CN112327694B - 一种基于fpga的高精度三级延时系统与方法 - Google Patents

一种基于fpga的高精度三级延时系统与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112327694B
CN112327694B CN202011215464.6A CN202011215464A CN112327694B CN 112327694 B CN112327694 B CN 112327694B CN 202011215464 A CN202011215464 A CN 202011215464A CN 112327694 B CN112327694 B CN 112327694B
Authority
CN
China
Prior art keywords
delay
module
precision
fpga
triode
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.)
Active
Application number
CN202011215464.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112327694A (zh
Inventor
张敏娟
刘震
王志斌
姚鑫凯
胡将
武鹏飞
岳俊哲
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.)
North University of China
Original Assignee
North University of China
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 North University of China filed Critical North University of China
Priority to CN202011215464.6A priority Critical patent/CN112327694B/zh
Publication of CN112327694A publication Critical patent/CN112327694A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112327694B publication Critical patent/CN112327694B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/21—Pc I-O input output
    • G05B2219/21137—Analog to digital conversion, ADC, DAC

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Pulse Circuits (AREA)

Abstract

本发明属于取样示波器精密延时技术领域，具体涉及一种基于FPGA的高精度三级延时系统与方法，包括精密延时模块、细延时模块、FPGA模块、输出选择模块、时基放大压缩模块，所述FPGA模块分别与精密延时模块、细延时模块、输出选择模块连接，所述精密延时模块连接有细延时模块，所述细延时模块连接有输出选择模块，所述输出选择模块与时基放大压缩模块连接。本发明精密延时采用高精度专用延时芯片，延时分辨率高，可达0.1ps；本发明采用三级延时电路设计，延时范围大；本发明采用时基放大压缩模块设计，可以对精密延时信号进行幅度放大及下降沿压缩，驱动取样器对射频信号进行采样。本发明用于信号的延时。

Description

一种基于FPGA的高精度三级延时系统与方法
技术领域
本发明属于取样示波器精密延时技术领域，具体涉及一种基于FPGA的高精度三级延时系统与方法。
背景技术
随着电子技快速的发展，被测信号的频率范围越来越宽，这就需要更高采样率来获取被测信号波形。等效采样技术可以使用远低于原始信号频率对周期信号或可重复信号进行不失真采样，能够弥补实时采样技术的不足，顺序等效采样是等效采样技术的一种，每次触发后经过一个很小的时间延迟后进行采样，每次触发延迟都在上一次采集延迟基础上增加一个固定的微小延迟（水平时基的最小时间分辨率）。而现有技术的延时电路或存在延时精度不高，或存在延时范围不够大的问题。
发明内容
针对上述现有技术的延时电路存在延时精度不高、延时范围不够大的技术问题，本发明提供了一种精度高、延时范围大、延时分辨率高的基于FPGA的高精度三级延时系统与方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于FPGA的高精度三级延时系统，包括精密延时模块、细延时模块、FPGA模块、输出选择模块、时基放大压缩模块，所述FPGA模块分别与精密延时模块、细延时模块、输出选择模块连接，所述精密延时模块连接有细延时模块，所述细延时模块连接有输出选择模块，所述输出选择模块与时基放大压缩模块连接。
所述精密延时模块包括AD1585芯片、数模转换器、放大器、高精度延时芯片，所述AD1585芯片与数模转换器连接，所述数模转换器与放大器连接，所述放大器与高精度延时芯片连接。
所述高精度延时芯片采用HMC911，所述高精度延时芯片的输入带宽为DC~24GHz，所述高精度延时芯片的延时精度为0.1ps。
所述细延时模块采用SY89297U，所述细延时模块的延时精度为5ps，所述细延时模块延时范围为5ps~5.115ns。
所述FPGA模块的频率为200MHz，所述FPGA模块的延时精度为5ns。
所述输出选择模块采用HMC678LC3C芯片，所述HMC678LC3C芯片为二选一输出器。
所述时基放大压缩模块包括放大模块的输入端、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电容、第二电容、电感，所述放大模块的输入端连接在第一三极管的基极上，所述第一三极管的集电极接地，所述第一三极管的发射极连接在第二三极管的基极上，所述第二三极管的集电极接地，所述第二三极管的发射极通过第一电容连接在第三三极管的基极上，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极通过第二电容连接在电感上，所述第二电容与电感之间设有超窄脉宽的输出端。
所述第一三极管的发射极连接有-5V电压，所述第二三极管的发射极连接有-15V电压，所述第三三极管集电极连接有15V电压。
一种基于FPGA的高精度三级延时方法，包括下列步骤：
S1、精密延时模块将外部信号进行精密延时后输出给细延时模块；
S2、细延时模块处理后经过差分信号转单端信号后一路输入给FPGA模块的一个I/O口，另一路输入给输出选择模块；
S3、通过FPGA模块的CARRY4逻辑单元间的固定走线延时进行粗延时处理；
S4、将FPGA模块输出的信号输入到输出选择模块与细延时模块输出的信号进行选择输出；
S5、将输出选择模块输出的延时信号输入到时基放大压缩模块进行处理。
所述S1中精密延时模块将外部信号进行精密延时的方法为：精密延时模块有AD1585芯片、数模转换器、放大器、高精度延时芯片构成，实数AD1585芯片为数模转换器提供一个稳定的5V参考电压，所述数模转换器的输出给到放大器，通过放大器对高精度延时芯片模拟电压进行微调控制，高精度延时芯片的延时精度是通过模拟电压进行控制。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明精密延时采用高精度专用延时芯片，延时分辨率高，可达0.1ps；本发明采用三级延时电路设计，延时范围大；本发明采用时基放大压缩模块设计，可以对精密延时信号进行幅度放大及下降沿压缩，驱动取样器对射频信号进行采样；本发明采用FPGA模块对整个系统进行控制，更有利于调试与拓展。
附图说明
图1为本发明中的整体结构示意图；
图2为本发明中精密延时电路原理图；
图3为本发明中细延时电路模块的电路原理图；
图4为本发明中输出选择电路模块的电路原理图；
图5为本发明中时基放大压缩模块的电路原理图。
其中：U1为精密延时模块，U2为细延时模块，U3为FPGA模块，U4为输出选择模块，U5为时基放大压缩模块，101为AD1585芯片，102为数模转换器，103为放大器，104为高精度延时芯片，IN为放大模块的输入端，T1为第一三极管，T2为第二三极管，T3为第三三极管，C1为第二电容，C2为第二电容，L1为电感。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于FPGA的高精度三级延时系统，如图1所示，包括精密延时模块U1、细延时模块U2、FPGA模块U3、输出选择模块U4、时基放大压缩模块U5，FPGA模块U3分别与精密延时模块U1、细延时模块U2、输出选择模块U4连接，精密延时模块U1连接有细延时模块U2，细延时模块U2连接有输出选择模块U4，输出选择模块U4与时基放大压缩模块U5连接。
进一步，如图1、图2所示，精密延时模块U1包括AD1585芯片101、数模转换器102、放大器103、高精度延时芯片104，AD1585芯片101与数模转换器102连接，数模转换器102与放大器103连接，放大器103与高精度延时芯片104连接。
进一步，优选的，高精度延时芯片104采用HMC911，高精度延时芯片104的输入带宽为DC~24GHz，高精度延时芯片104的延时精度为0.1ps。
进一步，优选的，如图3所示，细延时模块U2采用SY89297U，细延时模块U2的延时精度为5ps，细延时模块U2延时范围为5ps~5.115ns。
进一步，优选的，FPGA模块U3的频率为200MHz，FPGA模块U3的延时精度为5ns。FPGA模块U3中利用FPGA中各Slice配置的加法进位资源，实现FPGA计数延时，即为粗延时，FPGA模块U3的另一个功能与高精度延时芯片104和细延时模块U2进行通信，高精度延时芯片104实现高精度分辨率延时。
进一步，如图4所示，优选的，输出选择模块U4采用HMC678LC3C芯片，HMC678LC3C芯片为二选一输出器。输出选择模块U4用于对细延时输出信号和粗延时输出信号进行选择输出，根据需要，可以通过控制选择输出延时信号。
进一步，如图5所示，时基放大压缩模块U5包括放大模块的输入端IN、第一三极管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第一电容C1、第二电容C2、电感L1，放大模块的输入端IN连接在第一三极管T1的基极上，第一三极管T1的集电极接地，第一三极管T1的发射极连接在第二三极管T2的基极上，第二三极管T2的集电极接地，第二三极管T2的发射极通过第一电容C1连接在第三三极管T3的基极上，第三三极管T3的发射极接地，第三三极管T3的集电极通过第二电容C2连接在电感L1上，第二电容C2与电感L1之间设有超窄脉宽的输出端。时基放大压缩模块U5主要是将时基延时信号进行放大压缩产生低抖动超窄本振信号，对电路进行实测可以得到本振信号的幅值达到-13V，下降沿达到82ps，可以驱动50GHz取样器对射频信号进行采样。
进一步，第一三极管T1的发射极连接有-5V电压，第二三极管T2的发射极连接有-15V电压，第三三极管T3的集电极连接有15V电压。
一种基于FPGA的高精度三级延时方法，包括下列步骤：
步骤一、精密延时模块将外部信号进行精密延时后输出给细延时模块；
步骤二、细延时模块处理后经过差分信号转单端信号后一路输入给FPGA模块的一个I/O口，另一路输入给输出选择模块；
步骤三、通过FPGA模块的CARRY4逻辑单元间的固定走线延时进行粗延时处理；
步骤四、将FPGA模块输出的信号输入到输出选择模块与细延时模块输出的信号进行选择输出；
步骤五、将输出选择模块输出的延时信号输入到时基放大压缩模块进行处理。
进一步，步骤一中精密延时模块将外部信号进行精密延时的方法为：精密延时模块有AD1585芯片、数模转换器、放大器、高精度延时芯片构成，实数AD1585芯片为数模转换器提供一个稳定的5V参考电压，数模转换器的输出给到放大器，通过放大器对高精度延时芯片模拟电压进行微调控制，高精度延时芯片的延时精度是通过模拟电压进行控制。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于FPGA的高精度三级延时系统，其特征在于：包括精密延时模块(U1)、细延时模块(U2)、FPGA模块(U3)、输出选择模块(U4)、时基放大压缩模块(U5)，所述FPGA模块(U3)分别与精密延时模块(U1)、细延时模块(U2)、输出选择模块(U4)连接，所述精密延时模块(U1)连接有细延时模块(U2)，所述细延时模块(U2)连接有输出选择模块(U4)，所述输出选择模块(U4)与时基放大压缩模块(U5)连接；所述时基放大压缩模块(U5)包括放大模块的输入端(IN)、第一三极管(T1)、第二三极管(T2)、第三三极管(T3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、电感(L1)，所述放大模块的输入端(IN)连接在第一三极管(T1)的基极上，所述第一三极管(T1)的集电极接地，所述第一三极管(T1)的发射极连接在第二三极管(T2)的基极上，所述第二三极管(T2)的集电极接地，所述第二三极管(T2)的发射极通过第一电容(C1)连接在第三三极管(T3)的基极上，所述第三三极管(T3)的发射极接地，所述第三三极管(T3)的集电极通过第二电容(C2)连接在电感(L1)上，所述第二电容(C2)与电感(L1)之间设有超窄脉宽的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统，其特征在于：所述精密延时模块(U1)包括AD1585芯片(101)、数模转换器(102)、放大器(103)、高精度延时芯片(104)，所述AD1585芯片(101)与数模转换器(102)连接，所述数模转换器(102)与放大器(103)连接，所述放大器(103)与高精度延时芯片(104)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统，其特征在于：所述高精度延时芯片(104)采用HMC911，所述高精度延时芯片(104)的输入带宽为DC～24GHz，所述高精度延时芯片(104)的延时精度为0.1ps。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统，其特征在于：所述细延时模块(U2)采用SY89297U，所述细延时模块(U2)的延时精度为5ps，所述细延时模块(U2)延时范围为5ps～5.115ns。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统，其特征在于：所述FPGA模块(U3)的频率为200MHz，所述FPGA模块(U3)的延时精度为5ns。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统，其特征在于：所述输出选择模块(U4)采用HMC678LC3C芯片，所述HMC678LC3C芯片为二选一输出器。
7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统，其特征在于：所述第一三极管(T1)的发射极连接有-5V电压，所述第二三极管(T2)的发射极连接有-15V电压，所述第三三极管(T3)的集电极连接有15V电压。
8.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统的延时方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1、精密延时模块将外部信号进行精密延时后输出给细延时模块；
S2、细延时模块处理后经过差分信号转单端信号后一路输入给FPGA模块的一个I/O口，另一路输入给输出选择模块；
S3、通过FPGA模块的CARRY4逻辑单元间的固定走线延时进行粗延时处理；
S4、将FPGA模块输出的信号输入到输出选择模块与细延时模块输出的信号进行选择输出；
S5、将输出选择模块输出的延时信号输入到时基放大压缩模块进行处理。
9.根据权利要求8所述的一种基于FPGA的高精度三级延时系统的延时方法，其特征在于：所述S1中精密延时模块将外部信号进行精密延时的方法为：精密延时模块有AD1585芯片、数模转换器、放大器、高精度延时芯片构成，实数AD1585芯片为数模转换器提供一个稳定的5V参考电压，所述数模转换器的输出给到放大器，通过放大器对高精度延时芯片模拟电压进行微调控制，高精度延时芯片的延时精度是通过模拟电压进行控制。
CN202011215464.6A 2020-11-04 2020-11-04 一种基于fpga的高精度三级延时系统与方法 Active CN112327694B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011215464.6A CN112327694B (zh) 2020-11-04 2020-11-04 一种基于fpga的高精度三级延时系统与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011215464.6A CN112327694B (zh) 2020-11-04 2020-11-04 一种基于fpga的高精度三级延时系统与方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112327694A CN112327694A (zh) 2021-02-05
CN112327694B true CN112327694B (zh) 2022-01-21

Family

ID=74323691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011215464.6A Active CN112327694B (zh) 2020-11-04 2020-11-04 一种基于fpga的高精度三级延时系统与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112327694B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098464B (zh) * 2021-03-29 2021-11-30 杭州电子科技大学 一种高延时精度宽延时调节范围的延时线电路
CN114978127B (zh) * 2022-06-13 2023-04-07 湖南毂梁微电子有限公司 高精度pwm死区控制电路与pwm控制系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101286735A (zh) * 2008-05-29 2008-10-15 那微微电子科技（上海）有限公司 复位信号延时装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10261942A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Advantest Corp 遅延回路
FR2861191B1 (fr) * 2003-10-20 2006-01-20 Nortel Networks Ltd Procede de commande d'un systeme a regulation, dispositif de commande et systeme pour mettre en oeuvre le procede
JP5579373B2 (ja) * 2008-05-22 2014-08-27 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル Ｄｌｌ回路
CN103731136B (zh) * 2014-01-02 2017-05-24 西北核技术研究所 基于延时信号的顺序等效采样电路及采样方法
CN205176265U (zh) * 2015-11-19 2016-04-20 上海无线电设备研究所 一种精密可编程延时电路
CN105846823A (zh) * 2016-03-21 2016-08-10 武汉大学 一种基于可编程延时芯片的等效采样电路及采样方法
CN106019924A (zh) * 2016-07-21 2016-10-12 中国地震局地震研究所 基于fpga的计数型高精度时间间隔测量系统
CN108599743A (zh) * 2018-05-11 2018-09-28 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种基于相位补偿的精密数字延时同步方法
CN110347096A (zh) * 2019-08-08 2019-10-18 南京邮电大学 一种基于延时控制的等效采样电路

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101286735A (zh) * 2008-05-29 2008-10-15 那微微电子科技（上海）有限公司 复位信号延时装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112327694A (zh) 2021-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112327694B (zh) 一种基于fpga的高精度三级延时系统与方法
CN106772269B (zh) 一种应用探地雷达回波信号采集的等效采样电路
CN103684360A (zh) 一种高压方波发生器实现方法
CN105629061A (zh) 一种基于高稳定度宽基准脉冲的精密频率测量装置
CN112769434A (zh) 一种基于fpga的高精度dac测试系统
CN207381365U (zh) 一种飞行时间质谱仪用离子延时引出电路和质谱仪
CN203617979U (zh) 一种高压方波发生器
Jakonis et al. A 1 GHz linearized CMOS track-and-hold circuit
CN101799534B (zh) 一种雷达中频信号发生器
CN105306058A (zh) 一种基于时钟调相的高速数字信号采集系统
CN209929679U (zh) 脉冲激光器的窄脉冲驱动系统
CN205566248U (zh) 一种自带温度和工艺角校准的环形振荡器电路
CN108562800B (zh) 纳秒时间分辨的脉冲电磁场测量装置及方法
CN110658715B (zh) 一种基于抽头动态可调进位链细时间内插延时线的tdc电路
CN112436825A (zh) 一种基于fpga与延时芯片的高精度组合延时系统与方法
CN107561918A (zh) 基于fpga超宽带定位toa估计方法及装置
CN103560791A (zh) 一种自动校准超高速dac采样窗时漂和温漂技术
CN216561747U (zh) 一种基于fpga的高采样率等效采样系统
US20240133922A1 (en) Electrical signal sampling device
CN104660214A (zh) 一种数字滤波器系统
CN108693410B (zh) 大区域脉冲电磁场辐射时空分布参数测量系统及测量方法
CN203012130U (zh) 超高速采样率采集装置
CN102497163B (zh) 一种基于fpga的闭环vco线性度校正方法
CN117895957B (zh) 一种基于激励信号的调试方法及可调发射机
CN110739940B (zh) 一种采样保持电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant