相位差Δt2＝Δtclk-Δts＝Δtclk-NB(A)·τB的演算式进行计算。
另一方面，相位差演算部12若从第2相位差测定用数据Ds(B)取得状态数据数NB(B)，则计算在时间上相对于粗相位差Δt1位于后侧的零数即后侧零数相位差Δt3。在此，后侧零数相位差Δt3是从通过粗相位差Δt1检测到的时钟信号CLK的周期的结束定时即其紧后的时钟信号的开始定时起直到第2被测定对象信号SS(A)的跳跃定时为止的时间长。因而，可以将延迟量τB与状态数据数NB(B)相乘(对照图4)。
利用这个，相位差演算部12通过对状态数据数NB(B)乘以延迟量τB，计算后侧零数相位差Δt3(＝NB(B)·τB)。
相位差演算部12通过对如上计算出的粗相位差Δt1、前侧零数相位差Δt2、后侧零数相位差Δt3进行相加，对第1被测定对象信号SS(A)和第2被测定对象信号SS(B)的相位差Δt(＝Δt2+Δt1+Δt3)进行计算，并作为相位差数据PD进行输出。
通过采用如上的构成，时钟信号与GPS的1PPS(Re)同步并高精度地被维持故能高精度地设定缓冲器间的延迟量，通过不采用模拟回路要素只采用数字回路，能够将小于时钟信号CLK的1周期量的零数的相位差也包含在内，高精度地进行测定。
进而，在上述构成中，相位差演算部12也可以和状态数据数NB相同地多次取得状态数据数NB(A)、NB(B)并存储，如上述(1)式计算平均值后计算相位差Δt。通过进行这样的状态数据数的平均化处理，能更高精度地计算相位差。并且，关于利用于此时的延迟量τB若采用如上述的平均化处理后的延迟量，则能进一步高精度地计算相位差。
另外，上述的缓冲器延迟测定回路或相位差测定回路的回路构成是一例，比如，也可以是延迟器设置在各缓冲器回路的CLK输入侧，输入信号相替换的构成。
下面，对照附图对涉及第2实施方式的频率测定装置加以说明。
图5(A)是表示频率测定装置以及将各种信号供给该频率测定装置的各装置的主要构成的框图。图5(B)是频率测定装置的其他的构成例的示意图。另外，本实施方式所示的GPS接收机2以及基准信号产生装置1和第1实施方式所示的相同，省略说明。
频率测定装置6具有数字测定部61和频率演算部62。数字测定部61具有缓冲器延迟测定回路610和频率测定回路620。缓冲器延迟测定回路610是和第1实施方式所示的缓冲器延迟测定回路110相同的构成，将与缓冲器间的延迟量τB相关的延迟测定用数据Ds向频率演算部62供给。
频率测定回路620也仅是输入的信号的种类不同，内部回路构成和缓冲器延迟测定回路110、610相同，被测定对象信号SS(C)和采样基准信号SCL输入频率测定回路620。此时，代替缓冲器延迟测定回路610的时钟信号CLK，被测定对象信号SS(C)输入频率测定回路620。根据该构成，频率测定回路620将和延迟测定用数据Ds相同的由“1”、“0”的数据排列构成的频率测定用数据Ds(C)向频率演算部62供给。
通过这样的构成，在从频率测定回路620输出的频率测定用数据Ds(C)中、在向指定方向的状态跳跃定时(比如状态数据从“1”向“0”跳跃的定时)间所含的状态数据数NB(C)，如缓冲器延迟测定回路110的说明，根据被测定对象信号SS(C)的频率f和在上述缓冲器回路间施加的延迟量τB决定，为NB(C)·τB＝1/f(c)的关系。
利用该关系，频率演算部62通过测定来自缓冲器延迟测定回路610的延迟测定用数据Ds的状态数据数NB计算延迟量τB，根据式f(C)＝1/(NB(C)·τB)能计算被测定对象信号SS(C)的频率f(C)。此时，如上述能高精度地计算延迟量τB，故也能高精度地计算被测定对象信号SS(C)的频率f(C)。据此，不用利用模拟回路，只用数字回路就能进行高精度的频率测定。
另外，在本实施方式中，示出了个别具有由同样的TDC形成的缓冲器延迟测定回路610和频率测定回路620，但如图5(B)所示，也能用由一个TDC构成的测定回路630进行频率测定。此时，在测定回路630的前段，可配备在数字处理中进行时钟信号CLK和被测定对象信号SS(C)的切换的输入信号回路631。通过这样的构成，能够进一步削减TDC的个数，能够更简便地实现频率测定装置。
[符号说明]
1-相位测定装置；11、61-数字测定部；110、610-缓冲器延迟测定回路；120-相位差测定回路；12-相位差演算部；2-GPS接收机；20-GPS天线；21-RF处理部；22-基带处理部；23-TCXO；3-基准信号产生装置；31-相位比较器；32-环路滤波器；33-VCO；34-倍增器；35、40-分频器；62-频率演算部；111、1231、1241-缓冲器回路；112、1232、1242-延迟回路；121-计数回路；122-计数锁存回路；620-频率测定部

Claims (3)

1.一种相位测定装置，具有：
缓冲器延迟量测定回路，该缓冲器延迟量测定回路具有多个缓冲器，与基于GPS接收信号通过测位演算计算的参考信号同步的时钟信号以一定的延迟时间在各个不同的定时输入该多个缓冲器，并且频率比该时钟信号低的采样基准信号同时输入该多个缓冲器，该多个缓冲器分别产生与在该采样基准信号的跳跃定时的所述时钟信号的电平相应的状态数据，该缓冲器延迟量测定回路输出由来自该多个缓冲器的状态数据群构成的延迟测定用数据；
相位差测定回路，所述相位差测定回路具有第1部分相位差测定回路，所述第1部分相位差测定回路具有多个缓冲器，产生成为测定对象的相位差的第1被测定对象信号和第2被测定对象信号中的所述第1被测定对象信号以及起因于所述延迟量的相互不同定时的所述时钟信号输入该多个缓冲器，该多个缓冲器各自产生与在所述第1被测定对象信号的跳跃定时的所述时钟信号的电平相应的状态数据，所述第1部分相位差测定回路输出由来自该多个缓冲器的状态数据群构成的第1相位差测定用数据；所述相位差测定回路还具有第2相位差测定用回路，所述第2相位差测定用回路具有多个缓冲器，所述第2被测定对象信号以及起因于所述延迟量的相互不同定时的所述时钟信号输入该多个缓冲器，该多个缓冲器各自产生与在所述第2被测定对象信号的跳跃定时的所述时钟信号的电平相应的状态数据，所述第2相位差测定用回路输出由来自该多个缓冲器的状态数据群构成的第2相位差测定用数据；所述相位差测定回路还具有第3部分相位差测定回路，该第3部分相位差测定回路利用所述第1被测定对象信号和所述第2被测定对象信号，赋予对所述时钟信号的1周期单位的个数进行测定的开始定时和结束定时，由此对所述相位差所含的所述时钟信号的1周期单位的个数进行计算；以及
相位差演算部，该相位差演算部基于所述延迟测定用数据计算各缓冲器间的所述延迟量，根据算出的所述延迟量、基于所述第1部分相位差测定用回路输出的所述第1相位差测定用数据的第1状态数据数、基于所述第2部分相位差测定用回路输出的所述第2相位差测定用数据的第2状态数据数、以及所述第3部分相位差测定回路算出的所述个数来计算所述相位差。
2.一种频率测定装置，具有：
缓冲器延迟量测定回路，该缓冲器延迟量测定回路具有多个缓冲器，与基于GPS接收信号通过测位演算计算的参考信号同步的时钟信号以一定的延迟时间在各个不同定时输入该多个缓冲器，并且频率比该时钟信号低的采样基准信号同时输入该多个缓冲器，该多个缓冲器分别产生与在该采样基准信号的跳跃定时的所述时钟信号的电平相应的状态数据，该缓冲器延迟量测定回路输出由来自该多个缓冲器的状态数据群构成的延迟测定用数据；
频率测定回路，该频率测定回路具有多个缓冲器，第3被测定对象信号以一定的延迟时间在各自不同的定时输入该多个缓冲器，并且频率比该第3被测定对象信号低的采样基准信号同时输入该多个缓冲器，该多个缓冲器分别产生与在该采样基准信号的跳跃定时的所述第3被测定对象信号的电平相应的状态数据，所述频率测定回路输出由来自该多个缓冲器的状态数据群构成的频率测定用数据；以及
频率演算部，该频率演算部基于所述延迟测定用数据计算各缓冲器间的所述延迟量，基于所述频率测定用数据和所述延迟量计算所述第3被测定对象信号的频率或周期。
3.一种频率测定装置，具有：
测定回路，该测定回路具有多个缓冲器，与基于GPS接收信号通过测位演算计算的参考信号同步的时钟信号或第3被测定对象信号的任意一个以一定的延迟时间在不同定时输入该多个缓冲器，并且频率比所述时钟信号以及所述第3被测定对象信号低的采样基准信号同时输入该多个缓冲器，该多个缓冲器分别产生与在所述采样基准信号的跳跃定时的所述时钟信号或所述第3被测定对象信号的电平相应的状态数据，在所述时钟信号被输入时所述测定回路输出由来自多个缓冲器的状态数据群构成的延迟测定用数据，在所述第3被测定对象信号被输入时所述测定回路输出由来自所述多个缓冲器的状态数据群构成的频率测定用数据；以及
频率演算部，基于所述延迟测定用数据计算各缓冲器间的所述延迟量，基于所述频率测定用数据和所述延迟量计算所述第3被测定对象信号的频率或周期。
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