CN1066875C - 用于测定通信设备中的脉冲信号间相位差的方法及装置 - Google Patents

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    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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Abstract

本发明的方法用于在相位调整回路中测定相位差。该相位差是通过一个粗相位差和一个精相位差确定的。精相位差是用一个参考脉冲信号(rts)在下一个脉冲信号(ts)到来前流经一个延迟导体(VZL)中的延迟元件(VE)的数目表示的。用本发明的方法可精确地确定一个延迟元件(VE)的绝对运行时间(由于结构公差不同，各延迟元件(VE)或延迟导体(VZL)的运行时间会有很大的差异)。

Description

用于测定通信设备中的脉冲信号间相位差的方法及装置
在同步工作的通信设备的中央安装有一个高精度的、有故障保险功能的脉冲发生装置。由该脉冲发生装置产生的脉冲信号通过传输设备与待传输的数字信号、例如语音信号一同分配到通信网的各个部分中。借助于带有相位调整回路、即锁相回路的脉冲发生装置可在各个部分中产生各自的脉冲信号。该脉冲信号、也就是被分配的脉冲信号的相位与输入的高精度的参考脉冲信号一致。
在EP0389662B1号欧洲专利文献中公开了一种带有相位调整回路的脉冲信号发生装置。在该脉冲发生装置中，通过一个由脉冲测量装置和控制装置构成的相位调整回路使得在电压控制脉冲振荡器中产生的脉冲信号的相位和频率与输入的参考脉冲信号达到同步。在相位测量装置中，通过一个计数器、一个由串联在一起的延迟元件构成的延时线以及一个数字和运行时间寄存器来测定脉冲信号间的相位差。其中，用一个计数器对脉冲信号进行计数并将计数器在由参考脉冲信号确定并与脉冲信号同步的时间点、即正信号前波到达时所记下的各实际读数传输到一个数字寄存器中。
参考信号流经延迟导体上的各串联在一起的延迟元件，在每个由下一个脉冲信号确定的时间点，将一个由参考脉冲信号流经延迟元件的次数表示的运行时间信号传输到运行时间寄存器中。借助于计数器的读数及运行时间信号可在控制装置中计算出相位差。其中，通过实际的计数器读数与先前的读数之间的差可确定各脉冲信号周期间的相位差、即粗相位差；通过运行时间信号可确定在一个脉冲信号周期内的相位差、即精相位差。粗相位差与细相位差共同构成了脉冲信号与参考脉冲信号之间的相位差。相位差的计算是借助于设定在控制装置中的程序完成的。
延迟导体是由多个延迟元件构成的。由这类方式产生的运行时间链已公开在0274606号欧洲专利公开文献中。其中，延迟元件或运行时间延迟元件是通过n型沟道场效应管和p型沟道场效应管以及由此构成的倒相器构成的。根据元件公差的不同，特别是半导体元件公差的不同，延迟元件所具有的时间系数也不同，最大为4，例如可在0.5至2ns之间。由于运行时间信号是通过经过延迟元件的次数表示的，因此，在测定相位差时是将经过延迟元件的次数与一个延迟元件的运行时间相乘，由此在延迟导体中测定、即计算出的参考脉冲信号的时间值与实际值之间会产生显著的差别。这种差别主要是由如下原因产生的：在测定或计算使通常要预定一个运行时间的平均值，该值取自于由元件公差决定的实际最大值与最小值之间的中间值。
本发明的目的在于改进已知的测定相位差的方法、特别是改进脉冲信号与参考脉冲信号之间相位差的精确度。本发明的目的是通过如下方案实现的：用于测定一个脉冲信号和一个参考脉冲信号之间的相位差的方法，其中：
-用一个计数装置对脉冲信号进行计数；
-将在由参考脉冲信号确定并与脉冲信号同步的时间点获得的各实际计数器读数传输到一个数字寄存器中；
-参考脉冲信号流经延时线上的各串联在一起的延迟元件；
-在每个由下一个脉冲信号确定的时间点，将一个由参考脉冲信号流经延迟元件的次数表示的运行时间信号传输到运行时间寄存器中；其特征在于：
-将另一个用参考脉冲信号在一个周期在内通过延迟元件的次数表示的运行时间信号传输到一个附加的运行时间寄存器中；
-借助于另一个运行时间信号以及脉冲信号的周期时间确定出一个延迟元件的绝对运行时间；
-借助于一个延迟元件的绝对运行时间确定出绝对运行信号；以及
-借助于储存的计数器读数和绝对运行信号测定相位差。
本发明的主要特点是，借助于一个附加的运行时间寄存器、即一个中间存储器，测定出一个参考脉冲信号、即一个参考脉冲信号的信号波前在该信号的一个周期内通过延迟元件的次数并将其存入该存储器中。由于一个脉冲信号的一个周期的时间、如100ns可精确确定，因而通过用一个脉冲信号的一个周期的时间除以已确定的通过延迟元件的次数可以精确地测定出一个延迟元件的绝对运行时间。通过将一个延迟元件的绝对运行时间乘以测定出的通过延迟元件的次数可确定出一个参考脉冲信号或其信号波前从一个参考脉冲信号开始到接下来的一个脉冲信号的开始(用其波前表示)之间所占有的总时间。根据一个脉冲信号的周期可通过上述值计算出相位差。本发明方法的优点在于可十分精确地确定出一个延迟元件的运行时间并由此可十分精确地计算出相位差、特别是精相位差。这意味着在一个相位调整回路中可使脉冲信号与参考脉冲信号精确地达到同步，其原因是实现本发明方法的相位差测量装置具有相当高的分辨率、即相当高的精确度。
图1是本发明的一个相位测量装置的方框图。
以下将借助于框图进一步描述本发明的方法。
该框图表示了一个相位测量装置PME(用点划线围起来的部分)。该相位测量装置是由一个计数装置ZE、一个数字寄存器ZR、一个延时线VZL、一个十进数-二进数转换器DBW、一个运行时间寄存器LZR以及一个附加的运行时间寄存器WLZR、一个“与门”逻辑电路U、一个第一及第二触发器KS1、KS2及微处理器MP的一部分构成的。相位测定装置PME的第一输入端E1与计数装置ZE的输入端E以及两触发器KS1、KS2的各触发输入端TE相连。通过第一输入端E1，向两触发器KS1、KS2的触发输入端TE及计数装置的输入端E提供周期为诸如100ns的脉冲信号。计数装置ZE的输出端A与数字寄存器ZR的输入端E相连。从计数装置ZE的输出端A给出在计数装置ZE中计数的脉冲信号ts的计数器读数zs。例如该读数由20个输出端(代表计数装置中的20比特)表示。这意味着该计数装置ZE通过20根导线L与数字寄存器ZR相连。
相位测量装置PME的第二输入端E2与第一翻转器KS1的一个输入端D、例如触发器KS1的D输入端及“与”逻辑电路U的一个输入端相连。第一触发器KS1的输出端Q与第二触发器KS2的输入端D相连。第一触发器的翻转输出端Q′与“与”逻辑电路U的另一输入端相连。“与门”逻辑电路U的输出端使延迟导体VZL的一个输入端连接。延迟导体VZL中有一系列首串联的延迟元件VE，其构成运行时间链。各延迟元件VE或运行时间元件是通过诸如n型沟槽及p型沟槽场效应管及由此构成的倒相器实现的。由这种方式构成的运行时间链已公开在0274606号欧洲专利公开文献中。若采用这种实施方案，该延迟导体VZL是由200个延迟元件构成的，其中各延迟元件VE的绝对运行时间因结构公差不同而异，其范围可为0.5至2ns。在延迟时间最小(0.5ns)时，一个信号波前或一个信号通过延时线的运行时间为100ns。由于一个脉冲信号ts的周期时间也同样为100ns，因而可在一个脉冲信号ts的一个周期内测定一个信号波前或一个信号的运行时间。设置在延时线VZL的延迟元件VE之间的200个输出端(细节免述)分别引入到一个十进制-二进制转换器DNW上。在该转换器中，根据从延迟元件VE的输出端给出的二进制信号产生的二进制编码信号cd并通过十进制-二进制转换器DBW的输出端A传输到附加的运行时间寄存器WZR中。存储在附加的运行时间寄存器WLZR中的信号cd可通过箭头表示的连线输送到微处理器MP中进一步处理。在该附加的运行时间寄存器WLZR上还有一个信号接受端UE，该接受端与第二触发器KS2的输出端Q相连。
第一触发器KS1的翻转输出端Q′还与运行时间寄存器LZR的接受端UE和数字寄存器ZR的接受端UE相连。十进制-二进制转化器DBW的输出端A还沿着平行于附加的运行时间寄存器WLZR的方向引入到运行时间寄存器LZR上。存储在运行时间寄存器LZR中的信号类似于在附加的运行时间寄存器WLZR的信号一样，即都通过箭头表示的连线与微处理器MP连接，以便进一步处理。
进入第一输入端E1的脉冲信号ts在计数装置ZE中连续计数。进入第二输入端E2的参考脉冲信号rts、例如由一个正波前信号表示的脉冲信号输送到第一触发器KS1的输入端D及“与”逻辑电路中U。随着下一个脉冲信号ts的波前、如正波前信号一起，参考脉冲信号rts的波前变化值通过输出端Q进入第二翻转器KS2的输入端D。第一触发器KS1的翻转输出端Q′在脉冲信号ts的正波前到达前为高电位。这意味着，在参考脉冲信号rts的正波前到达时，“与门”逻辑电路U的两输入端均为高电位并且“与门”逻辑电路U的输出端被控制为高电位。这样，参考脉冲信号rts的正波前被控制到延迟导体VE的输入端E处并顺序地通过延时线VZL。于是，延迟导体VZL的输出端不断地改变其电位、也就是信号i，该信号i又通过十进制-二进制转换器不断地被转换为编码信号cd。该编码信号cd以诸如二进制或十六进制的形式代表通过延迟元件VE的次数。当脉冲信号ts、如其正波前到达时，如前已述，第一触发器KS1的翻转输出端Q′将从高电位变为低电位。该波前、或电位的变化使得在十进制-二进制转换器DBW的输出端上的编码信号cd被传输到运行时间寄存器LZR中。实际传输的编码信号cd代表从输入的参考脉冲信号rts的信号变化到下一个脉冲信号ts的信号变化之间通过延迟元件VE的次数。
随着前面提到的脉冲信号ts的波前变化之后到来的脉冲信号ts的输入，前述的参考脉冲信号rts′的波前变化在第二触发器KS2的输出端Q处控制。通过该参考脉冲信号rts′的波前变化，在十进制-二进制转换器的输出端A处的编码信号cd被附加的运行时间寄存器WLZR接受。该仅存储在附加运行时间寄存器WLZR的编码信号cd代表在脉冲信号的一个周期内从参考脉冲信号rts的波前变化起经过延迟元件VE的次数。例如，在脉冲信号ts的周期时间为100ns时，经过延迟元件VE的次数为125，则说明一个延迟元件VE的绝对运行时间是100除以125，即0.8ns。该计算是通过将附加运行时间寄存器WLZR中的编码信号读入到微处理器MP中完成的、其中，该脉冲信号ts的一个周期的时间、如100ns被储存到微处理器MP中。根据由此计算出的一个延迟元件VE的绝对运行时间可以借助于存储在运行时间寄存器LZR中的编码信号cd在微处理器MP中确定出在脉冲信号ts的一个周期内的相位差。其中，将编码信号cd给出的、通过延迟元件VE的次数与一个延迟元件VE的绝对运行时间相乘从而确定出总运行时间。这样，再借助于与脉冲信号ts的周期时间的关系即可计算出在一个脉冲信号ts内的相位差。在一个脉冲信号ts内测定的相位差表示细相位差。
在第一触发器KS1的翻转输出端Q′处出现的参考脉冲信号rts′使得计数装置ZE中的实际读数zs又被输送到数字寄存器ZR中。微处理器MP读入该实际读数zs并将其与前面的参考脉冲信号rts的预定读数比较，从而测定出由于相位偏差而产生的脉冲信号的周期偏差。随后测定出以脉冲信号ts的脉冲周期表示的相位差。该相位差表示粗相位差。通过合计粗相位差与精相位差可在微处理器MP中计算出脉冲信号ts与参考脉冲信号rts之间的总相位差。由于这样测定的相位差采用的是测定延迟元件VE的绝对运行时间因而准确度或分辨率很高。所以，本发明方法可在相位测量装置PME中安装高精度的相位调正电路。该高精度的相位调整电路可设置在通信设备的脉冲装置中，特别是可设置在在数字程控传输装置中。因此，本发明方法可用在所有通信设备中，其中借助于输入的高精度参考脉冲信号可使高精度的相位调整电路同步。

Claims (5)

1、用于测定一个脉冲信号(ts)和一个参考脉冲信号(rts)之间的相位差的方法，其中：
-用一个计数器(ZE)对脉冲信号(ts)进行计数；
-将在由参考脉冲信号(rts)确定并与脉冲信号(ts)同步的时间点获得的各实际计数器(zs)读数传输到一个数字寄存器(ZR)中；
-参考脉冲信号(rts)流经延时线(VZL)上的各串联在一起的延迟元件(VE)；
-在每个由下一个脉冲信号(ts)确定的时间点，将一个由参考脉冲信号(rts)流经延迟元件(VE)的次数表示的运行时间信号(cd′)传输到运行时间寄存器(LZR)中；其特征在于：
-将另一个用参考脉冲信号(rts)在一个周期内通过延迟元件(VE)的次数表示的运行时间信号(wcd)传输到一个附加的运行时间寄存器(WLZR)中；
-借助于另一个运行时间信号(wcd)以及脉冲信号(ts)的周期时间确定出一个延迟元件(VE)的绝对运行时间；
-借助于一个延迟元件(VE)的绝对运行时间确定出绝对运行信号(cd′)；以及
-借助于储存的计数器读数(zs)和绝对运行信号(cd′)测定相位差。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过用一个脉冲信号(ts)的一个周期的时间除以用通过延迟元件的次数表示的另一运行时间信号(wcd)可以测定出一个延迟元件(VE)的绝对运行时间。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
-通过减去前一个计数器读数(zs)的实际值可确定用脉冲信号(ts)的周期表示的一个脉冲信号(ts)相对于一个参考脉冲信号(rts)的粗相位差；
-将一个延迟元件(VE)的绝对运行时间乘以用运行时间信号(cd′)表示的通过延迟元件(VE)的次数，从而确定出在脉冲信号(ts)的一个周期内的精相位差；以及
-通过合计粗相位差及细相位差确定脉冲信号(ts)和参考脉冲信号(rts)之间的相位差确定出脉冲信号(ts)相对于一个参考脉冲信号(rts)的相位差。
4、如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，由脉冲信号或参考脉冲信号(ts、rts)确定的时间点是通过脉冲信号(ts)或参考脉冲信号(rts)的负波前或正波前表示的。
5、用于测定脉冲信号(ts)与参考脉冲信号(rts)之间相位差的装置，包括：
-一个用于对脉冲信号(ts)计数的计数器(ZE)，其计数结果用一个计数器读数(zs)表示；
-一个在由与脉冲信号(ts)同步的参考脉冲信号(rts)确定的时间点接受各实际计数器(zs)读数的数字寄存器(ZR)；
-一个用于使参考信号(rts)流经的、由各串联在一起的延迟元件(VE)构成的延时线(VZL)；
-一个在每个由下一个脉冲信号(ts)确定的时间点，接受用一个由参考脉冲信号(rts)流经延迟元件(VE)的次数表示的运行时间信号(cd′)的运行时间寄存器(LZR)；其特征在于其还包括：
-一个接受另一个用参考脉冲信号(rts)在一个周期内通过延伸元件(VE)的次数表示的运行时间信号(wcd)的附加的运行时间寄存器(WLZR)；
-一个微处理器(MP)，该处理器可完成：
--借助于另一个运行时间信号(wcd)以及脉冲信号(ts)的周期时间确定出一个延迟元件(VE)的绝对运行时间；
--借助于一个延迟元件(VE)的绝对运行时间确定出绝对运行信号(cd′)；以及
--借助于储存的计数器读数(zs)和绝对运行信号(cd′)测定相位差。
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