CN220105530U - 一种时间测量和电压信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及信号采集技术领域，具体涉及一种时间测量和电压信号采集装置，具体包括待测信号接口、参考信号接口、ADC模块、TDC模块，模式选择模块；ADC模块的输入端与待测信号接口电性连接，输出端与模式选择模块电性连接；TDC模块的输入端与待测信号接口和参考信号接口电性连接，输出端与模式选择模块电性连接；模式选择模块被配置为选择性接收ADC模块与TDC模块之一的信号。本实用新型的装置可以选择测量模式，在同一测量通道下切换为常见的时间间隔测量模数、周期信号频率测量模式、电压信号采集模式以及频谱测量模式，解决了现有技术中想实现这些测量需要同时安装一系列对应设备的问题，简化了设备和测试复杂度和成本。

Description

一种时间测量和电压信号采集装置

技术领域

本实用新型属于信号采集技术领域，具体涉及一种时间测量和电压信号采集装置。

背景技术

当前，高精度时间测量和电压信号采集被广泛应用在仪器仪表、核医学设备等领域。高精度时间测量装置多依赖高精度的时间数字转换器（Time-Digital Converter，TDC）实现，而电压信号采集多依赖于模拟数字转换器（Analog-Digital Converter，ADC）实现。为了实现时间测量和电压信号采集，用户大多需要使用多套仪器或专门制定仪器，这会加大测试的复杂度和成本。例如，目前可以同时进行时间测量和电压信号采集大多基于示波器，但示波器具有价格昂贵，操作灵活性差的缺点。

因此，需要一种装置，能够以较低的成本和操作灵活性实现时间测量和电压信号采集。

实用新型内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本实用新型的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本实用新型的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种时间测量和电压信号采集装置。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种时间测量和电压信号采集装置，包括：

待测信号接口、参考信号接口、ADC模块、TDC模块，模式选择模块；

ADC模块的输入端与待测信号接口电性连接，输出端与模式选择模块电性连接；

TDC模块的输入端与待测信号接口和参考信号接口电性连接，输出端与模式选择模块电性连接；

模式选择模块被配置为选择性接收ADC模块与TDC模块之一的信号。

作为一种优选的实施方式，ADC模块包括：

ADC芯片，ADC芯片的输入端与与待测信号接口电性连接，输出端与模式选择模块电性连接。

作为一种优选的实施方式，ADC芯片选用AD9690-1000

作为一种优选的实施方式，模式选择模块还被配置为用于进行快速傅里叶变换。

作为一种优选的实施方式，TDC模块包括：

两个比较器、两个TDC芯片、时间差计算芯片和数模转换器；

两个比较器的输入端分别与待测信号接口和参考信号接口电性连接，输出端与TDC芯片一一电性连接；

两个TDC芯片与时间差计算芯片电性连接；

数模转换器的控制端与模式选择模块电性连接，输出端与两个比较器电性连接。

作为一种优选的实施方式，TDC芯片选用TDC-GPX2。

作为一种优选的实施方式，还包括：

USB接口，与模式选择模块同通信连接。

作为一种优选的实施方式，模式选择模块为FPGA。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

本实用新型的时间测量和电压信号采集装置，使用户可以通过模式选择模块来选择测量模式，根据当前需求，在同一测量通道下切换为常见的时间间隔测量模数、周期信号频率测量模式、电压信号采集模式以及频谱测量模式，解决了现有技术中想实现这些测量需要同时安装一系列对应设备的问题，简化了设备和测试复杂度和成本。

附图说明

图1是本申请实施例的一种时间测量和电压信号采集装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

本申请的一个实施例提供了一种时间测量和电压信号采集装置，其结构示意图如图1所示，具体包括：

待测信号接口、参考信号接口、ADC模块、TDC模块，模式选择模块。

其中，待测信号接口与N路待测信号的输入通道电性连接，用于从外界输入待测信号。参考信号接口与参考信号的输入通道电性连接，用于从外界输入待测信号。

上述待测信号接口和参考信号接口均选用SMA接头，待测信号接口为多路SMA接头，而参考信号接口为两路SMA接头。

ADC模块的输入端与待测信号接口电性连接，输出端与模式选择模块电性连接。

具体的，在本实施例中，ADC模块包括，ADC驱动电路和ADC芯片，ADC驱动电路的输入端与待测信号接口电性连接，输出端与ADC芯片的输入端电性连接，从而将ADC芯片与待测信号接口连接。ADC芯片的输出端与模式选择模块电性连接，可以选用AD9690-1000，其采样率为1 Gsps，分辨率为14位，具有高速高精度的特性。ADC芯片将模拟电压信号转换为数字脉冲，并送入至模式选择模块，实现电压信号采集。

更进一步的，模式处理模块被配置为能够进行快速傅里叶变换，根据ADC芯片输出的数据计算得到幅频信息和中心频率信息。

TDC模块具有两个输入端和一个输出端，其一输入端与待测信号接口电性连接，另一个输入端与参考信号接口电性连接，输出端与模式选择模块电性连接。

在本实施例中，TDC模块包括两个比较器、两个TDC芯片、时间差计算芯片和数模转换器。

其中，一个比较器的输入端与待测信号接口电性连接，输出端与一个TDC芯片电性连接；另一个比较器的输入端与和参考信号接口电性连接，输出端与另一个TDC芯片电性连接。

数模转换器的控制端与模式选择模块电性连接，输出端与两个比较器电性连接，为两个比较器提供阈值电压。比较器将输入待测信号或输入参考信号与固定的阈值电压比较，得到数字脉冲信号。

两个TDC芯片选用高精度TDC芯片（TDC-GPX2），时间测量分辨率为10 ps以下，接收比较器的数字脉冲信号，该信号的前沿表征着输入待测信号或者输入参考信号的到达时间。

两个TDC芯片的输出端与时间差计算芯片电性连接，接收到数字脉冲信号以后，将时间信息发送至时间差计算芯片。时间差计算芯片设置于模式选择模块中，将待测信号的时间信息和参考信号的时间信息作差，得到时间差信息。

模式选择模块被配置为能够接收上位机的测试模式命令，从而选择性开启ADC模块或TDC模块，并接收ADC模块与TDC模块之一的信号。

模式选择模块的功能具体如下：

如接收到电压信号采集模式命令，则将ADC芯片输出的数据输出至上位机；

如接收到周期信号频率测量模式命令，则根据ADC芯片输出的数据进行FFT计算，将FFT模块输出的中心频率信息输出至上位机；

如接收到频谱测量模式命令，则根据ADC芯片输出的数据进行FFT计算，将FFT计算输出的幅频信息输出至上位机；

如接收到时间间隔测量模式命令，则接收两个TDC芯片的时间信息，然后对二者进行时间差计算，并输出至上位机；

具体的，上述模式选择模块可以使用经过编程设计的FPGA实现，从而将其配置为能够选择性开启ADC模块或TDC模块，并接收ADC模块与TDC模块之一的信号，同时可以进行FFT计算和时间差计算。

本实施例的装置还包括USB接口，该USB接口与模式选择模块的输入端、输出端通信连接，从而能够将上位机的指令传输至模式选择模块，或将模式选择模块的数据传输至上位机。

本实用新型的时间测量和电压信号采集装置，使用户可以模式选择模块选择测量模式，根据当前需求，在同一测量通道下切换为常见的时间间隔测量模数、周期信号频率测量模式、电压信号采集模式以及频谱测量模式，解决了现有技术中想实现这些测量需要同时安装一系列对应设备的问题，简化了设备和测试复杂度和成本。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，包括：

待测信号接口、参考信号接口、ADC模块、TDC模块，模式选择模块；

所述ADC模块的输入端与所述待测信号接口电性连接，输出端与所述模式选择模块电性连接；

所述TDC模块的输入端与所述待测信号接口和所述参考信号接口电性连接，输出端与所述模式选择模块电性连接；

所述模式选择模块被配置为选择性接收所述ADC模块与所述TDC模块之一的信号。

2.如权利要求1所述的一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，所述ADC模块包括：

ADC芯片，所述ADC芯片的输入端与所述与所述待测信号接口电性连接，输出端与所述模式选择模块电性连接。

3.如权利要求2所述的一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，所述ADC芯片选用AD9690-1000。

4.如权利要求1所述的一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，所述模式选择模块还被配置为用于进行快速傅里叶变换。

5.如权利要求1所述的一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，所述TDC模块包括：

两个比较器、两个TDC芯片、时间差计算芯片和数模转换器；

所述两个比较器的输入端分别与所述待测信号接口和所述参考信号接口电性连接，输出端与所述TDC芯片一一电性连接；

所述两个TDC芯片与所述时间差计算芯片电性连接；

所述数模转换器的控制端与所述模式选择模块电性连接，输出端与所述两个比较器电性连接。

6.如权利要求5所述的一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，所述TDC芯片选用TDC-GPX2。

7.如权利要求1所述的一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，还包括：

USB接口，与所述模式选择模块通信连接。

8.如权利要求1所述的一种时间测量和电压信号采集装置，其特征在于，所述模式选择模块为FPGA。