CN102565673A - 基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统 - Google Patents

基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102565673A
CN102565673A CN2011104480184A CN201110448018A CN102565673A CN 102565673 A CN102565673 A CN 102565673A CN 2011104480184 A CN2011104480184 A CN 2011104480184A CN 201110448018 A CN201110448018 A CN 201110448018A CN 102565673 A CN102565673 A CN 102565673A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
pulse
signal
sent
fpga
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104480184A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102565673B (zh
Inventor
任宾
崔颖
徐亮
郭林肖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Original Assignee
Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute filed Critical Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Priority to CN201110448018.4A priority Critical patent/CN102565673B/zh
Publication of CN102565673A publication Critical patent/CN102565673A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102565673B publication Critical patent/CN102565673B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统，包括测试系统、数字万用表和辅助设备，辅助设备用于产生测试电流并提供给待测电路，测试系统向数字万用表提供采样控制信号、向待测电路提供多路脉冲，数字万用表在采用控制信号的控制下对辅助设备的测试电流进行电压采样。本发明解决了传统的脉冲计数方难以保证实时性、存在计数误差、测试系统包含的仪器设备较多、通用性不强、人工强度大、存在较多人为误差、测试效率低的技术问题，能够实现多路脉冲高可靠可逆计数，并能输出多路时序可调脉冲信号、测量I/F转换电路相关技术指标。

Description

基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统。
背景技术
高精度I/F转换电路作为惯性测量装置中的核心电路，其性能指标的高低直接影响到惯性测量装置的测量精度，因此对高精度I/F转换电路的性能指标精确测试显得至关重要。
I/F转换电路的输出为2～13路有着严格时序与逻辑关系的脉冲。传统的脉冲计数方法基于总线与硬件中断方式，输入脉冲频率较高的情况下难以保证实时性，存在计数误差；并且测试系统包含的仪器设备较多，通用性不强，人工强度大，存在较多人为误差，测试效率低。为了改善测试流程，提高生产效率，确保测试精度，需要自动化程度较高的基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统。
发明内容
本发明目的是提供一种基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统，其能够实现多路脉冲高可靠可逆计数，并能输出多路时序可调脉冲信号、测量I/F转换电路相关技术指标。
本发明的技术解决方案是：
一种基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统，其特征在于：
包括测试系统、数字万用表和辅助设备；
所述辅助设备用于产生测试电流并提供给待测电路；
所述测试系统向数字万用表提供采样控制信号、向待测电路提供多路脉冲；
所述数字万用表在采用控制信号的控制下对辅助设备的测试电流进行电压采样；
所述测试系统包括多路并行可逆计数单元、采样控制与综合计算单元、数据传输协议单元、数字万用表SCPI语言通信单元和多路脉冲发生单元；
所述多路并行可逆计数单元包括并行的多通道计数电路，所述每个通道计数电路包括正脉冲累加电路、负脉冲累加电路、减法器和计数值寄存器；所述正脉冲累加电路和负脉冲累加电路均包括依次连接的电平转换机滤波电路、施密特触发器和累加器；所述正脉冲累加电路和负脉冲累加电路的电平转换及滤波电路分别接待测电路的多路输出正负脉冲，所述正脉冲累加电路和负脉冲累加电路的累加器输出信号分别送入减法器，所述减法器的输出信号送入计数值寄存器；
所述采样控制与综合计算单元包括标频信号切换电路、技术周期及时序控制电路、延时电路和清零逻辑电路；所述标频信号切换电路的输入端分别接外标频信号和内标频信号，其输出标频信号送入计数周期及时序控制电路，所述计数周期及时序控制电路的一路输出信号经延时后送入清零逻辑电路，所述清零逻辑电路的输出清零信号送入每个通道的所有累加器中；所述计数周期及时序控制电路的另一路输出信号送入每个通道的计数值寄存器，所述计数值寄存器中的值作为采样同步信号送入数字万用表SCPI语言通信单元；
所述数字万用表SCPI语言通信单元在采样同步信号的控制下通过串行通信接口电路和数据传输协议单元读取数字万用表的电压采样数值；
所述多路脉冲发生单元包括时钟源电路、PLL锁相环电路、复位控制电路、并行的多路脉冲发生电路；所述每路脉冲发生电路包括可预置循环计数器、比较器逻辑电路、脉冲上升沿寄存器、脉冲下降沿寄存器和脉冲电平驱动电路；所述时钟源电路的时钟信号送入PLL锁相环电路，所述PLL锁相环电路的一路输出送入复位控制电路，所述PLL锁相环电路的另一路输出送入每路的可预置循环计数器，所述可预置循环计数器的计数结果送入比较器逻辑电路，所述脉冲上升沿寄存器和脉冲下降沿寄存器均与比较器逻辑电路相连；所述比较器逻辑电路的输出信号经过脉冲电平驱动电路后作为向待测电路提供的多路脉冲；所述复位控制电路的复位信号送入可预置循环计数器的复位端。
上述测试系统还包括输入电平控制电路，所述输入电平控制电路用于控制待测电路的多路输出脉冲的电平。
上述串行通信接口电路采用RS232串口通信电路。
上述待测电路为I/F转换电路。
本发明的优点：
1、脉冲计数功能稳定可靠，具有不丢数、实时性强的优点。硬件上采用FPGA现场可编程逻辑器件以及一种并行架构技术，软件上采用一种严格时序技术，确保输入脉冲信号频率在0Hz～10MHz范围内，多路输入脉冲可逆计数的高可靠性。
2、输出脉冲信号具有占空比及相互之间时序可调的特点。以FPGA内硬件PLL锁相环产生的时钟周期为最小单位，输出脉冲信号周期及占空比可任意设置，且多路输出脉冲信号之间可任意调整前、后沿的相对时间顺序。
3、通过对I/F转换电路输入信号的高精度采样，结合同一时间内脉冲计数值，能够对I/F转换电路的关键指标做出优于3ppm的评判。这对高精度I/F转换电路(关键指标要求小于20ppm)的测试考核有着非常实际的应用价值。
附图说明
图1为本发明测试系统的应用示意图；
图2为本发明测试系统原理框图；
图3为本发明脉冲计数电路原理框图；
图4为本发明脉冲计数方法流程图；
图5为本发明脉冲计数电路的脉冲发生电路原理框图；
图6为本发明测试系统的采样计算原理框图。
具体实施方式
1、脉冲发生电路参见图5、外部高精度时钟源频率信号通过硬件PLL锁相环后提供给脉冲发生电路作为时基信号，频率可达200MHz；FPGA内部按照输出脉冲的数量配置相同数量的64位可预置循环计数器，对于每一路输出脉冲，设定循环计数器循环值(相当于设定了脉冲周期)、上升沿寄存器、下降沿寄存器，将时基信号引入循环计数器计数，并将计数值与两个寄存器的值在比较器内进行比较，分别控制产生脉冲的上升沿、下降沿；输出的脉冲经电平驱动电路后输出多路脉冲(脉冲1、脉冲2、脉冲3......)。
脉冲发生电路产生脉冲的精确度取决于PLL锁相环产生的实际频率精确度，以200MHz时基信号为例，相当于5ns。以脉冲1和脉冲2的发生来说明，初始状态两路脉冲各自的循环计数器循环值均做了设置，相当于确定了每路脉冲的周期(5ns的倍数)，复位控制信号到来后首先将计数器值置零，然后各计数器对时基信号计数，当到达脉冲1上升沿寄存器数值时，经过比较器1比对，脉冲1由低电平变为高电平，当到达脉冲1下降沿寄存器数值时，经过比对，脉冲1由高电平变为低电平；同理脉冲2。这样通过对两路脉冲各自循环计数器循环值及上升沿、下降沿寄存器的精确赋值，就能够准确控制两脉冲前后沿的相对位置，脉冲周期以及占空比。更多路脉冲发生也是同样的原理。
2、脉冲计数电路参见图3和图4，脉冲计数电路主要含两部分：脉冲信号整形并进行累加计数；按照严格的时序对脉冲数进行减法计算并清零累加器。以一个计数周期来说明，初始状态同一路正、负两个通道的累加器均为零，当有脉冲输入时，首先通过RC滤波电路滤除高频干扰信号，后接施密特触发器滤除毛刺，余下信号为实际有用信号，输入FPGA后通过沿触发使相应的累加器加一，这样持续下去直到此计数周期结束，此时首先将正、负两个通道的累加器数值做减法运算，并将结果送入相应寄存器，接着在20ns时间内将全部累加器清零开始下一个计数周期。
脉冲计数电路首先将外输入的包含杂波噪声的多路脉冲(图中的A通道正脉冲、A通道负脉冲、B通道正脉冲、B通道负脉冲、C通道正脉冲......)通过电平转换及滤波电路(其中的无源滤波网络进行整形和消减杂波抖动，电平转换电路再将脉冲使信号幅值降为适合FPGA硬件I/O接口电平)后送入施密特触发器用于抑制随机干扰信号。任意通道正、负两路脉冲分别通过各自的累加器计数，并在计数周期及时序控制电路的控制下通过减法器得到算术结果，将结果放置到特定的寄存器内。多路脉冲之间为完全独立的硬件，相互无影响。
3、采样测试电路参见图3、图5和图6，对高精度I/F转换电路进行测试，输入电流值一般取固定的几个点，20秒计数值通常在5×105以上，假设这段时间内该电路的输入电流为绝对整数(如：5.000000mA)的情况下，一个计数值误差将导致2ppm的测试误差；但实际输入电流不可能为绝对整数，一般精度偏差在10ppm左右(如：5.000050mA)，如果不对这一偏差进行校正，直接将该计数值作为5mA输入下的数值，将导致大于10ppm的测试误差，影响到高精度I/F转换电路的指标测定。本发明将每组计数值与I/F转换电路输入电流采样值作除法运算，大大减小了测试误差，能够更客观的对高精度I/F转换电路各项性能指标进行测定。
当到达设定的计数周期后，脉冲计数电路产生一采样同步信号，该信号驱动采样控制与综合计算单元按照SCPI语言电压采样命令格式发送串行指令通过RS232串口到外接高精度数字万用表并等待结果，读到的数据与计数值做数学运算，并将计算结果通过RS232串口输出。

Claims (4)

1.一种基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统，其特征在于：
包括测试系统、数字万用表和辅助设备；
所述辅助设备用于产生测试电流并提供给待测电路；
所述测试系统向数字万用表提供采样控制信号、向待测电路提供多路脉冲；
所述数字万用表在采用控制信号的控制下对辅助设备的测试电流进行电压采样；
所述测试系统包括多路并行可逆计数单元、采样控制与综合计算单元、数据传输协议单元、数字万用表SCPI语言通信单元和多路脉冲发生单元；
所述多路并行可逆计数单元包括并行的多通道计数电路，所述每个通道计数电路包括正脉冲累加电路、负脉冲累加电路、减法器和计数值寄存器；所述正脉冲累加电路和负脉冲累加电路均包括依次连接的电平转换机滤波电路、施密特触发器和累加器；所述正脉冲累加电路和负脉冲累加电路的电平转换及滤波电路分别接待测电路的多路输出正负脉冲，所述正脉冲累加电路和负脉冲累加电路的累加器输出信号分别送入减法器，所述减法器的输出信号送入计数值寄存器；
所述采样控制与综合计算单元包括标频信号切换电路、技术周期及时序控制电路、延时电路和清零逻辑电路；所述标频信号切换电路的输入端分别接外标频信号和内标频信号，其输出标频信号送入计数周期及时序控制电路，所述计数周期及时序控制电路的一路输出信号经延时后送入清零逻辑电路，所述清零逻辑电路的输出清零信号送入每个通道的所有累加器中；所述计数周期及时序控制电路的另一路输出信号送入每个通道的计数值寄存器，所述计数值寄存器中的值作为采样同步信号送入数字万用表SCPI语言通信单元；
所述数字万用表SCPI语言通信单元在采样同步信号的控制下通过串行通信接口电路和数据传输协议单元读取数字万用表的电压采样数值；
所述多路脉冲发生单元包括时钟源电路、PLL锁相环电路、复位控制电路、并行的多路脉冲发生电路；所述每路脉冲发生电路包括可预置循环计数器、比较器逻辑电路、脉冲上升沿寄存器、脉冲下降沿寄存器和脉冲电平驱动电路；所述时钟源电路的时钟信号送入PLL锁相环电路，所述PLL锁相环电路的一路输出送入复位控制电路，所述PLL锁相环电路的另一路输出送入每路的可预置循环计数器，所述可预置循环计数器的计数结果送入比较器逻辑电路，所述脉冲上升沿寄存器和脉冲下降沿寄存器均与比较器逻辑电路相连；所述比较器逻辑电路的输出信号经过脉冲电平驱动电路后作为向待测电路提供的多路脉冲；所述复位控制电路的复位信号送入可预置循环计数器的复位端。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统，其特征在于：所述测试系统还包括输入电平控制电路，所述输入电平控制电路用于控制待测电路的多路输出脉冲的电平。
3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统，其特征在于：所述串行通信接口电路采用RS232串口通信电路。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的高可靠脉冲计数测试系统，其特征在于：所述待测电路为I/F转换电路。
CN201110448018.4A 2011-12-18 2011-12-18 基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统 Active CN102565673B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110448018.4A CN102565673B (zh) 2011-12-18 2011-12-18 基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110448018.4A CN102565673B (zh) 2011-12-18 2011-12-18 基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102565673A true CN102565673A (zh) 2012-07-11
CN102565673B CN102565673B (zh) 2014-05-28

Family

ID=46411579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110448018.4A Active CN102565673B (zh) 2011-12-18 2011-12-18 基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102565673B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103368531A (zh) * 2013-06-13 2013-10-23 郑州威科姆科技股份有限公司 完备性定时脉冲同步性能测试方法及其装置
CN103684431A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 电子科技大学 可快速锁定的锁相环及其锁定方法
CN107526023A (zh) * 2017-08-17 2017-12-29 上海华岭集成电路技术股份有限公司 一种ate多时域测试装置
CN109188106A (zh) * 2018-08-18 2019-01-11 国营芜湖机械厂 一种航空机载设备点火脉冲的脉宽测量电路
CN109543811A (zh) * 2018-10-31 2019-03-29 上海希路智能科技有限公司 一种计数电路、计数方法及芯片
CN109765477A (zh) * 2018-12-20 2019-05-17 西安现代控制技术研究所 用于加速度计信号采集板的测试设备
CN110865262A (zh) * 2019-11-29 2020-03-06 广东电网有限责任公司 继电保护测试仪的通用测试方法、装置设备及存储介质
CN111413549A (zh) * 2020-04-26 2020-07-14 上海航天计算机技术研究所 高可靠脉宽信号检测系统、平台及方法
CN112859786A (zh) * 2021-01-20 2021-05-28 西安热工研究院有限公司 一种火力发电厂pi卡自动复位控制系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003060615A2 (en) * 2002-01-07 2003-07-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Pulse output function for programmable logic controller
US7275021B2 (en) * 2004-11-26 2007-09-25 Vacon Oyj Measuring method and arrangement
CN101871968A (zh) * 2009-04-24 2010-10-27 郑州威科姆科技股份有限公司 可靠的时标脉冲测量方法及其测量装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003060615A2 (en) * 2002-01-07 2003-07-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Pulse output function for programmable logic controller
US7275021B2 (en) * 2004-11-26 2007-09-25 Vacon Oyj Measuring method and arrangement
CN101871968A (zh) * 2009-04-24 2010-10-27 郑州威科姆科技股份有限公司 可靠的时标脉冲测量方法及其测量装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.DASGUPTA等: "：Implementation of a universal logic system of generating commutating pulses in matrix converters using FPGAs", 《IEEE CONFERENCE PUBLICATIONS》 *
孟俊芳等: "惯导装置中I/F变换器静态测试方法研究", 《航空兵器》 *
王健等: "I/F变换器测试系统设计", 《西安工业学院学报》 *
郅银周等: "基于FPGA的脉冲变换器测试系统设计", 《电测与仪表》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103368531B (zh) * 2013-06-13 2015-10-28 郑州威科姆科技股份有限公司 完备性定时脉冲同步性能测试方法及其装置
CN103368531A (zh) * 2013-06-13 2013-10-23 郑州威科姆科技股份有限公司 完备性定时脉冲同步性能测试方法及其装置
CN103684431A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 电子科技大学 可快速锁定的锁相环及其锁定方法
CN107526023A (zh) * 2017-08-17 2017-12-29 上海华岭集成电路技术股份有限公司 一种ate多时域测试装置
CN109188106A (zh) * 2018-08-18 2019-01-11 国营芜湖机械厂 一种航空机载设备点火脉冲的脉宽测量电路
CN109543811B (zh) * 2018-10-31 2023-06-16 上海希路智能科技有限公司 一种计数电路、计数方法及芯片
CN109543811A (zh) * 2018-10-31 2019-03-29 上海希路智能科技有限公司 一种计数电路、计数方法及芯片
CN109765477A (zh) * 2018-12-20 2019-05-17 西安现代控制技术研究所 用于加速度计信号采集板的测试设备
CN109765477B (zh) * 2018-12-20 2021-07-02 西安现代控制技术研究所 用于加速度计信号采集板的测试设备
CN110865262B (zh) * 2019-11-29 2022-07-26 广东电网有限责任公司 继电保护测试仪的通用测试方法、装置设备及存储介质
CN110865262A (zh) * 2019-11-29 2020-03-06 广东电网有限责任公司 继电保护测试仪的通用测试方法、装置设备及存储介质
CN111413549A (zh) * 2020-04-26 2020-07-14 上海航天计算机技术研究所 高可靠脉宽信号检测系统、平台及方法
CN111413549B (zh) * 2020-04-26 2022-07-12 上海航天计算机技术研究所 高可靠脉宽信号检测系统、平台及方法
CN112859786A (zh) * 2021-01-20 2021-05-28 西安热工研究院有限公司 一种火力发电厂pi卡自动复位控制系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102565673B (zh) 2014-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102565673B (zh) 基于fpga的高可靠脉冲计数测试系统
CN102495912B (zh) 一种具有同步校正功能的多通道高速数据采集系统
CN100575965C (zh) 一种单片机测量频率的方法
CN101871968B (zh) 可靠的时标脉冲测量方法及其测量装置
CN105549379A (zh) 一种基于高精度时间基准触发的同步测量装置及方法
CN102928677A (zh) 一种纳米级脉冲信号采集方法
CN105656456B (zh) 一种高速高精度数字脉冲发生电路及脉冲发生方法
CN104991440A (zh) 高精度irig-b(ac)码解调方法及装置
CN113092858B (zh) 一种基于时频信息测量的高精度频标比对系统及比对方法
CN103197145A (zh) 一种超高分辨率相位差测量的方法及系统
CN105245203B (zh) 高精度低速时钟占空比检测系统及方法
CN103248356A (zh) 一种基于采用锁相环脉冲插值技术的计数器及实现方法
CN203275520U (zh) 基于重合脉冲计数的异频信号相位重合检测系统
CN103135650B (zh) 电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法
CN103969508B (zh) 一种实时高精密的电力谐波分析方法及装置
CN103176045A (zh) 基于重合脉冲计数的异频双相位重合检测系统及方法
CN104297543A (zh) 一种具有通道同步功能的混合示波器
CN101556325B (zh) 快速电能误差检定方法
CN103105534B (zh) 基于fpga相同周期信号的相位差测量方法
CN102104384B (zh) 差分延时链单元及包括其的时间数字转换器
CN103364819B (zh) 一种基于fpga的高精度符合计数器实现方法
CN102854374B (zh) 一种功率单元体直流电压检测装置及方法
CN203950131U (zh) 一种基于fpga的高精度时间间隔测量装置
TW201303532A (zh) 時間量測方法及系統
CN105187053A (zh) 一种用于tdc的亚稳态消除电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant