CN114047683B - 一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置，所述方法采用两路双通道ADC分别对参考时钟信号及其移相后的正交信号进行采样，两个ADC的触发采集信号分别为待测信号中的起始信号和终止信号的上升沿，双通道ADC的两个通道要求同一时刻采集数据，利用双通道采集到的数据计算出相位信息，从而实现了时间间隔测量技术中间内插法的精密测量，指标能够达到皮秒量级。

Description

一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置

技术领域

本申请涉及时间间隔测量技术领域，特别是涉及一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置。

背景技术

时间间隔测量技术对国民经济与国防建设意义重大。精确的时间间隔测量技术，尤其是皮秒(1ps＝10^-12s)量级的测量技术更为重要，现代意义上的时间间隔测量始于真空管时代。几十年来其测量方法经不断改进发展，从最早的时间间隔扩展法，到现在的插值法、延迟线法，可以说是种类繁多。按实现技术，时间间隔测量方法大致可以分为模拟与数字两大类；按有无插值过程，时间间隔测量方法又可以分为3类:①没有插值过程的这类方法不需要粗计数器，不分时间长短，能直接转换为数字量，它的缺点是量程比较小；②有插值过程的，也称为“插值法”。实现时这类方法需要粗计数器，在精确时钟作用下，统计时间间隔覆盖多少个整数周期，并把测量开始和结束处小于一个周期的余量送进插值单元作精确测量，它的优点在于可以同时满足系统在量程和分辨率两方面的要求，因而被广泛应用；③游标法采用类似游标卡尺的办法，上作原理特殊，可以独立分为一类。

按照定义，插值法是一种确定函数逼近值的方法。而在时间间隔测量中，插值法是指把一个时间间隔分为两部分；周期的整数部分与分数部分，如图1所示。整数部分从粗计数器读出，分数部分由插值测量单元读出。其数学表示如下：T＝nT_P+△T₁-△T₂，其中，T为待测信号的时间间隔，T_p为参考时钟信号的周期，n为时间间隔覆盖的整周期数，△T₁为起始点到其后最近的参考时钟上升沿之间的时间间隔，△T₂为终止点到其后最近的参考时钟上升沿之间的时间间隔。

精密的时间间隔计数器需要精确度较好的外部参考源，从图1的插值测量原理可以看出来，如果时钟频率不是太稳定，则测量结果就会出现较大的偏差，其实一般外参考源往往是正弦波，因为数字化处理将时钟的正弦波转化为了方波，正因为这个转换过程，相当于与将正弦波信号进行了重采样，在0°与180°开始进行了相位的二值化，这样就损失了正弦波的相位信息。从图1来看，测不准的地方其实出现在△T₁与△T₂，换一个思路，如果图1中的方波换为正弦波，则测量起始脉冲和结束脉冲的上升沿处分别可以对应到正弦波的一个相位点，如果精确测量出该点正弦波信号的相位值，则亦可以求出△T₁与△T₂的值，时间间隔测量原理如图2所示。从图2可以看出，关键是需要测量出起始(start)信号与终止(stop)信号的准确相位值，一般的方法是采用直接ADC采集该点时钟的电压值，有部分文献亦是采用该方法，但是该方法有个明显的问题，也就是连续高速采样，结合前后数据(包含一个整周期)分析起始相位，这种方法实现既复杂，难度又大，实时性很难保证。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现时间间隔测量指标能够达到皮秒量级的基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置。

一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法，所述方法包括：

采用两个高位计数器实时测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的计数值，将得到计数值相减得到时间间隔覆盖的整周期数；所述方波参考时钟信号是通过参考时钟信号转化得到的；所述参考时钟信号为正弦波信号。

采用所述起始信号和所述终止信号分别触发第一双通道ADC和第二双通道ADC对所述参考时钟信号和正交参考时钟信号进行采样，得到起始点采样值和终止点采样值；所述正交参考时钟信号是经过对所述参考时钟信号进行90度移相得到的。

根据所述起始点采样值和所述终止点采样值，得到起始点相位和终止点相位。

根据所述整周期数、所述起始点相位、所述终止点相位以及所述参考时钟信号，得到待测信号的时间间隔。

在其中一个实施例中，所述起始点采样值包括起始点第一双通道ADC采样值和起始点第二双通道ADC采样值；根据所述起始点采样值和所述终止点采样值，得到起始点相位和终止点相位，包括：

将所述起始点第一双通道ADC采样值和所述起始点第二双通道ADC采样值进行归一化处理，起始点相位的正弦值和余弦值。

根据所述起始点相位的正弦值和余弦值的符号，确定起始点相位所处的象限，并采用反正弦计算或反正切计算，得到起始点相位。

根据所述终止点第一双通道ADC采样值和所述终止点第二双通道ADC采样值，采用与求解起始点相位相同的方法进行求解，得到终止点相位。

在其中一个实施例中，根据所述整周期数、所述起始点相位、所述终止点相位以及所述参考时钟信号，得到待测信号的时间间隔，包括：

根据所述参考时钟信号得到参考时钟信号的周期。

根据所述整周期数、所述起始点相位、所述终止点相位以及所述参考时钟信号的周期，得到待测信号的时间间隔；所述待测信号的时间间隔的计算公式如下：

其中，T为待测信号的时间间隔，T_p为参考时钟信号的周期，n为时间间隔覆盖的整周期数，θ₁为起始点相位，θ₂为终止点相位。

在其中一个实施例中，采用两个高位计数器实时测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的计数值，将得到计数值相减得到时间间隔的整周期数，步骤前还包括：

将预定频率压控恒温晶振作为受控源，根据预定频率外参考信号采用锁相环产生预定频率正弦时钟信号。

将所述预定频率正弦时钟信号采用频率分配放大器进行1分3处理，得到3路相同的正弦时钟信号。

将第一路正弦时钟信号作为参考时钟信号。

将第二路正弦时钟信号90度移项，得到正交参考时钟信号，并将第三路正弦时钟信号变化为方波参考时钟信号。

在其中一个实施例中，将第二路正弦时钟信号90度移项，得到正交参考时钟信号，并将第三路正弦时钟信号变化为方波参考时钟信号，包括：

将第二路正弦时钟信号采用积分电路进行积分运算，得到正交参考时钟信号。

将第三路正弦时钟信号进行差分运算，得到方波参考时钟信号。

一种基于正交采样内插的时间间隔测量装置，所述装置用于采用上述基于正交采样内插的时间间隔测量方法对待测信号的时间间隔进行测量；所述装置包括：

时钟处理模块，用于根据外参考时钟信号产生两路正交正弦波信号和一路同源方波信号；所述两路正交正弦波信号用于时间测量的参考时钟信号，所述同源方波信号用于待测信号的时间间隔测量的方波参考时钟信号。

两个高位计数器，用于测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的整周期计数值，并将正计数值传输到数据处理模块。

数/模转换数据采集模块，包括第一双通道ADC和第二双通道ADC，第一双通道ADC用于在起始信号上升沿触发后对起始点的两路正交正弦波信号进行采样，得到起始点采样值，并传输至数据处理模块；所述第二双通道ADC用于在终止信号上升沿触发后对终止点的两路正交正弦波信号进行采样，得到终止点采样值，并传输至数据处理模块。

数据处理模块，用于根据正交正弦波信号的周期和接收到的所述整周期计数值、所述起始点采样值以及所述终止点采样值进行计算，得到待测信号的时间间隔。

在其中一个实施例中，所述时钟处理模块包括：外部参考时钟信号、锁相环电路模块以及信号分路处理模块。

所述外参考时钟信号，用于给锁相环提供外部参考时钟信号。

所述锁相环电路，用于以所述外参考时钟信号为基准，采用预定频率的压控恒温晶振作为受控源，利用锁项环，得到预定频率的正弦波信号。

信号分路处理模块，用于将所述预定频率的正弦波信号进行分路处理，得到3路同源正弦波信号，并将第一路正弦波信号作为参考时钟信号，将第二路正弦波信号采用积分电路进行90度频移得到正交参考时钟信号，将第三路正弦波信号采用差分运动得到方波参考时钟信号。

上述一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置，所述方法采用两路双通道ADC分别对参考时钟信号及其移相后的正交信号进行采样，两个ADC的触发采集信号分别为待测信号中的起始信号和终止信号的上升沿，双通道ADC的两个通道要求同一时刻采集数据，利用双通道采集到的数据计算出相位信息，从而实现了时间间隔测量技术中间内插法的精密测量，指标能够达到皮秒量级。

附图说明

图1为插值法原理示意图；

图2为时间间隔测量原理框图；

图3为一个实施例中基于正交采样内插的时间间隔测量方法的流程示意图；

图4为另一个实施例中正交双通道采样内插法原理图；

图5为另一个实施例中时钟处理系统框图，其中(a)为锁相环模块，(b)为3路参考时钟信号处理模块。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤100：采用两个高位计数器实时测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的计数值，将得到计数值相减得到时间间隔覆盖的整周期数；

方波参考时钟信号是通过参考时钟信号转化得到的；

参考时钟信号为正弦波信号。

步骤102：采用起始信号和终止信号分别触发第一双通道ADC和第二双通道ADC对参考时钟信号和正交参考时钟信号进行采样，得到起始点采样值和终止点采样值。

正交参考时钟信号是经过对参考时钟信号进行90度移相得到的。作为优选，正交参考时钟信号(orthogonal clock)可以通过参考时钟信号做积分运算得来。

具体的，首先，对起始(start)信号和终止(stop)信号的进行采样不需要高速采样，因为start信号与stop信号的频率不是太高，常见的是nPPS信号；其次，不管待测信号的幅度是多大，都能够只要通过双通道ADC的单次采样就可以准确计算当前的相位值，并不需要提前知道待测信号的幅度，计算简单，仅仅通过一次反正切运算即可，作为优选，反正切计算采用cordic算法。这就是△T₁与△T₂测量的正交双通道采样内插法，可实现△T₁与△T₂的精密测量，正交双通道采样内插法原理图如图4所示，图4中的clk信号为参考时钟(clock)信号转为方波后的时钟信号，该方法要求start信号或者stop信号来自同一时刻双通道ADC对参考时钟信号和参考时钟信号的正交信号进行采样，通过双通道ADC的采样值可以精确计算当前的相位值，接下来就可以计算当前相位值到下一个2π整周期点出的相位差，然后可以换算出时间差，考虑start信号和stop信号相隔很近，则采用两路双通道ADC，第一双通道ADC由start信号触发采集，其中，第一双通道ADC包括采样通道ADC1和ADC2；第二双通道ADC由stop信号触发采集，这样就确保系统稳定运行，其中第二双通道ADC包括采样通道ADC3和ADC4。

步骤104：根据起始点采样值和终止点采样值，得到起始点相位和终止点相位。

具体的，由于start信号处理与stop信号处理方法完全相同，此处仅分析通过start信号触发的第一双通道ADC值怎么来计算当前参考时钟信号的相位值，为了分析方便，假设正交两路时钟信号为幅度完全相等(假设幅度为A)的信号，这个可以通过移相后幅度增益控制来实现。假设start信号来时，参考时钟信号的相位为θ₁，则ADC1采集的数据u₁＝Asin(θ₁)，ADC2采集到的数据为u₂＝Asin(θ₁+π/2)＝Acos(θ₁),归一化后，则不难得出

有了这两个值，首先，根据两个值的符号可以判断θ₁在哪个象限，然后可以利用反正切计算或者反正弦计算，可以具体计算出θ₁，θ₁的取值范围为(0～2π)。作为优选，参考信号一般是10MHz或者5MHz，以10MHz的外参考信号为例，信号的周期为100ns，则△T₁＝100000×(2π-θ₁)/2π(ps)，△T₂＝100000×(2π-θ₂)/2π(ps)，这样就可以计算出具体的△T₁与△T₂值。nT_P的测量比较简单，采用两个高位计数器，实时获取start信号与stop信号上升沿处的计数值，两者相减即为整周期数，由于周期为固定的100ns或者200ns，因此不难计算出nT_P。

步骤106：根据整周期数、起始点相位、终止点相位以及参考时钟信号，得到待测信号的时间间隔。

上述一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法中，所述方法采用两路双通道ADC分别对参考时钟信号及其移相后的正交信号进行采样，两个ADC的触发采集信号分别为待测信号中的起始信号和终止信号的上升沿，双通道ADC的两个通道要求同一时刻采集数据，利用双通道采集到的数据计算出相位信息，从而实现了时间间隔测量技术中间内插法的精密测量，指标能够达到皮秒量级。

在其中一个实施例中，步骤104包括：将起始点第一双通道ADC采样值和起始点第二双通道ADC采样值进行归一化处理，起始点相位的正弦值和余弦值；根据起始点相位的正弦值和余弦值的符号，确定起始点相位所处的象限，并采用反正弦计算或反正切计算，得到起始点相位；根据终止点第一双通道ADC采样值和终止点第二双通道ADC采样值，采用与求解起始点相位相同的方法进行求解，得到终止点相位。

该方法测量分辨率分析：测量分辨率其实是和相位测量的分辨率密切相关的，比如说，假若相位分辨率为1°，则测量分辨率为278ps，如果相位分辨率达到0.1°，则测量分辨率可以达到27.8ps。因为参考信号一般为较为理想的信号，信噪比一般能够达到50dBc以上，由于相位测量采用ADC的方式，因此相位测量精度基本上由双通道ADC的有效量化位数决定。目前的ADC技术水准，有效量化位数完全能够达到16位，考虑到实际的信号幅度不一定能够满量程使用ADC，假设输入信号为归一化幅度，不难计算，对于10MHz参考信号，如果ADC有效量化位数为14位，则对应的时间分辨率位100000/2^14＝6.1(ps)，该指标能够达到一个国内领先的水平，当然考虑一些实际因素，比如考虑ADC的孔径抖动等因素，实际指标略微下降，亦即测量精度在10ps量级。如果要在此基础上进一步提升测量精度，可以考虑输入参考时钟的提升，如果参考时钟提升到100MHz，信号指标基本不发生变化，还是按照以上分析方法，由于信号周期变为10ns，则理论上ADC的时间分辨率是10000/2^14＝0.61(ps)，达到了亚皮秒级的时间间隔测量精度，当然综合精度还受实际器件的影响，正交采样技术对测量稳定度有明显提升，原因在于一般输入参考信号质量很好，几乎不受环境影响，两路ADC采集受环境的影响几乎相同，在一定程度上可以抵消部分ADC自身稳定性的影响，因此测量稳定度会有明显提升。另外，器件的影响在一定的程度上可以适当弥补，比如ADC的孔径抖动问题，可以采用多通道冗余采集，做数据处理，使得测量的均方根误差更小，测量精度更高。

在其中一个实施例中，步骤106包括：根据参考时钟信号得到参考时钟信号的周期；根据整周期数、起始点相位、终止点相位以及参考时钟信号的周期，得到待测信号的时间间隔；待测信号的时间间隔的计算公式如下：

其中，T为待测信号的时间间隔，T_p为参考时钟信号的周期，n为时间间隔覆盖的整周期数，θ₁为起始点相位，θ₂为终止点相位。

在其中一个实施例中，步骤100前还包括：将预定频率压控恒温晶振作为受控源，根据预定频率外参考信号采用锁相环产生预定频率正弦时钟信号；将预定频率正弦时钟信号采用频率分配放大器进行1分3处理，得到3路相同的正弦时钟信号；将第一路正弦时钟信号作为参考时钟信号；将第二路正弦时钟信号90度移项，得到正交参考时钟信号，并将第三路正弦时钟信号变化为方波参考时钟信号。

在一个具体的实施例中，100MHz参考时钟信号的产生过程：由10MHz作为参考锁相产生，为了使得100MHz信号指标较好，可以选取100MHz的压控恒温晶振作为受控源。选择恒温晶振作受控源的原因：恒温晶振的短期稳定度很好，高性能的恒温晶振秒稳能够达到E-13的量级，这样的话时钟的短稳由恒温晶振保证，长稳跟随参考输入信号。短稳指标亦达到了亚皮秒量级，对测量指标的影响不会构成决定性影响。结合以上考虑，系统的时钟处理系统框图如图5所示，其中(a)为锁相环模块，(b)为3路参考时钟信号处理模块。通过外参考10MHz信号产生两路正交100MHz正弦波信号和一路100MHz同源方波信号，有了这3路信号就可以按照图4所示的方法进行处理。

本实施例的中，利用100MHz的恒温晶振作为锁相环的受控源，10MHz为参考信号作为控制源，产生锁相输出的100MHz信号，利用100MHz输出的信号在产生正交的100MHz正弦波信号一路同源的100MHz方波信号，利用该信号按照上述的时间间隔测量方法来测量，能够实现亚皮秒量级的测量指标。

在其中一个实施例中，步骤100前还包括：将第二路正弦时钟信号采用积分电路进行积分运算，得到正交参考时钟信号；将第三路正弦时钟信号进行差分运算，得到方波参考时钟信号。

应该理解的是，虽然图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个具体实施例中，以10MHz输入的参考时钟信号作为测量时钟，时间间隔测量精度提高到皮秒级，指标有量级的提升，测量稳定度也明显提高。

设置值/ps	0	1000	100000
				测量均值/ps	5.2	997.3	99996.9

其中设置值是指设置的待测start信号与stop信号的时间间隔值，可以看作一个标定信号，用来测试实际设备的测试结果。测量值就是实际按照文中方法的测量结果，也就是实测值。

进一步对时钟信号进行处理，采用锁相技术将参考时钟信号的频率提高到100MHz后，指标能够达到亚皮秒量级，测量方差也在1ps左右，测量稳定度和精度均处于国内领先水平。

设置值/ps	0	1000	100000
				测量均值/ps	0.08	1000.18	99999.75
测量方差/ps	1.09	1.15	1.27

在一个实施例中，提供了一种基于正交采样内插的时间间隔测量装置，其特征在于，所述装置用于采用上述基于正交采样内插的时间间隔测量方法对待测信号的时间间隔进行测量；所述装置包括：

时钟处理模块，用于根据外参考时钟信号产生两路正交正弦波信号和一路同源方波信号；所述两路正交正弦波信号用于时间测量的参考时钟信号，所述同源方波信号用于待测信号的时间间隔测量的方波参考时钟信号。

两个高位计数器，用于测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的整周期计数值，并将正计数值传输到数据处理模块。

数/模转换数据采集模块，包括第一双通道ADC和第二双通道ADC，第一双通道ADC用于在起始信号上升沿触发后对起始点的两路正交正弦波信号进行采样，得到起始点采样值，并传输至数据处理模块；所述第二双通道ADC用于在终止信号上升沿触发后对终止点的两路正交正弦波信号进行采样，得到终止点采样值，并传输至数据处理模块。

数据处理模块，用于根据正交正弦波信号的周期和接收到的所述整周期计数值、所述起始点采样值以及所述终止点采样值进行计算，得到待测信号的时间间隔。

在其中一个实施例中，所述时钟处理模块包括：外部参考时钟信号、锁相环电路模块以及信号分路处理模块；所述外参考时钟信号，用于给锁相环提供外部参考时钟信号；所述锁相环电路，用于以所述外参考时钟信号为基准，采用预定频率的压控恒温晶振作为受控源，利用锁项环，得到预定频率的正弦波信号；信号分路处理模块，用于将所述预定频率的正弦波信号进行分路处理，得到3路同源正弦波信号，并将第一路正弦波信号作为参考时钟信号，将第二路正弦波信号采用积分电路进行90度频移得到正交参考时钟信号，将第三路正弦波信号采用差分运动得到方波参考时钟信号。

在其中一个实施例中，数据处理模块中计算待测信号的时间间隔采用式(1)进行计算。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法，其特征在于，所述方法包括：

采用两个高位计数器实时测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的计数值，将得到计数值相减得到时间间隔覆盖的整周期数；所述方波参考时钟信号是通过参考时钟信号转化得到的；所述参考时钟信号为正弦波信号；

采用所述起始信号和所述终止信号分别触发第一双通道ADC和第二双通道ADC对所述参考时钟信号和正交参考时钟信号进行采样，得到起始点采样值和终止点采样值；所述正交参考时钟信号是经过对所述参考时钟信号进行90度移相得到的；

根据所述起始点采样值和所述终止点采样值，得到起始点相位和终止点相位；

根据所述整周期数、所述起始点相位、所述终止点相位以及所述参考时钟信号，得到待测信号的时间间隔；

其中：所述起始点采样值包括起始点第一双通道ADC采样值和起始点第二双通道ADC采样值；

步骤：根据所述起始点采样值和所述终止点采样值，得到起始点相位和终止点相位，包括：

将所述起始点第一双通道ADC采样值和所述起始点第二双通道ADC采样值进行归一化处理，起始点相位的正弦值和余弦值；

根据所述起始点相位的正弦值和余弦值的符号，确定起始点相位所处的象限，并采用反正弦计算或反正切计算，得到起始点相位；

根据所述终止点第一双通道ADC采样值和所述终止点第二双通道ADC采样值，采用与求解起始点相位相同的方法进行求解，得到终止点相位；

步骤：根据所述整周期数、所述起始点相位、所述终止点相位以及所述参考时钟信号，得到待测信号的时间间隔，包括：

根据所述参考时钟信号得到参考时钟信号的周期；

根据所述整周期数、所述起始点相位、所述终止点相位以及所述参考时钟信号的周期，得到待测信号的时间间隔；所述待测信号的时间间隔的计算公式如下：

其中，T为待测信号的时间间隔，T_p为参考时钟信号的周期，n为时间间隔覆盖的整周期数，θ₁为起始点相位，θ₂为终止点相位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用两个高位计数器实时测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的计数值，将得到计数值相减得到时间间隔的整周期数，步骤前还包括：

将预定频率压控恒温晶振作为受控源，根据预定频率外参考信号采用锁相环产生预定频率正弦时钟信号；

将所述预定频率正弦时钟信号采用频率分配放大器进行1分3处理，得到3路相同的正弦时钟信号；

将第一路正弦时钟信号作为参考时钟信号；

将第二路正弦时钟信号90度移项，得到正交参考时钟信号，并将第三路正弦时钟信号变化为方波参考时钟信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将第二路正弦时钟信号90度移项，得到正交参考时钟信号，并将第三路正弦时钟信号变化为方波参考时钟信号，包括：

将第二路正弦时钟信号采用积分电路进行积分运算，得到正交参考时钟信号；

将第三路正弦时钟信号进行差分运算，得到方波参考时钟信号。

4.一种基于正交采样内插的时间间隔测量装置，其特征在于，所述装置用于采用权利要求3所述的方法对待测信号的时间间隔进行测量；所述装置包括：

时钟处理模块，用于根据外参考时钟信号产生两路正交正弦波信号和一路同源方波信号；所述两路正交正弦波信号用于时间测量的参考时钟信号，所述同源方波信号用于待测信号的时间间隔测量的方波参考时钟信号；

两个高位计数器，用于测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的整周期计数值，并将正计数值传输到数据处理模块；

数/模转换数据采集模块，包括第一双通道ADC和第二双通道ADC，第一双通道ADC用于在起始信号上升沿触发后对起始点的两路正交正弦波信号进行采样，得到起始点采样值，并传输至数据处理模块；所述第二双通道ADC用于在终止信号上升沿触发后对终止点的两路正交正弦波信号进行采样，得到终止点采样值，并传输至数据处理模块；

数据处理模块，用于根据正交正弦波信号的周期和接收到的所述整周期计数值、所述起始点采样值以及所述终止点采样值进行计算，得到待测信号的时间间隔；

其中，所述时钟处理模块包括：外部参考时钟信号、锁相环电路模块以及信号分路处理模块；

所述外参考时钟信号，用于给锁相环提供外部参考时钟信号；

所述锁相环电路，用于以所述外参考时钟信号为基准，采用预定频率的压控恒温晶振作为受控源，利用锁项环，得到预定频率的正弦波信号；

信号分路处理模块，用于将所述预定频率的正弦波信号进行分路处理，得到3路同源正弦波信号，并将第一路正弦波信号作为参考时钟信号，将第二路正弦波信号采用积分电路进行90度频移得到正交参考时钟信号，将第三路正弦波信号采用差分运动得到方波参考时钟信号；

所述数据处理模块中计算待测信号的时间间隔为：

其中，T为待测信号的时间间隔，T_p为参考时钟信号的周期，n为时间间隔覆盖的整周期数，θ₁为起始点相位，θ₂为终止点相位。

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