CN103728893A - 一种探地雷达高精度时序控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种探地雷达高精度时序控制电路，包括与上位机进行通信的SPI接口；对SPI接口获得数据进行扫描的扫描单元；扫描单元发出的发射脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后直接向外输出，扫描单元发出的接收脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后经延时电路向外输出。本发明所公开的探地雷达高精度时序控制电路，可通过SPI接口进行参数设置，参数调节灵活；使用具有微调功能的延时芯片，最小可实现1ps精度延时；同步设计减少了时间抖动误差，提高了时序控制电路的稳定度；设置了多种扫描形式，探地雷达系统需要更改扫描形式时，高精度时序控制电路无需做任何硬件和软件更改，仅仅通过SPI接口进行参数设置即可实现。

Description

一种探地雷达高精度时序控制电路
技术领域
本发明涉及地下目标探测领域，尤其涉及探地雷达高精度时序控制电路。
背景技术
根据冲击脉冲体制等效采样原理的要求，雷达系统等效取样精度越高，还原的雷达信号越真实，目标的探测精度越高。探地雷达高精度时序控制电路是实现等效采样数据采集的关键，是探地雷达的核心技术，用于启动天线系统的采样保持和控制单元系统的A/D转换，它能够精确控制等效采样的采样时刻，确保雷达系统获取较高的时间分辨率。
高精度时序控制电路有斜波比较方式和可编程延迟芯片方式。斜波比较方式可以通过改变阶梯波阶梯电压调节步进间隔值Δt，但是模拟电路易受噪声、温度影响，相位噪声大，难以确保Δt值的高精度要求。有些可编程延迟芯片方式在实现过程中没有考虑到同步问题，抖动误差偏大，而抖动直接影响了高精度时序的稳定性。另外，在扫描形式上比较单一，只有步进扫描形式或步退扫描形式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种探地雷达高精度时序控制电路。
本发明采用如下技术方案：
一种探地雷达高精度时序控制电路，包括与上位机进行通信的SPI接口；对SPI接口获得数据进行扫描的扫描单元；扫描单元发出的发射脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后直接向外输出，扫描单元发出的接收脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后经延时电路向外输出。
进一步的，还包括有存储上位机发送命令参数的存储单元。
进一步的，所述的SPI接口、扫描单元和存储单元都集成于FPGA内。
进一步的，所述的主时钟为125MHz差分ECL时钟。
进一步的，所述的延时电路为具有微调功能的高精度可编程延时芯片。
进一步的，微调功能最小精度为1ps。
进一步的，扫描单元的扫描形式为步进扫描、步退扫描或叠加扫描。
本发明的有益效果为：
本发明所公开的探地雷达高精度时序控制电路，可通过SPI接口进行参数设置，参数调节灵活；使用具有微调功能的延时芯片，最小可实现1ps精度延时；同步设计减少了时间抖动误差，提高了时序控制电路的稳定度；设置了多种扫描形式，探地雷达系统需要更改扫描形式时，高精度时序控制电路无需做任何硬件和软件更改，仅仅通过SPI接口进行参数设置即可实现。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开的时序控制电路的电路方框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种探地雷达高精度时序控制电路，包括与上位机进行通信的SPI接口；对SPI接口获得数据进行扫描的扫描单元；扫描单元发出的发射脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后直接向外输出，扫描单元发出的接收脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后经延时电路向外输出。
进一步的，还包括有存储上位机发送命令参数的存储单元。
进一步的，所述的SPI接口、扫描单元和存储单元都集成于FPGA内。
进一步的，所述的主时钟为125MHz差分ECL时钟。
进一步的，所述的延时电路为具有微调功能的高精度可编程延时芯片。
进一步的，微调功能最小精度为1ps。
进一步的，扫描单元的扫描形式为步进扫描、步退扫描或叠加扫描。
具体的说：本实施例所公开的时序控制电路包括SPI接口设计、多种扫描形式设计、延时电路设计以及触发脉冲同步设计。SPI接口设计分别通过接插座上的CLK、CS、DATA信号与上位机相连接，探地雷达高精度时序控制电路通过SPI口接收上位机发送的命令参数，并将命令参数数据进行存储，FPGA根据SPI口接收参数选择扫描形式，通过计数比较方式对各种时序进行软件调整，输出信号连接触发脉冲同步设计，其中同步后的发射触发脉冲直接输出，同步后的接收触发脉冲经延时电路进行延时输出。
在FPGA内部模拟SPI时序编程。实现方法如下：
第一步：CS为高电平时，各个寄存器清空；
第二步：CS为低电平时，检测CLK时钟的上升沿，每个上升沿，数据进行一次移位，直至接收至32位数据，产生数据接收完成标志；
第三步：根据数据前8位，确定接收的数据类型，分别锁存于相应的寄存器。
根据存储数据中的扫描形式参数，多种扫描形式设计判别采取哪种扫描形式，具体如下：
扫描形式参数为1时, 程序调用加法计数器，以发射脉冲同频时钟作为计数时钟，步进长度参数作为计数终值，每个时钟上升沿步进计数值加1，完成时窗内步进扫描； 
扫描形式参数为2时, 程序调用减法计数器，以发射脉冲同频时钟作为计数时钟，步进长度参数作为计数初始值，每个时钟上升沿步进计数值减1，完成时窗内步退扫描；
扫描形式参数为3时, 程序根据参数中叠加次数N和步进长度参数，对发射脉冲同频时钟作为计数时钟，每N个时钟上升沿步进计数值加1，从而完成时窗内N次叠加扫描；
触发脉冲同步设计为了减小延时电路造成的时间抖动，对FPGA，即现场可编程门阵列输出的两个触发脉冲信号采取与主时钟同步方式。时钟源选择为125MHz差分ECL时钟，ECL时钟的优点是抖动小、转换速度快，选择此类时钟能够大大降低系统时钟抖动带来的误差。时钟源经时钟驱动器分为三路，第一路送往第一个D触发器输入时钟脚，实现发射触发脉冲与主时钟的同步；第二路送往第二个D触发器输入时钟脚，实现接收触发脉冲与主时钟的同步；第三路经电平转换为TTL电平送往FPGA。
延时电路设计由具有微调功能的高精度LVPECL电平可编程延时芯片实现，数据总线由FPGA产生，输入信号与触发脉冲同步输出信号相连接。以5ps精度延时为例，FPGA控制实现延时方案如下：
第一步：保持延时芯片数据总线不变，通过D/A调节延时芯片FTUNE输入电压，调节延时芯片输出5ps；
第二步：复位微调，通过延时芯片数据总线加1方式调节延时芯片输出10ps。
两个步骤依次循环，从而实现5ps的精确调节。

Claims (7)

1.一种探地雷达高精度时序控制电路，其特征在于：包括与上位机进行通信的SPI接口；对SPI接口获得数据进行扫描的扫描单元；扫描单元发出的发射脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后直接向外输出，扫描单元发出的接收脉冲在触发脉冲同步单元中与主时钟同步后经延时电路向外输出。
2.根据权利要求1所述的探地雷达高精度时序控制电路，其特征在于：还包括有存储上位机发送命令参数的存储单元。
3.根据权利要求2所述的探地雷达高精度时序控制电路，其特征在于：所述的SPI接口、扫描单元和存储单元都集成于FPGA内。
4.根据权利要求1所述的探地雷达高精度时序控制电路，其特征在于：所述的主时钟为125MHz差分ECL时钟。
5.根据权利要求1所述的探地雷达高精度时序控制电路，其特征在于：所述的延时电路为具有微调功能的高精度可编程延时芯片。
6.根据权利要求5所述的探地雷达高精度时序控制电路，其特征在于：微调功能最小精度为1ps。
7.根据权利要求1所述的探地雷达高精度时序控制电路，其特征在于：扫描单元的扫描形式为步进扫描、步退扫描或叠加扫描。
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