CN109656122B - 高精度脉冲时间间隔测量方法与电路 - Google Patents

高精度脉冲时间间隔测量方法与电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子测量技术领域，具体涉及一种基于集成鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量方法和电路。本发明基于集成鉴相鉴频器的比相作用，在数字信号处理器的控制下，利用真有效值转换器和A/D转换器的转换，由数字信号处理器测算得到两路同频脉冲信号的准确相位差参数；再通过分频器降低输入脉冲的频率，由DSP直接、多次测量得到准确的脉冲周期，最后计算得到两个脉冲的时间间隔。测量精度高，可测脉冲信号频率高。

Description

高精度脉冲时间间隔测量方法与电路
技术领域
本发明涉及电子测量技术领域的脉冲时间间隔测量技术，具体涉及一种基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量方法与电路。
背景技术
脉冲时间间隔测量在无线通信、定位定时、遥感测控、数字示波器等领域有着广泛的应用。时间间隔测量技术由来已久，大致可分为模拟测量法和数字测量法两大类。传统的模拟测量法受器件工作速度限制及外界干扰的影响，测量精度不可能很高；而纯数字测量法测量精度可以较高，但需要大规模专用集成电路的支撑，工艺复杂、生产成本高。
发明内容
为了克服上述技术问题的缺点，本发明提供了一种高精度脉冲时间间隔测量方法与电路，用于对两路同频率脉冲的时间间隔进行准确测量。
本发明的基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a.选取一个ECL集成鉴相鉴频器，使其Vcc接+5V，Vee接地，工作于PECL逻辑状态，其两个脉冲输入端分别为R、V；选取四个同型号转换型直流继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)；b.将两路待测输入脉冲中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测输入脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路后，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端V；c.所述ECL集成鉴相鉴频器的输出端U接到继电器J1(1)的中间触点Z1，继电器J1(1)的常闭触点B1连接到继电器J2(2)的常闭触点B2，继电器J1(1)的常开触点A1经过隔直流电容C2连接到第一真有效值转换器的输入端，第一真有效值转换器的输出端连接到继电器J2(2)的常开触点A2，继电器J2(2)的中间触点Z2连接到第一A/D转换器的模拟电压输入端；d.所述ECL集成鉴相鉴频器的另一个输出端
Figure GDA0002487642550000011
接到继电器J3(3)的中间触点Z3，继电器J3(3)的常闭触点B3连接到继电器J4(4)的常闭触点B4，继电器J3(3)的常开触点A3经过隔直流电容C3连接到第二真有效值转换器的输入端，第二真有效值转换器的输出端连接到继电器J4(4)的常开触点A4，继电器J4(4)的中间触点Z4连接到第二A/D转换器的模拟电压输入端；e.选取一个数字信号处理器DSP，通过继电器控制电路控制继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)的触点切换，并对第一A/D转换器和第二A/D转换器的输出数字量进行测算；f.将一个频率为1kHz的已知标准方波信号同时加到所述输入1端子和输入2端子，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1连通、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，使得所述集成鉴相鉴频器U端输出的低电平电压送到第一A/D转换器的模拟电压输入端，所述集成鉴相鉴频器
Figure GDA0002487642550000024
端输出的高电平电压送到第二A/D转换器的模拟电压输入端；DSP将第一A/D转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此低电平电压UL；DSP将第二A/D转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此高电平电压UH；DSP根据公式Um＝UH-UL计算得到所述集成鉴相鉴频器输出鉴相脉冲的幅值Um；g.将两路待测同频率脉冲信号分别从所述输入1端子和输入2端子引入，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1连通、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，DSP读取第一A/D转换器输出的数字量，换算成电压值，经过3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与所述低电平电压UL相同，DSP再读取第二A/D转换器输出的数字量，换算成电压值，经过3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与所述高电平电压UH相同，则DSP判断两路待测脉冲信号相位差θ为零；h.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第一A/D转换器输出电压值都相同并与所述高电平电压UH相同，而DSP多次读取并换算出的第二A/D转换器输出电压值都相同并与所述低电平电压UL相同，则DSP判断两路待测信号相位差θ为π；i.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第一A/D转换器输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常开触点A1吸合、继电器J2(2)的中间触点Z2与常开触点A2吸合；DSP再读取第一A/D转换器输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为所述集成鉴相鉴频器U端输出的相位差脉冲电压有效值U1，DSP记录此电压有效值U1，并判断所述输入1端子引入的脉冲信号相位超前所述输入2端子引入的脉冲信号相位；DSP根据下述公式计算得到两路待测脉冲信号的相位差θ：
Figure GDA0002487642550000021
j.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第二A/D转换器输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J3(3)的中间触点Z3与常开触点A3吸合、继电器J4(4)的中间触点Z4与常开触点A4吸合；DSP再读取第二A/D转换器输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为所述集成鉴相鉴频器
Figure GDA0002487642550000022
端输出的相位差脉冲电压有效值U2，DSP记录此电压有效值U2，并判断所述输入1端子引入的脉冲信号相位滞后所述输入2端子引入的脉冲信号相位；DSP根据下述公式计算得到两路待测脉冲信号的相位差θ：
Figure GDA0002487642550000023
公式中的负号表示所述输入1端子引入的脉冲信号相位滞后所述输入2端子引入的脉冲信号相位；k.将其中一路待测输入脉冲连接到可编程分频器的输入，分频器的输出连接到DSP的一个GPIO引脚A；l.DSP预置所述可编程分频器的分频比n；输入到GPIO引脚A的脉冲上升沿启动DSP定时器，GPIO引脚A的下一个脉冲上升沿使DSP定时器停止，记录定时器数据；重复3以上次数的测量，由DSP计算取平均值得到分频器输出脉冲的周期T0；DSP根据下述公式计算得到待测脉冲信号的周期T：
Figure GDA0002487642550000031
m.DSP根据测得的相位差θ和周期T，依据公式：
Figure GDA0002487642550000032
计算得到两路输入脉冲信号的时间间隔Δt，将测量结果送到显示器显示。
本发明的基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于：第一耦合与限幅电路和第二耦合与限幅电路完全相同；第一真有效值转换器和第二真有效值转换器完全相同；第一A/D转换器和第二A/D转换器完全相同，并采用同一个基准电压源。
两路同频率的脉冲信号，在得到它们的相位差θ之后，再测得其中一路信号的周期T，就可以通过计算，间接得到这两个脉冲的时间间隔Δt。将任一路输入脉冲经过可编程分频器n次分频后，频率降低到DSP可以直接测量的范围，输入到DSP的一个GPIO引脚A。利用DSP的定时器功能，在GPIO引脚A输入脉冲的一个周期内对DSP的机器周期计数，就可以测量出分频器输出脉冲的周期T0。若测量3次以上，取平均值，则T0的精度更高。考虑分频器的分频比n，再计算得到待测输入脉冲的周期T。那么，两路待测输入脉冲的时间间隔根据公式(1)可得到。
Figure GDA0002487642550000033
在集成鉴相鉴频器输入端设置两个结构与参数完全相同的限幅电路，目的是保证集成鉴相鉴频器的输入脉冲幅度符合PECL电平要求，同时确保集成鉴相鉴频器能准确比较两路输入脉冲信号的不同相位。
PECL集成鉴相鉴频器的输出状态取决于两个脉冲输入端R和V的相位关系，如果R端输入脉冲超前V端输入脉冲，则PECL集成鉴相鉴频器的U端输出PECL逻辑正脉冲、
Figure GDA0002487642550000034
端输出PECL逻辑高电平；反之，如果V端输入脉冲超前R端输入脉冲，则PECL集成鉴相鉴频器的
Figure GDA0002487642550000035
端输出PECL逻辑正脉冲、U端输出PECL逻辑低电平。U端或
Figure GDA0002487642550000036
端输出的PECL逻辑正脉冲即是鉴相脉冲，其脉冲宽度与两路输入脉冲信号的相位差直接成正比。
两个真有效值转换器的作用是将PECL鉴相鉴频器输出的鉴相脉冲转换成有效值电压，隔直流电容C2、C3的作用是消除PECL鉴相鉴频器输出直流电位的影响，确保真有效值转换器输出的是鉴相脉冲的电压有效值。两个A/D转换器的作用是将PECL鉴相鉴频器输出的高电平电压、低电平电压及鉴相脉冲电压有效值转换成数字量，方便DSP直接测算。
相应地，为了克服上述技术问题的缺点，本发明提供了一种测量准确的基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量电路。
本发明的基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量电路，包括：输入1端子、输入2端子、第一耦合与限幅电路、第二耦合与限幅电路、ECL集成鉴相鉴频器、第一真有效值转换器、第二真有效值转换器、第一A/D转换器、第二A/D转换器、基准电压源、数字信号处理器DSP、可编程分频器、显示器、继电器控制电路以及四个同型号转换型直流继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)；其特征在于：两路待测脉冲信号中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端V；所述ECL集成鉴相鉴频器的输出端U接到继电器J1(1)的中间触点Z1，继电器J1(1)的常闭触点B1连接到继电器J2(2)的常闭触点B2，继电器J1(1)的常开触点A1经过隔直流电容C2连接到第一真有效值转换器的输入端，第一真有效值转换器的输出端连接到继电器J2(2)的常开触点A2，继电器J2(2)的中间触点Z2连接到第一A/D转换器的模拟电压输入端；所述ECL集成鉴相鉴频器的另一个输出端
Figure GDA0002487642550000041
接到继电器J3(3)的中间触点Z3，继电器J3(3)的常闭触点B3连接到继电器J4(4)的常闭触点B4，继电器J3(3)的常开触点A3经过隔直流电容C3连接到第二真有效值转换器的输入端，第二真有效值转换器的输出端连接到继电器J4(4)的常开触点A4，继电器J4(4)的中间触点Z4连接到第二A/D转换器的模拟电压输入端；数字信号处理器DSP通过继电器控制电路控制继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)的触点切换，并对第一A/D转换器和第二A/D转换器的输出数字量进行测算，得到两路待测脉冲信号的相位差θ；将待测输入脉冲中的一路连接到可编程分频器的输入，DSP预置可编程分频器的分频比n；分频器的输出连接到DSP的一个GPIO引脚A，输入到GPIO引脚A的脉冲上升沿启动DSP定时器，GPIO引脚A的下一个脉冲上升沿使DSP定时器停止，记录定时器数据；重复3以上次数的测量，由DSP计算取平均值得到分频器输出脉冲的周期T0；DSP再根据分频比n计算得到待测脉冲信号的周期T；根据测得的相位差θ和周期T，DSP计算得到两路输入脉冲信号的时间间隔Δt，将测量结果送到显示器显示。
本发明的高精度脉冲时间间隔测量电路，其特征在于：第一耦合与限幅电路和第二耦合与限幅电路完全相同；第一真有效值转换器和第二真有效值转换器完全相同；第一A/D转换器和第二A/D转换器完全相同，并采用同一个基准电压源。
本发明的有益效果是：提出一种新的脉冲时间间隔测量方法，利用ECL集成鉴相鉴频器的比相作用得到两路输入脉冲信号的相位差脉冲，在真有效值转换器和A/D转换器的转换下，由DSP测算脉冲电压幅值和有效值，计算得到两路同频率脉冲信号之间的相位差测量；再通过分频器降低输入脉冲的频率，由DSP直接、多次测量得到准确的脉冲周期，最后计算得到两个脉冲的时间间隔。测量精度高，可测脉冲信号频率高。
附图说明
图1为本发明的原理框图；图2为本发明的部分电路图，含第一耦合与限幅电路(5)、第二耦合与限幅电路(6)、可编程分频器(7)和ECL集成鉴相鉴频器MC12040；图3为本发明的真有效值转换器电路；图4为本发明的A/D转换器及基准电压源电路；图5本发明的鉴相鉴频器工作波形图。
图1中：1继电器J1，2继电器J2，3继电器J3，4继电器J4。
图2中：5第一耦合与限幅电路，6第二耦合与限幅电路，7可编程分频器。
图3中：8第一真有效值转换器，9第二真有效值转换器。
图4中：10第一A/D转换器，11第二A/D转换器。
具体实施方式
结合附图，本发明的高精度脉冲时间间隔测量方法，按照以下步骤进行：
a.选取一个ECL集成鉴相鉴频器MC12040，使其Vcc接+5V，Vee接地，工作于PECL逻辑状态。其两个脉冲输入端分别为R、V。选取四个SRD-05VDC-SL-C型直流继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)。
b.将两路待测输入脉冲信号中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路(5)后，连接到鉴相鉴频器MC12040的输入端R。待测输入信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路(6)后，连接到MC12040的输入端V。第一耦合与限幅电路(5)与第二耦合与限幅电路(6)的结构与参数完全相同，电阻R1、R2取合适的值使得图2中的A、B两点静态电位都是+3.8V，以满足鉴相鉴频器MC12040的输入脉冲幅度符合PECL电平要求，保证MC12040准确比较两路输入脉冲的不同相位。
c.ECL集成鉴相鉴频器MC12040的输出端U接到继电器J1(1)的中间触点Z1，继电器J1(1)的常闭触点B1连接到继电器J2(2)的常闭触点B2，继电器J1(1)的常开触点A1经过隔直流电容C2连接到第一真有效值转换器(8)的输入端2脚，第一真有效值转换器(8)的输出端5脚连接到继电器J2(2)的常开触点A2，继电器J2(2)的中间触点Z2连接到第一A/D转换器(10)的模拟电压输入端1脚。
d.集成鉴相鉴频器MC12040的另一个输出端
Figure GDA0002487642550000051
接到继电器J3(3)的中间触点Z3，继电器J3(3)的常闭触点B3连接到继电器J4(4)的常闭触点B4，继电器J3(3)的常开触点A3经过隔直流电容C3连接到第二真有效值转换器(9)的输入端2脚，第二真有效值转换器(9)的输出端5脚连接到继电器J4(4)的常开触点A4，继电器J4(4)的中间触点Z4连接到第二A/D转换器(11)的模拟电压输入端1脚。
e.选取一个数字信号处理器DSP，通过继电器控制电路控制继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)的触点切换，并分别对第一A/D转换器(10)和第二A/D转换器(11)输出的8位数字量进行测算。
f.将一个频率为1kHz的已知标准方波信号同时加到输入1端子和输入2端子，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1连通、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，集成鉴相鉴频器MC12040的U端输出低电平电压送到第一A/D转换器(10)，MC12040的
Figure GDA0002487642550000061
端输出高电平电压送到第二A/D转换器(11)；DSP将此时第一A/D转换器(10)输出的数字量换算成电压值，并记录此低电平电压UL。DSP将第二A/D转换器(11)输出的数字量换算成电压值，并记录此高电平电压UH。DSP根据公式(2)计算得到集成鉴相鉴频器MC12040输出的高、低电平之间的差值。
Um＝UH-UL (2)
公式(2)中的Um值即是集成鉴相鉴频器MC12040输出鉴相脉冲的幅值。
g.将两路待测脉冲信号分别从输入1端子和输入2端子引入，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1吸合、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，DSP首先读取第一A/D转换器(10)输出的数字量，换算成电压值，经过3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与步骤f中测得的低电平电压UL相同，DSP再读取第二A/D转换器(11)输出的数字量，换算成电压值，经过3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与步骤f中测得的高电平电压UH相同，则DSP据此判断两路待测脉冲信号相位差θ为零。
h.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第一A/D转换器(10)输出电压值都相同并与步骤f中测得的高电平电压UH相同，而DSP多次读取并换算出的第二A/D转换器(11)输出电压值都相同并与步骤f中测得的低电平电压UL相同，则DSP判断两路待测脉冲信号相位差θ为π。
i.在步骤g中，如果DSP测算出的第一A/D转换器(10)输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常开触点A1吸合、继电器J2(2)的中间触点Z2与常开触点A2吸合。DSP再读取第一A/D转换器(10)输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为集成鉴相鉴频器MC12040的U端输出相位差脉冲电压有效值U1，DSP记录此电压有效值U1，并判断MC12040的R端输入脉冲相位超前V端输入脉冲相位，即输入1端子引入的脉冲信号相位超前输入2端子引入的脉冲信号相位。DSP根据公式(3)计算得到此时两路待测信号的相位差θ。
Figure GDA0002487642550000071
j.在步骤g中，如果DSP读取的第二A/D转换器(11)输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J3(3)的中间触点Z3与常开触点A3吸合、继电器J4(4)的中间触点Z4与常开触点A4吸合；DSP读取第二A/D转换器(11)输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为集成鉴相鉴频器MC12040的
Figure GDA0002487642550000074
端输出相位差脉冲电压有效值U2，DSP记录此电压有效值U2，并据此判断MC12040的R端输入脉冲相位滞后V端输入脉冲相位，即输入1端子引入的脉冲信号相位滞后输入2端子引入的脉冲信号相位。DSP根据公式(4)计算得到两路待测脉冲信号的相位差θ。
Figure GDA0002487642550000072
公式(4)中，负号表示输入1端子引入的脉冲信号相位滞后输入2端子引入的脉冲信号相位。
k.将其中一路待测输入脉冲连接到可编程分频器(7)的输入，分频器的输出连接到DSP的一个GPIO引脚A。
l.DSP通过控制可编程分频器(7)的A0～A4数据设置可编程分频器(7)的分频比n；输入到GPIO引脚A的脉冲上升沿启动DSP定时器，GPIO引脚A的下一个脉冲上升沿使DSP定时器停止，记录定时器数据。重复3以上次数的测量，由DSP计算取平均值得到可编程分频器(7)输出脉冲的周期T0。DSP再根据公式(5)计算得到待测脉冲信号的周期T。
Figure GDA0002487642550000073
m.DSP利用公式(2)～(4)计算得到两路输入脉冲信号的相位差θ，再综合相位差为零和π两种特殊情况，利用公式(1)计算得到两路输入脉冲信号的时间间隔Δt，将测量结果送到显示器显示，完成脉冲时间间隔测量过程。
本实施例中，电容C2、C3的引入是为了隔开集成鉴相鉴频器MC12040输出的直流电位，确保真有效值转换器准确输出MC12040鉴相脉冲的电压有效值。
如附图所示，给出了本发明的高精度脉冲时间间隔测量电路，其包括：输入1端子、输入2端子、第一耦合与限幅电路(5)、第二耦合与限幅电路(6)、ECL集成鉴相鉴频器、可编程分频器(7)、第一真有效值转换器(8)、第二真有效值转换器(9)、第一A/D转换器(10)、第二A/D转换器(11)、基准电压源MAX6107、数字信号处理器DSP、显示器以及四个同型号转换型直流继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)，必要的+5V工作电源、+3V工作电源。继电器控制电路可采用通用电路，故实例中没有给出。
待测输入脉冲信号1经过第一耦合与限幅电路(5)后，连接到鉴相鉴频器MC12040的输入端R。待测输入信号2经过第二耦合与限幅电路(6)后，连接到MC12040的输入端V。
集成鉴相鉴频器MC12040实际有四个输出端子U、D、
Figure GDA0002487642550000081
根据需要只使用U、
Figure GDA0002487642550000082
两个输出端。MC12040对R、V两个输入脉冲的前沿进行比相，从MC12040的U端和
Figure GDA0002487642550000083
端输出鉴相脉冲或固定电平信号，该鉴相脉冲能准确反映两个待测输入信号之间的相位关系，其工作波形如附图5所示。如果MC12040输入端R的脉冲相位超前输入端V的脉冲相位，则U端输出PECL逻辑正向脉冲，
Figure GDA0002487642550000084
端输出PECL逻辑高电平；如果MC12040输入端R的脉冲相位滞后输入端V的脉冲相位，则U端输出PECL逻辑低电平，
Figure GDA0002487642550000085
端输出PECL逻辑正向脉冲；当MC12040输入端R的脉冲与输入端V的脉冲相位相同时，其输出U端为PECL逻辑低电平，
Figure GDA0002487642550000086
端为PECL逻辑高电平；当MC12040输入端R的脉冲与输入端V的脉冲相位相反时，其输出U端为PECL逻辑高电平，
Figure GDA0002487642550000087
端为PECL逻辑低电平。
如附图3所示，第一真有效值转换器(8)和第二真有效值转换器(9)均采用LTC1968及其外围电容构成，两个电路结构及参数完全相同，分别将集成鉴相鉴频器MC12040的U端和
Figure GDA0002487642550000088
端输出的鉴相脉冲信号转换成有效值输出。
如附图4所示，第一A/D转换器(10)、第二A/D转换器(11)采用两个完全相同的八位A/D转换器MX7820构成，两个A/D转换器采用同一个基准电压源MAX6107，MAX6107输出的基准电压是+4.5V，与PECL电平的电压幅值较为接近，确保A/D转换的精度足够高。
DSP通过并行接口分别读取两个A/D转换器输出的数字电压值，并利用公式(1)～(5)计算得到被测脉冲信号的时间间隔值，送去显示器直观显示出来。
两个同频率脉冲信号，将其中一路经过可编程分频器HMC394分频之后，频率降低到DSP可以直接测量的范围，由DSP通过软件编程，利用定时器模式对输入的脉冲测出其周期数T。根据公式(1)～(5)，DSP就可以计算得到两路输入脉冲的时间间隔值。
高速可编程分频器HMC394的最高输入信号频率可达2GHz，其分频比在2～32可变，由DSP预置，并根据输入脉冲信号频率的高低可随时调整。控制策略通常是，首先将分频比n置最大数，以保证DSP的GPIO引脚A的脉冲频率可测。如果已知输入待测脉冲的频率不高，则分频比可以适当设得低一些，以提高测量速度。

Claims (4)

1.基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.选取一个ECL集成鉴相鉴频器，使其Vcc接+5V，Vee接地，工作于PECL逻辑状态，其两个脉冲输入端分别为R、V；选取四个同型号转换型直流继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)；
b.将两路待测同频率脉冲信号中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路后，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端V；
c.所述ECL集成鉴相鉴频器的输出端U接到继电器J1(1)的中间触点Z1，继电器J1(1)的常闭触点B1连接到继电器J2(2)的常闭触点B2，继电器J1(1)的常开触点A1经过隔直流电容C2连接到第一真有效值转换器的输入端，第一真有效值转换器的输出端连接到继电器J2(2)的常开触点A2，继电器J2(2)的中间触点Z2连接到第一A/D转换器的模拟电压输入端；
d.所述ECL集成鉴相鉴频器的另一个输出端
Figure FDA0002487642540000011
接到继电器J3(3)的中间触点Z3，继电器J3(3)的常闭触点B3连接到继电器J4(4)的常闭触点B4，继电器J3(3)的常开触点A3经过隔直流电容C3连接到第二真有效值转换器的输入端，第二真有效值转换器的输出端连接到继电器J4(4)的常开触点A4，继电器J4(4)的中间触点Z4连接到第二A/D转换器的模拟电压输入端；
e.选取一个数字信号处理器DSP，通过继电器控制电路控制继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)的触点切换，并对第一A/D转换器和第二A/D转换器的输出数字量进行测算；
f.将一个频率为1kHz的已知标准方波信号同时加到所述输入1端子和输入2端子，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1连通、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，使得所述集成鉴相鉴频器U端输出的低电平电压送到第一A/D转换器的模拟电压输入端，所述集成鉴相鉴频器
Figure FDA0002487642540000012
端输出的高电平电压送到第二A/D转换器的模拟电压输入端；DSP将第一A/D转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此低电平电压UL；DSP将第二A/D转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此高电平电压UH；DSP根据公式Um＝UH-UL计算得到所述集成鉴相鉴频器输出鉴相脉冲的幅值Um；
g.将两路待测同频率脉冲信号分别从所述输入1端子和输入2端子引入，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1连通、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，DSP读取第一A/D转换器输出的数字量，换算成电压值，经过3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与所述低电平电压UL相同，DSP再读取第二A/D转换器输出的数字量，换算成电压值，经过3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与所述高电平电压UH相同，则DSP判断两路待测脉冲信号相位差θ为零；
h.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第一A/D转换器输出电压值都相同并与所述高电平电压UH相同，而DSP多次读取并换算出的第二A/D转换器输出电压值都相同并与所述低电平电压UL相同，则DSP判断两路待测信号相位差θ为π；
i.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第一A/D转换器输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常开触点A1吸合、继电器J2(2)的中间触点Z2与常开触点A2吸合；DSP再读取第一A/D转换器输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为所述集成鉴相鉴频器U端输出的相位差脉冲电压有效值U1，DSP记录此电压有效值U1，并判断所述输入1端子引入的脉冲信号相位超前所述输入2端子引入的脉冲信号相位；DSP根据下述公式计算得到两路待测脉冲信号的相位差θ：
Figure FDA0002487642540000021
j.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第二A/D转换器输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J3(3)的中间触点Z3与常开触点A3吸合、继电器J4(4)的中间触点Z4与常开触点A4吸合；DSP再读取第二A/D转换器输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为所述集成鉴相鉴频器
Figure FDA0002487642540000022
端输出的相位差脉冲电压有效值U2，DSP记录此电压有效值U2，并判断所述输入1端子引入的脉冲信号相位滞后所述输入2端子引入的脉冲信号相位；DSP根据下述公式计算得到两路待测脉冲信号的相位差θ：
Figure FDA0002487642540000023
公式中的负号表示所述输入1端子引入的脉冲信号相位滞后所述输入2端子引入的脉冲信号相位；
k.将其中一路待测输入脉冲连接到可编程分频器的输入，分频器的输出连接到DSP的一个GPIO引脚A；
l.DSP预置所述可编程分频器的分频比n；输入到GPIO引脚A的脉冲上升沿启动DSP定时器，GPIO引脚A的下一个脉冲上升沿使DSP定时器停止，记录定时器数据；重复3以上次数的测量，由DSP计算取平均值得到分频器输出脉冲的周期T0；DSP根据下述公式计算得到待测脉冲信号的周期T：
Figure FDA0002487642540000024
m.DSP根据测得的相位差θ和周期T，依据公式：
Figure FDA0002487642540000025
计算得到两路输入脉冲信号的时间间隔Δt，将测量结果送到显示器显示。
2.根据权利要求1所述的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于：第一耦合与限幅电路和第二耦合与限幅电路完全相同；第一真有效值转换器和第二真有效值转换器完全相同；第一A/D转换器和第二A/D转换器完全相同，并采用同一个基准电压源。
3.基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量电路，包括：输入1端子、输入2端子、第一耦合与限幅电路、第二耦合与限幅电路、ECL集成鉴相鉴频器、第一真有效值转换器、第二真有效值转换器、第一A/D转换器、第二A/D转换器、基准电压源、数字信号处理器DSP、可编程分频器、显示器、继电器控制电路以及四个同型号转换型直流继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)；其特征在于：两路待测脉冲信号中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端V；所述ECL集成鉴相鉴频器的输出端U接到继电器J1(1)的中间触点Z1，继电器J1(1)的常闭触点B1连接到继电器J2(2)的常闭触点B2，继电器J1(1)的常开触点A1经过隔直流电容C2连接到第一真有效值转换器的输入端，第一真有效值转换器的输出端连接到继电器J2(2)的常开触点A2，继电器J2(2)的中间触点Z2连接到第一A/D转换器的模拟电压输入端；所述ECL集成鉴相鉴频器的另一个输出端
Figure FDA0002487642540000031
接到继电器J3(3)的中间触点Z3，继电器J3(3)的常闭触点B3连接到继电器J4(4)的常闭触点B4，继电器J3(3)的常开触点A3经过隔直流电容C3连接到第二真有效值转换器的输入端，第二真有效值转换器的输出端连接到继电器J4(4)的常开触点A4，继电器J4(4)的中间触点Z4连接到第二A/D转换器的模拟电压输入端；数字信号处理器DSP通过继电器控制电路控制继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)的触点切换，并对第一A/D转换器和第二A/D转换器的输出数字量进行测算，得到两路待测脉冲信号的相位差θ；将待测输入脉冲中的一路连接到可编程分频器的输入，DSP预置可编程分频器的分频比n；分频器的输出连接到DSP的一个GPIO引脚A，输入到GPIO引脚A的脉冲上升沿启动DSP定时器，GPIO引脚A的下一个脉冲上升沿使DSP定时器停止，记录定时器数据；重复3以上次数的测量，由DSP计算取平均值得到分频器输出脉冲的周期T0；DSP再根据分频比n计算得到待测脉冲信号的周期T；根据测得的相位差θ和周期T，DSP计算得到两路输入脉冲信号的时间间隔Δt，将测量结果送到显示器显示。
4.根据权利要求3所述的高精度脉冲时间间隔测量电路，其特征在于：第一耦合与限幅电路和第二耦合与限幅电路完全相同；第一真有效值转换器和第二真有效值转换器完全相同；第一A/D转换器和第二A/D转换器完全相同，并采用同一个基准电压源。
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