CN113049870B - 消除触发抖动的触发信号处理方法及触发信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种消除触发抖动的触发信号处理方法，包括：在输入的时钟信号下对外触发信号的当前周期进行计数；根据相邻两个周期的计数值，确定抖动差绝对值；根据抖动差绝对值和抖动阈值的大小比较结果来判断是否触发真实变化，在触发真实变化时输出更新使能信号；在收到更新使能信号时，更新内触发信号的当前周期值，否则不更新；根据内触发信号的当前周期值来生成内触发信号。本发明还提供了相应的装置。本发明的方法通过将外触发信号处理为不易抖动的内触发信号，在发生了触发抖动的情况下，能输出和最初触发信号周期一样的触发信号，避免了抖动对系统的影响；同时如果外界触发真实发生调整，该调整也将实时跟踪到，并产生新的触发信号。

Description

消除触发抖动的触发信号处理方法及触发信号处理装置
技术领域
本发明涉及加速器物理束流诊断领域，尤其涉及一种消除触发抖动的触发信号处理方法及触发信号处理装置。
背景技术
在自由电子激光装置中，束流是单次通过的。束流通过感应探头时，探头输出脉冲式的感应电信号。束流测量系统数据采集设备一般采用与机器时钟同步的采样时钟和触发信号进行同步采样，采样后的数字信号输入FPGA进行处理。FPGA根据触发信号采集电信号相应的数据段进行处理并提供测量参数。束流到达时间测量系统要求触发抖动非常小。
从设计上触发信号与采样时钟是严格锁相的，但在实际的信号传输中易受射频噪声、地线、线缆和环境因素的干扰而出现抖动。当触发相对于时钟的抖动处于时钟边缘时，FPGA判断触发信号就可能会前后两个时钟直接抖动，如图1所示为触发信号抖动在A～B之间时的触发抖动示意图，假设根据时钟上升沿判断触发信号到达时间，在A位置时触发到达时间是时钟1，在B位置时触发到达时间是时钟2，则根据触发采集的脉冲式束流信号就会在前后点之间晃动。如图2所示，由于采集的触发抖动情况下信号相差一个时钟周期，因此计算出来的到达时间结果也会发生明显的跳变，影响测量结果的准确性。
发明内容
本发明旨在设计一种消除触发抖动的触发信号处理方法及触发信号处理装置，以用于消除触发抖动对粒子加速器束流测量影响，并可实时跟踪触发变换进行调整。
为了实现上述目的，本发明提供了一种消除触发抖动的触发信号处理方法，包括：
S1，提供一FPGA，在外触发信号的每一个周期，在输入的时钟信号下对外触发信号的当前周期进行计数，得到外触发信号的当前周期的计数值；
S2，分别根据外触发信号的相邻两个周期的计数值，确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；
S3，根据抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值的大小比较结果来判断外触发信号的当前周期是触发抖动还是触发真实变化，并在触发真实变化时输出更新使能信号；否则停止输出更新使能信号；
S4，在收到更新使能信号时，将内触发信号的当前周期值更新为所述步骤S1中的外触发信号的当前周期的计数值，否则保持内触发信号的当前周期值不变；
S5，根据接收到的内触发信号的当前周期值来生成内触发信号。
在所述步骤S1中，外触发信号的当前周期为第i个周期，外触发信号的当前周期的计数值Pi为第i次外触发信号触发时和第i+1次外触发信号触发时分别对应的时钟信号的时钟周期序数的差值。
外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值ΔP为：
ΔP＝|Pi-Pi-1|，
式中，Pi为外触发信号的当前周期的计数值，Pi-1为外触发信号的当前周期的上一个周期的计数值。
在所述步骤S3中，如果抖动差绝对值大于抖动阈值，则判断为触发真实变化，否则判断为触发抖动。
所述内触发信号是由FPGA根据时钟信号来生成的。
在所述步骤S1中，FPGA同时接收外部的时钟信号和输入的外触发信号，并利用一触发周期计数器模块对外触发信号的当前周期进行计数；
在所述步骤S2中，利用一周期抖动计算模块来分别接收外触发信号的相邻两个周期的计数值，并计算确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；
在所述步骤S3中，利用一抖动判断模块来接收所述抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值，并利用所述抖动判断模块来根据抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值的大小比较结果来判断是触发抖动还是触发真实变化，在触发真实变化时输出更新使能信号，否则停止输出更新使能信号；
在所述步骤S4中，利用一内触发周期更新模块同时接收更新使能信号和当前周期的计数值，并在接收到更新使能信号后，内触发周期更新模块才将当前周期的计数值用于周期更新；
在所述步骤S5中，利用一内触发发生器来接收内触发信号的当前周期值，并生成内触发信号。
所述的消除触发抖动的触发信号处理方法还包括步骤S6，根据用户设置的延时值，对内触发信号进行延时输出或直接输出。
在所述步骤S6中，在用户设置的延时值为0时直接输出内触发信号，在用户设置的延时值不为0时对内触发信号进行相应的延时输出。
另一方面，本发明提供一种消除触发抖动的触发信号处理装置，其安装于一FPGA中，包括：一触发周期计数器模块，其接收外部的时钟信号和输入的外触发信号，设置为在外触发信号的每一个周期，在输入的时钟信号下对外触发信号的当前周期进行计数，得到外触发信号的当前周期的计数值；一周期抖动计算模块，其分别接收外触发信号的相邻两个周期的计数值，并计算确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；一抖动判断模块，其接收所述抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值，并设置为根据抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值的大小比较结果来判断外触发信号的当前周期是触发抖动还是触发真实变化，并在触发真实变化时输出更新使能信号，否则停止输出更新使能信号；一内触发周期更新模块，其同时接收更新使能信号和当前周期的计数值，设置为在接收到更新使能信号后将内触发信号的当前周期值更新为外触发信号的当前周期的计数值，否则保持内触发信号的当前周期值不变；以及一内触发发生器，其接收内触发信号的当前周期值，设置为根据接收到的内触发信号的当前周期值来生成内触发信号。
所述的消除触发抖动的触发信号处理装置还包括：一可调延时控制器，其接收内触发信号和用户设置的延时值，设置为根据用户设置的延时值对内触发信号进行延时输出或直接输出。
本发明的消除触发抖动的触发信号处理方法通过将外触发信号通过一定的处理方式处理为不易抖动的内触发信号，在运行过程中发生了触发抖动的情况下，能输出和最初触发信号周期一样的触发信号，避免了抖动对系统的影响；同时如果外界触发真实发生调整，该调整也将实时跟踪到，并产生新的触发信号。此外，还添加了用户最终可调整延时模块，可在不改变触发周期的情况下调整延时。
附图说明
图1是触发信号的触发抖动示意图。
图2是触发信号抖动对数据采集结果影响的示意图，其中横坐标是ADC的采样点序数，纵坐标是ADC数据的读数。
图3是本发明的消除触发抖动的触发信号处理方法的模块结构图。
图4是本发明的消除触发抖动的触发信号处理方法的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图3和图4所示，本发明的消除触发抖动的触发信号处理方法，其基于FPGA并且用于消除触发抖动造成的影响(例如对粒子加速器束流测量影响)，包括以下步骤：
步骤S1，提供一FPGA，在外触发信号的每一个周期，在输入的时钟信号下对外触发信号的当前周期(即相邻两个外触发信号之间的时间间隔)进行计数，得到外触发信号的当前周期的计数值；
此时的计数值尚未经过处理，因此可能包含抖动的影响。外部的触发周期均需要计数，但是否更新是根据下文的阈值来判断是否包含抖动的影响。
其中，FPGA同时接收外部的时钟信号和输入的外触发信号，并利用一触发周期计数器模块101对外触发信号的当前周期进行计数。触发周期计数器模块101保持在实时追踪的状态，由此实现了每个周期的计数。
其中，外触发信号的当前周期为第i个周期，则外触发信号的当前周期的计数值Pi为第i次外触发信号触发时和第i+1次外触发信号触发时分别对应的时钟信号的时钟周期序数的差值。
步骤S2，分别根据外触发信号的相邻两个周期的计数值，确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；
在所述步骤S2中，利用一周期抖动计算模块102来分别接收外触发信号的相邻两个周期的计数值，并计算确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值。
其中，这里的外触发信号的相邻两个周期，指的是外触发信号的当前周期和上一个周期，在当前周期为第1个周期时，即最开始的时候，人为设定当前周期的上一周期的值就是0(即，i＝1时，Pi-1＝0)。
外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值ΔP为：
ΔP＝|Pi-Pi-1|，
式中，Pi为外触发信号的当前周期的计数值，Pi-1为外触发信号的当前周期的上一个周期的计数值。
步骤S3，根据抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值PT的大小比较结果来判断外触发信号的当前周期是触发抖动还是触发真实变化，并在触发真实变化时输出更新使能信号；否则停止输出更新使能信号。
在所述步骤S3中，利用一抖动判断模块103来接收所述抖动差绝对值ΔP和用户设置的抖动阈值PT，并利用所述抖动判断模块103来根据抖动差绝对值ΔP和用户设置的抖动阈值PT的大小比较结果来判断外触发信号的当前周期是触发抖动还是触发真实变化，并在触发真实变化时输出更新使能信号，否则停止输出更新使能信号。
其中，如果抖动差绝对值大于抖动阈值(ΔP>PT)，则判断为触发真实变化，输出1(对应于输出更新使能信号)，否则判断为触发抖动，输出0(对应于停止输出更新使能信号)。
其中，抖动阈值PT的值没有具体要求，一般来说抖动不会大于几个时钟周期。在本实施例中，抖动阈值等于3。
步骤S4，在收到更新使能信号时，将内触发信号的当前周期值更新为所述步骤S1中的外触发信号的当前周期的计数值(即将步骤S1得到的周期的计数值用于周期更新)，否则保持内触发信号的当前周期值不变。
由此，最终得到的经过更新的周期为以外触发信号开始后或在触发真实变化之后开始计数的第一个周期的计数值。
其中，利用一内触发周期更新模块104同时接收更新使能信号和当前周期的计数值，并在接收到更新使能信号后，内触发周期更新模块104才将当前周期的计数值用于周期更新。
步骤S5，根据接收到的内触发信号的当前周期值来生成内触发信号。
其中，内触发信号是由FPGA根据时钟信号来生成的，因此不会发生抖动。具体地，利用一内触发发生器105来接收内触发信号的当前周期值，并生成内触发信号。
此外，在本实施例中，还可以包括步骤S6，根据用户设置的延时值，对内触发信号进行延时输出或直接输出。在用户设置的延时值为0时直接输出内触发信号，在用户设置的延时值不为0时对内触发信号进行相应的延时输出。这部分只是用户根据使用情况需要的时候使用，不是本发明核心内容，在其他的实施例中也可删除。
其中，内触发信号Ti输入到一可调延时控制器106，从而利用可调延时控制器106对内触发信号进行延时输出或直接输出。
最终得到的内触发信号Ti用于输出给FPGA其他计算模块使用用于位置或相位等的计算(用于测量束流信号的位置或相位)，不影响外触发信号。由于内触发信号没有抖动，因此采集的信号不会如图2所示前后变化，影响计算结果。
可见，本发明通过将外触发信号通过一定的处理方式处理为不易抖动的内触发信号，在运行过程中发生了触发抖动的情况下，能输出和最初触发信号周期一样的触发信号，避免了抖动对系统的影响；同时如果外界触发真实发生调整，该调整也将实时跟踪到，并产生新的触发信号。此外，还添加了用户最终可调整延时模块，可在不改变触发周期的情况下调整延时。
再请参见图3，基于上文的消除触发抖动的触发信号处理方法，所实现的消除触发抖动的触发信号处理装置，其安装于一FPGA中，具体包括：
一触发周期计数器模块101，其接收外部的时钟信号和输入的外触发信号，设置为在外触发信号的每一个周期，在输入的时钟信号下对外触发信号的当前周期进行计数，得到外触发信号的当前周期的计数值；
一周期抖动计算模块102，其分别接收外触发信号的相邻两个周期的计数值，并计算确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；
一抖动判断模块103，其接收所述抖动差绝对值ΔP和用户设置的抖动阈值PT，并设置为根据抖动差绝对值ΔP和用户设置的抖动阈值PT的大小比较结果来判断外触发信号的当前周期是触发抖动还是触发真实变化，并在触发真实变化时输出更新使能信号，否则停止输出更新使能信号；
一内触发周期更新模块104，其同时接收更新使能信号和当前周期的计数值，设置为在接收到更新使能信号后将内触发信号的当前周期值更新为外触发信号的当前周期的计数值，否则保持内触发信号的当前周期值不变；以及
一内触发发生器105，其接收内触发信号的当前周期值，设置为根据接收到的内触发信号的当前周期值来生成内触发信号。
此外，还可以包括：一可调延时控制器106，其接收内触发信号Ti和用户设置的延时值，设置为根据用户设置的延时值对内触发信号进行延时输出或直接输出。
仿真结果：
下面给出在如图4所示的情况下，本发明的消除触发抖动对粒子加速器束流测量影响的方法在处理外触发信号的第3个周期结束后，将外触发信号的第3个周期处理为内触发信号的具体过程。
在本实施例中，在步骤S1中，如图4所示，触发信号的第一、第二周期的计数值是10240。随后后面的相邻两个周期的触发信号的周期的计数值分别是Pi＝10241(假设在第i次触发信号触发时对应的时钟信号记为第0个时钟信号，i+1次触发信号触发时对应的时钟信号为第10241个时钟信号，则周期Pi为10241)和Pi+1＝10239，两者相差1；再随后的五个周期的触发信号的周期的计数值的计数值为10240。
在步骤S2中，触发信号的第二周期的计数值是10240，第三周期的计数值是10239。因此触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值为：
ΔP＝|Pi+1-Pi|＝1，
在步骤S3中，抖动阈值等于3(即3个时钟信号的时钟周期)，所述抖动差绝对值为1，因此输出为0，即不输出更新使能信号。
在步骤S4中，内触发更新模块接收到的信号是0(即没有接收到更新使能信号)，因此保持内部的触发信号的周期的最初值不变，其最初计数得到的内触发信号的当前周期值为10240；
在步骤S5中，内触发发生器接收到的内触发信号的当前周期值仍是10240，因此，其仍按该周期值产生触发信号Ti。
在步骤S6中，用户设置的延时值为0，因此不对内触发信号进行延时直接输出内触发信号。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (9)

1.一种消除触发抖动的触发信号处理方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供一FPGA，在外触发信号的每一个周期，在输入的时钟信号下对外触发信号的当前周期进行计数，得到外触发信号的当前周期的计数值；
步骤S2，分别根据外触发信号的相邻两个周期的计数值，确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；
步骤S3，根据抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值的大小比较结果来判断外触发信号的当前周期是触发抖动还是触发真实变化，并在触发真实变化时输出更新使能信号；否则停止输出更新使能信号；
步骤S4，在收到更新使能信号时，将内触发信号的当前周期值更新为所述步骤S1中的外触发信号的当前周期的计数值，否则保持内触发信号的当前周期值不变；
步骤S5，根据接收到的内触发信号的当前周期值来生成内触发信号；
在所述步骤S3中，如果抖动差绝对值大于抖动阈值，则判断为触发真实变化，否则判断为触发抖动。
2.根据权利要求1所述的消除触发抖动的触发信号处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，外触发信号的当前周期为第i个周期，外触发信号的当前周期的计数值Pi为第i次外触发信号触发时和第i+1次外触发信号触发时分别对应的时钟信号的时钟周期序数的差值。
3.根据权利要求2所述的消除触发抖动的触发信号处理方法，其特征在于，外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值ΔP为：
ΔP＝|Pi-Pi-1|，
式中，Pi为外触发信号的当前周期的计数值，Pi-1为外触发信号的当前周期的上一个周期的计数值。
4.根据权利要求1所述的消除触发抖动的触发信号处理方法，其特征在于，所述内触发信号是由FPGA根据时钟信号来生成的。
5.根据权利要求1所述的消除触发抖动的触发信号处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，FPGA同时接收外部的时钟信号和输入的外触发信号，并利用一触发周期计数器模块对外触发信号的当前周期进行计数；
在所述步骤S2中，利用一周期抖动计算模块来分别接收外触发信号的相邻两个周期的计数值，并计算确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；
在所述步骤S3中，利用一抖动判断模块来接收所述抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值，并利用所述抖动判断模块来根据抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值的大小比较结果来判断是触发抖动还是触发真实变化，在触发真实变化时输出更新使能信号，否则停止输出更新使能信号；
在所述步骤S4中，利用一内触发周期更新模块同时接收更新使能信号和当前周期的计数值，并在接收到更新使能信号后，内触发周期更新模块才将当前周期的计数值用于周期更新；
在所述步骤S5中，利用一内触发发生器来接收内触发信号的当前周期值，并生成内触发信号。
6.根据权利要求1所述的消除触发抖动的触发信号处理方法，其特征在于，还包括步骤S6，根据用户设置的延时值，对内触发信号进行延时输出或直接输出。
7.根据权利要求6所述的消除触发抖动的触发信号处理方法，其特征在于，在所述步骤S6中，在用户设置的延时值为0时直接输出内触发信号，在用户设置的延时值不为0时对内触发信号进行相应的延时输出。
8.一种消除触发抖动的触发信号处理装置，其安装于一FPGA中，其特征在于，包括：
一触发周期计数器模块，其接收外部的时钟信号和输入的外触发信号，设置为在外触发信号的每一个周期，在输入的时钟信号下对外触发信号的当前周期进行计数，得到外触发信号的当前周期的计数值；
一周期抖动计算模块，其分别接收外触发信号的相邻两个周期的计数值，并计算确定外触发信号的相邻两周期的抖动差绝对值；
一抖动判断模块，其接收所述抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值，并设置为根据抖动差绝对值和用户设置的抖动阈值的大小比较结果来判断外触发信号的当前周期是触发抖动还是触发真实变化，并在触发真实变化时输出更新使能信号，否则停止输出更新使能信号；
其中，如果抖动差绝对值大于抖动阈值，则判断为触发真实变化，否则判断为触发抖动；
一内触发周期更新模块，其同时接收更新使能信号和当前周期的计数值，设置为在接收到更新使能信号后将内触发信号的当前周期值更新为外触发信号的当前周期的计数值，否则保持内触发信号的当前周期值不变；以及
一内触发发生器，其接收内触发信号的当前周期值，设置为根据接收到的内触发信号的当前周期值来生成内触发信号。
9.根据权利要求8所述的消除触发抖动的触发信号处理装置，其特征在于，还包括：一可调延时控制器，其接收内触发信号和用户设置的延时值，设置为根据用户设置的延时值对内触发信号进行延时输出或直接输出。
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