CN201600414U - 一种用于便携式维修辅助设备的频率计模块 - Google Patents

一种用于便携式维修辅助设备的频率计模块 Download PDF

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魏冬
彭红五
徐沛虎
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Abstract

本实用新型公开了一种用于便携式维修辅助设备的频率计模块，包括低频信号调理单元、高频信号调理单元、标准时基单元、PC/104接口单元、计数器单元、控制单元和电源单元。计数器单元用于完成时间计数和事件计数，并把测得的数值放置到PC/104总线上；控制单元用于控制低频信号调理单元、高频信号调理单元和计数器单元，并与PC/104总线进行通信。本实用新型具有体积小、抗冲击、高可靠性等优点，而且频率测量精度高，可以满足便携式维修辅助设备的频率测量指标要求。

Description

一种用于便携式维修辅助设备的频率计模块
技术领域
本实用新型属于电子仪器测量技术领域，特别涉及一种用于便携式维修辅助设备(PMA)的频率计专用模块。
背景技术
为满足舰船设备的测试诊断需求，需要研制开发一种便携式维修辅助设备(PMA)。该设备设计过程中需要贯穿“通用化、系列化、组合化和标准化”的柔性设计原则，并应满足体积小、抗冲击、高可靠性等性能要求。
为满足便携式维修辅助设备(PMA)的频率测量指标的要求，需要设计满足PC/104总线的频率测量模块，并具备微功耗、微体积、精度高等特点。目前市场中只有Geotest公司的GTX2220能基本满足测量指标要求，但此模块为PXI总线频率计，体积偏大。适用于PC/104总线的频率计尚无同类产品。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对便携式维修辅助设备对频率测量的需求提出一种频率计模块。采用这种频率计模块，可以有效提高频率测量精度，同时还能够降低模块成本。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的用于便携式维修辅助设备的频率计模块包括低频信号调理单元、高频信号调理单元、标准时基单元、PC/104接口单元、计数器单元、控制单元和电源单元 。其中，低频信号调理单元用于对1Hz～10MHz频段的正弦波或脉冲波进行幅值调节、滤波、过压保护和波形转换处理，将调理后的脉冲信号送入计数器单元；高频信号调理单元用于对10MHz～500MHz频段的正弦波进行功率调节、分频和波形转换处理，将调理后的脉冲信号 送入计数器单元；标准时基单元用于提供高稳定度的时钟基准；接口单元用于实现上位机与控制单元和计数器单元的通信，将上位机的控制指令发送到控制单元，并将计数器数据传输到上位机；计数器单元用于完成时间计数和事件计数，并把测得的数值通过PC/104接口单元放置到PC/104总线上，所述时间计数是指对标准时基单元的计数，所述事件计数是指对调理后脉冲波的计数；控制单元用于控制低频信号调理单元、高频信号调理单元和计数器单元，并与PC/104总线进行通信；电源单元为频率计模块所有其他单元供电。
进一步地，所述计数器单元包括一个事件计数器、一个时间计数器和同步逻辑电路，同步逻辑电路用于实现事件计数器与时间计数器的同步。作为一种优选方案，所述计数器单元采用等精度计数原理进行计数，即当上位控制单元设定启动时，时间计数器并不立即开始计数，而是要等到被测信号起始点到来时，事件计数器和时间计数器才同时开始计数；在时间计数器达到预定闸门时，返回一个控制信号给同步逻辑电路，此时事件计数器和时间计数器并不立即停止计数，而是要等到被测信号的一个完整周期结束后，事件计数器和时间计数器才同时停止计数。采用这种方法可以保证被测信号的完整性，提高测试精度。
本实用新型具有体积小、抗冲击、高可靠性等优点，可以满足PMA的频率测量指标要求。本实用新型将被测信号转换成脉冲信号进行计数，应用等精度计数原理计算出被测信号的频率，消除了常用频率测量方法中被测信号计数±1的误差，在相同的本振的情况下测量精度提高了1～2个数量级，显著提高了频率测量精度。本实用新型还可采用现场可编程门阵列(FPGA)内置软核实现，不仅可以降低模块成本，还可以增加通信协议的可扩展性。
附图说明
图1为本实用新型频率计模块的原理框图；
图2为本实用新型频率计模块的增益自适应控制闭环原理图；
图3为本实用新型频率计模块的等精度计数原理图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对本实用新型提出的用于便携式维修辅助设备的频率计模块详细说明如下。
如图1所示，本实用新型用于便携式维修辅助设备的频率计模块包括低频信号调理单元、高频信号调理单元、标准时基单元、PC/104接口单元、计数器单元、控制单元和电源单元。其中：
低频信号调理单元用于测量1Hz～10MHz频段的正弦波和脉冲波，输入阻抗为1MΩ，信号可选择直接耦合、间接耦合两种耦合方式，具有幅值调节、滤波、过压保护和波形转换功能。
高频信号调理单元用于测量10MHz～500MHz频段的正弦波，输入阻抗为50Ω，采用间接耦合方式，具有功率调节、分频和波形转换功能。本实施例中，高频信号调理单元采用增益自适应闭环控制电路对高频信号进行功率调节，可以将输入信号功率范围增加3倍。如图2所示，增益自适应闭环控制电路包括检波器、模数转换器ADC、功率控制器和数控衰减器。检波器根据输入信号功率产生变化电压，通过模数转换器ADC采集后，功率控制器通过算法计算出衰减值，控制数控衰减器将功率指标调节至高频信号调理单元内的高速比较器的工作范围内。
标准时基单元提供高稳定度时钟基准，是计数测频法的基础，同时标准时基单元稳定度决定了频率计的频率测量误差，此模块采用晶振的稳定度为10-7。
PC/104接口单元实现上位机与控制单元和计数器单元的通信，将上位机的控制指令发送到控制单元，并将计数器数据传输到上位机。
计数器单元完成时间计数和事件计数功能，并将测得的数值通过PC/104接口单元放置到PC/104总线上。对标准时基单元的计数称为时间计数，对整形后脉冲波的计数称为事件计数，两种计数必须实现同步。本实施例中，计数器单元包括一个32位事件计数器、一个32位时间计数器和同步逻辑电路，同步逻辑电路用于实现事件计数器与时间计数器的同步。参见图3，计数器单元采用等精度计数原理进行计数，即当上位控制单元设定启动时，时间计数器并不立即开始计数，而是要等到被测信号起始点到来时，事件计数器和时间计数器才同时开始计数；在时间计数器达到预定闸门时，返回一个控制信号给同步逻辑电路，此时事件计数器和时间计数器并不立即停止计数，而是要等到被测信号的一个完整周期结束后，事件计数器和时间计数器才同时停止计数。采用这种方法可以保证被测信号的完整性，提高对低频信号的测试精度。
控制单元完成计数器启动设置、耦合方式选择、衰减控制、波形变换参考电平、检波电平采集的控制，同时控制单元还与PC/104总线进行通信。
电源单元为频率计模块所有其他单元供电。本实施例中，电源单元利用PC/104总线电源实现供电。
作为一种具体实现，本实用新型频率计模块中的PC/104接口单元、计数器单元、标准时基单元和控制单元可以采用现场可编程门阵列(FPGA)实现。PC/104总线基础为ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线协议，将ISA软核嵌入到FPGA中，通过ISA软核将测试数据上传至上位机，通过上位机的运算获得最终数据，实现PC104总线通信；在FPGA内部设计等精度计数单元，对被测信号进行一段时间内的计数。采用FPGA实现本实用新型频率计模块，可以增加总线扩展性，降低硬件成本。实现的频率计模块的关键指标如下：
频率范围：1Hz～500MHz
功率范围：20mVRMS～15VRMS(1Hz～10MHz)
          -20dBm～25dBm(10MHz～500MHz)
测量精度：10-7
通过上述具体实施方式的说明，当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而具体实施方式及所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

Claims (5)

1.一种用于便携式维修辅助设备的频率计模块，其特征在于包括低频信号调理单元、高频信号调理单元、标准时基单元、PC/104接口单元、计数器单元、控制单元和电源单元；
低频信号调理单元用于对1Hz～10MHz频段的正弦波或脉冲波进行幅值调节、滤波、过压保护和波形转换处理，并将调理后的脉冲信号送入计数器单元；高频信号调理单元用于对10MHz～500MHz频段的正弦波进行功率调节、分频和波形转换处理，并将调理后的脉冲信号送入计数器单元；标准时基单元用于提供高稳定度的时钟基准；PC/104接口单元用于实现上位机与控制单元和计数器单元的通信，将上位机的控制指令发送到控制单元，并将计数器数据传输到上位机；计数器单元用于完成时间计数和事件计数，并把测得的数值通过PC/104接口单元放置到PC/104总线上；控制单元用于控制低频信号调理单元、高频信号调理单元和计数器单元，并与PC/104总线进行通信；电源单元为频率计模块所有其他单元供电。
2.根据权利要求1所述的频率计模块，其特征在于，所述计数器单元包括一个事件计数器、一个时间计数器和同步逻辑电路，同步逻辑电路用于实现事件计数器与时间计数器的同步。
3.根据权利要求1所述的频率计模块，其特征在于，所述高频信号调理单元采用增益自适应控制闭环电路对高频信号进行功率衰减调理；该增益自适应控制闭环电路包括检波器、模数转换器ADC、功率控制器和数控衰减器；
检波器根据输入信号功率产生变化电压，通过模数转换器ADC采集后，功率控制器通过算法计算出衰减值，控制数控衰减器将功率指标调节至高频信号调理单元内的高速比较器的工作范围内。
4.根据权利要求1所述的频率计模块，其特征在于，所述电源单元利用PC/104总线电源实现供电。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的频率计模块，其特征在于，所述PC/104接口单元、计数器单元、标准时基单元和控制单元采用现场可编程门阵列实现；将ISA软核嵌入到FPGA中，通过ISA软核将测试数据上传至上位机，实现PC/104总线通信；在FPGA内部设计等精度计数单元，对被测信号进行计数。
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