專利名稱：基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置及其誤差補(bǔ)償法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)制域分析技術(shù)，尤其涉及一種基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域 分析測量裝置及其誤差補(bǔ)償法。
背景技術(shù)：
調(diào)制域是由信號的時(shí)間和頻率兩個(gè)軸構(gòu)成的平面域，它反應(yīng)了信號頻率 與時(shí)間的關(guān)系，是對信號進(jìn)行三維(時(shí)域、頻域、調(diào)制域)測量不可缺少的 一個(gè)測量域。調(diào)制域分析用于測量信號的頻率、相位、時(shí)間間隔隨時(shí)間的變 化特性，在抗干擾通信、捷變頻雷達(dá)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)中有重要應(yīng)用， 是研制、生產(chǎn)、維護(hù)現(xiàn)代軍事及民用電子系統(tǒng)的必備儀器。
調(diào)制域分析本質(zhì)上是測量兩個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)之間信號的平均頻率，當(dāng)采樣 速率很高時(shí)，就可以用此平均頻率反應(yīng)信號的瞬時(shí)頻率。采樣速率越高才能 越細(xì)致越準(zhǔn)確地表征被測信號的頻率、時(shí)間間隔等隨時(shí)間變化的特性，但是 采樣速率越高(即閘門時(shí)間越小)，測量精度越難提高，要提高測量精度， 就必須對士l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，傳統(tǒng)的方法有模擬內(nèi)插法調(diào)制域分 析測量裝置和數(shù)字游標(biāo)法調(diào)制域分析測量裝置
一、模擬內(nèi)插法調(diào)制域分析測量裝置如圖1所示，包括放大整形單元
11、時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元12、可編程分頻器13、第一同步單元14-1、第二同步單 元14-2、異或門15、擴(kuò)展電路16、誤差計(jì)數(shù)器17、事件計(jì)數(shù)器18、時(shí)標(biāo) 計(jì)數(shù)器19、第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIF0-1) 10-1、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器 (FIF0-2) 10-2、以及單片機(jī)(PC)20;
所述的放大整形單元的輸入端連接被測信號Fx，其輸出端分別與同步 單元和事件計(jì)數(shù)器的輸入端連接；所述的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元的輸出端分別與可編 程分頻器、時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器、第二同步單元及誤差計(jì)數(shù)器的輸入端連接；所述的 可編程分頻器的輸出端與第一同步單元的輸入端連接；所述的第一同步單元的輸出端分別與第二同步單元、異或門、以及第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先 進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸入端連接；所述的異或門的輸出端與擴(kuò)展電路的輸入端連 接；所述的擴(kuò)展電路的輸出端與誤差計(jì)數(shù)器的輸入端連接；所述的誤差計(jì)數(shù)
器的輸出端與單片機(jī)連接，該單片機(jī)并與第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先進(jìn)先 出存儲(chǔ)器雙向連接。
被測信號Fx (經(jīng)過放大整形電路，得到脈沖序列Ex。然后，對生成的 脈沖序列在閘門信號Tg內(nèi)計(jì)數(shù)，共有兩個(gè)計(jì)數(shù)器時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器和事件計(jì)數(shù) 器。時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器計(jì)算在時(shí)段Tg內(nèi)時(shí)標(biāo)信號的脈沖數(shù)N;事件計(jì)數(shù)器計(jì)算在 同樣的時(shí)段Tg內(nèi)脈沖序列的脈沖數(shù)M:
Tp是原始閘門信號，Ex是被整形后測量信號，To是時(shí)標(biāo)信號，Tg是由 被測信號同步Tp之后得到的實(shí)際閘門信號，Tc是一個(gè)虛擬信號，由時(shí)標(biāo)信 號同步Tg得到，Err就是測量過程中所產(chǎn)生的誤差信號。連續(xù)測頻時(shí)，時(shí) 標(biāo)計(jì)數(shù)器、事件計(jì)數(shù)器連續(xù)計(jì)數(shù)，在Tg信號上升沿控制下，依次讀出n、 n + 1時(shí)刻的時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器值N、 N+l，事件計(jì)數(shù)器值Mn、 Mn+l及n、 n+l時(shí)刻 的ATn、 ATn+l，根據(jù)上述測量值就可算出n時(shí)刻的頻率值fx:
fx =(Mn+l—Mn)/ [( N+1—N) To + (△ Tn — ATn+l)]
To:為時(shí)標(biāo)信號的周期。
△ T: 土l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
重復(fù)上述過程，即可測得信號的頻率—時(shí)間特性。 忽略測試誤差A(yù)Tn、 ATn+l，則被測信號頻率為 fx =( M / N) fo 相對測頻誤差為
e = Afx/fx=AM/M— AN/N + Afo/fo 式中fo為時(shí)標(biāo)頻率，AM / M為事件計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)誤差，AN/N為時(shí)
間計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)誤差，Afo / fo為時(shí)標(biāo)信號的頻率準(zhǔn)確度。
由于計(jì)數(shù)是在經(jīng)事件信號同步后的門控信號時(shí)段內(nèi)進(jìn)行的，故事件計(jì)數(shù)
器計(jì)數(shù)值M不存在誤差，即AM二0。但由于被測信號的隨機(jī)性，就造成了門
控信號Tg和時(shí)標(biāo)信號fO是隨機(jī)的，時(shí)間計(jì)數(shù)值N仍然存在士1誤差。忽略
時(shí)標(biāo)信號頻率穩(wěn)定度誤差A(yù)fo / fo，測頻的最大誤差為
5上式表明，如果忽略時(shí)標(biāo)信號頻率穩(wěn)定度誤差A(yù)fo / fo,則測頻精度 和閘門時(shí)間Tg，時(shí)標(biāo)信號的頻率相關(guān)，閘門時(shí)間越長，時(shí)標(biāo)信號頻率越高， 測頻精度就越高。但是在調(diào)制域分析中，要越細(xì)致的反映頻率、相位及時(shí)間 間隔隨時(shí)間的變化情況，閘門時(shí)間越小越好，時(shí)標(biāo)信號頻率也不可能無限提 高，因?yàn)闃O高的頻率對器件和電路板設(shè)計(jì)都提出了嚴(yán)格的要求，在目前的技 術(shù)水平和工藝下，實(shí)現(xiàn)難度很大。在上述這些客觀因素限制下，要提高測量 精度，就需準(zhǔn)確測出ATn 、 ATn+l進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
模擬內(nèi)插法誤差補(bǔ)償原理就是把ATn、 ATn+l放大d倍，得到ATn，、 ATn+l'，再對時(shí)標(biāo)進(jìn)行計(jì)數(shù)測出ATn' 、 ATn+l，，帶入下面公式推出被 測信號頻率。
Tg = Tx (Mn+l—Mn) = To ( N+1—N) + (ATn， /d — ATn+l， /d)
△ Tn' =N1 * To，Nl為ATn'內(nèi)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)值。
△ Tn+1，二 N2 * To， N2為ATn+l'內(nèi)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)值。 Tg:實(shí)際閘門時(shí)間。
Tx:被測信號周期，取反即為被測信號頻率。 M:事件計(jì)數(shù)器值。 N:時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器值。 To:時(shí)標(biāo)周期。
△ T: 土l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
d:表示時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差放大的倍數(shù)。
采用模擬內(nèi)插后，雖然測ATn、 ATn+l時(shí)量化誤差仍然存在，但相對 來說縮小了d倍。如果ad二 1000，則測時(shí)分辯率提高三個(gè)數(shù)量級。
時(shí)間擴(kuò)展原理如圖2所示。時(shí)間擴(kuò)展電路的工作原理是，在ATn時(shí)間 內(nèi)用一個(gè)恒流源對電容充電，隨后以(d — l) XATn的時(shí)間放電至電容器 的原電平。時(shí)間擴(kuò)展電路由"起始"(Err信號的上升沿)信號開啟，在電 容器恢復(fù)至原電平時(shí)關(guān)閉。
模擬內(nèi)插法的工作波形如圖3所示
6To是時(shí)標(biāo)信號，Tg是由被測信號同步Tp之后得到的實(shí)際閘門信號，Tc 是由時(shí)標(biāo)信號同步Tg得到，Err就是測量過程中所產(chǎn)生的誤差信號，Err， 就是擴(kuò)展后誤差信號，誤差計(jì)數(shù)器在Err'高電平時(shí)對時(shí)標(biāo)進(jìn)行計(jì)數(shù)，目的 是對Err'誤差脈沖進(jìn)行測量。
采用模擬內(nèi)插法的缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，擴(kuò) 展倍數(shù)有限，而且測ATn、 ATn+l時(shí)仍然存在量化誤差。
二、數(shù)字游標(biāo)法調(diào)制域分析測量裝置的工作原理如圖4所示。包括第一 游標(biāo)振蕩器21-1、第二游標(biāo)振蕩器21-2、第-一符合電路23-l、第二符合電 路23-2、時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元24、門控單元25、第一游標(biāo)計(jì)數(shù)器26-1、第二游標(biāo) 計(jì)數(shù)器26-2、粗測計(jì)數(shù)器27;以閘門時(shí)間上升沿作為起始信號輸出到第一 游標(biāo)振蕩器21-1和門控單元25，以閘門時(shí)間下降沿作為終止信號輸出到第 二游標(biāo)振蕩器21-2和第二符合電路23-2，時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元24的輸出分別輸 出到第一符合電路23-1、第二符合電路23-2和門控單元25，門控單元25 的輸出端與粗測計(jì)數(shù)器27連接，第一符合電路23-l的輸出端與第一游標(biāo)振 蕩器21-1的輸入端連接，第二符合電路23-2的輸出端與第二游標(biāo)振蕩器 21-2的輸入端連接，第一游標(biāo)振蕩器21-1、第二游標(biāo)振蕩器21-2的輸出 端分別與第一游標(biāo)計(jì)數(shù)器26-1、第二游標(biāo)計(jì)數(shù)器26-2連接。
數(shù)字游標(biāo)法調(diào)制域分析測量裝置的工作波形圖如圖5所示。
數(shù)字游標(biāo)法使用了兩種頻率的時(shí)標(biāo)信號，主時(shí)標(biāo)為fo，游標(biāo)時(shí)鐘為fs， fs〉fo，且非常接近。電路工作時(shí)，以Tg的上升沿作為第一游標(biāo)振蕩器的起 始信號，下降沿作為第二游標(biāo)振蕩器的起始信號。在Tg上升沿的作用下第 一游標(biāo)振蕩器輸出游標(biāo)時(shí)鐘，并由第一游標(biāo)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)谝挥螛?biāo)振蕩器 時(shí)鐘趕上主時(shí)標(biāo)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)停止脈沖，第一游標(biāo)振蕩器停止輸出游標(biāo)時(shí)鐘， 此時(shí)第一游標(biāo)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)為Nl，則有
△ Tn 二 Nl (To — Ts)。 同理得
△ Tn+1 = N2 (To — Ts) 帶入下面公式可推出被測信號頻率。
Tg = Tx (Mn+l—Mn) = To ( N+1—N) — ATn +ATn+lTg:實(shí)際閘門時(shí)間。
Tx:被測信號周期，取反即為被測信號頻率。 M:事件計(jì)數(shù)器值。 N:時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器值。 To:時(shí)標(biāo)周期。 △ T: 士l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
數(shù)字游標(biāo)法的測時(shí)分辨率取決于主時(shí)標(biāo)和游標(biāo)的接近程度，越接近，分 辨率越高。如果To = 10ns， Ts = 9. 9ns，則測時(shí)分辨率為100ps。
數(shù)字游標(biāo)法的缺點(diǎn)是當(dāng)測時(shí)分辯率很高時(shí)，兩個(gè)時(shí)鐘電路必須嚴(yán)格屏 蔽，否則可能因頻率牽引而無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，而提供的一種對土l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì) 數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)幕跁r(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置及其誤差補(bǔ)償法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置，包括 放大整形單元、時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元、可編程分頻器、同步單元、事件計(jì)數(shù)器、時(shí) 標(biāo)計(jì)數(shù)器、第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、以及單片機(jī)；其特 點(diǎn)是，
所述的時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器有a個(gè)(a為大于等于1的正整數(shù))； 還包括a-1個(gè)移相器；
所述的放大整形單元的輸入端連接被測信號，其輸出端分別與同步單元 和事件計(jì)數(shù)器的輸入端連接；
所述的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元的輸出端分別與可編程分頻器、a個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器中 之一時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器、以及各移相器的輸入端連接；所述的各移相器的輸出端分 別與各自對應(yīng)的其余的時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器連接；
所述的各時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器的輸出端與加法器連接；該加法器的輸出端與第二 先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸入端連接；
所述的可編程分頻器的輸出端與同步單元的輸入端連接；
所述的第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸出端與單片機(jī)連
8接。
上述基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置，其中，所述的同步單元由觸 發(fā)器構(gòu)成。
基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差補(bǔ)償方法，其特點(diǎn)是，在調(diào) 制域分析測量對士l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，所述的補(bǔ)償包括以下步驟
步驟1 、把時(shí)標(biāo)信號移相b次(b為大于等于1的正整數(shù)，b=a)，即把 時(shí)標(biāo)接到n-l個(gè)移相器輸入端，移相后將n路時(shí)標(biāo)送到n個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器，每 次移相的相位等于360度/移相次數(shù)再乘以m(ra為大于等于1的正整數(shù)，最大 值等于b-l);
步驟2 、對移相后的各時(shí)標(biāo)在實(shí)際閘門時(shí)間內(nèi)同時(shí)計(jì)數(shù)；
步驟3、在實(shí)際閘門時(shí)間內(nèi)對步驟2各時(shí)標(biāo)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行求和，得到等
效時(shí)標(biāo)頻率，補(bǔ)償土l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
上述基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差補(bǔ)償方法，其中，所述
的移相的相位分別為360度/移相次數(shù)再乘以m(m為大于等于1的正整數(shù)，
最大值等于b-l)
上述基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差補(bǔ)償方法，其中，所述 的時(shí)標(biāo)移相次數(shù)與原時(shí)標(biāo)頻率和移相元器件有關(guān)移相元器件決定最小的移 相度數(shù)；原時(shí)標(biāo)頻率越低，最小移相度數(shù)可以越小，移相次數(shù)可以越多。
上述基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差補(bǔ)償方法，其中，所述 的移相后的時(shí)標(biāo)上升沿的抖動(dòng)范圍不超過其前后相鄰相位時(shí)標(biāo)的上升沿。
上述基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差補(bǔ)償方法，其中，所述 的時(shí)標(biāo)信號b次移相的相位相等。
本發(fā)明由于采取了以上的技術(shù)方案，其工作原理是把時(shí)標(biāo)信號等相位移 相，然后對移相后的各時(shí)標(biāo)分別計(jì)數(shù)，如果移相b次，就相當(dāng)于把時(shí)標(biāo)頻率 提高b倍，從而很好補(bǔ)償土l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差，提高了測量精度。


本發(fā)明的具體特征、性能由移相的實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步描述。 圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用模擬內(nèi)插法的調(diào)制域分析測量裝置電方框圖。圖2是圖1中時(shí)間擴(kuò)展原理圖。 圖3是圖1的工作波形示意圖。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)采用數(shù)字游標(biāo)法調(diào)制域分析測量裝置電方框圖。 圖5是圖4的工作波形圖。
圖6是本發(fā)明基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的一種實(shí)施例(采用
時(shí)標(biāo)四次移相法原理)的電方框圖。 圖7是圖6的工作波形圖。
具體實(shí)施例方式
在調(diào)制域分析技術(shù)中，傳統(tǒng)的方法是采用模擬內(nèi)插法或數(shù)字游標(biāo)法對士 l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。但是模擬內(nèi)插法電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，誤差脈沖
擴(kuò)展倍數(shù)有限，而且士l個(gè)時(shí)標(biāo)誤差測量仍然存在量化誤差；數(shù)字游標(biāo)法當(dāng) 測時(shí)分辯率很高時(shí)，兩個(gè)非?？拷臅r(shí)鐘電路必須嚴(yán)格屏蔽，否則可能因頻 率牽引而無法正常工作。
本發(fā)明所采用的時(shí)標(biāo)移相法就是把時(shí)標(biāo)信號等相位移相，然后對移相后 的各時(shí)標(biāo)分別同時(shí)計(jì)數(shù)，如果移相b次，相當(dāng)于把時(shí)標(biāo)頻率提高b倍。時(shí)標(biāo) 移相法的優(yōu)點(diǎn)是可用較低的時(shí)標(biāo)頻率，成倍的提高測時(shí)分辨率，從而提高測 量精度，而且由于時(shí)標(biāo)頻率較低，硬件很容易實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。還可以和模擬內(nèi) 插法一起使用，得到極高的測時(shí)分辨率。
下面以時(shí)標(biāo)移相四次為例說明本發(fā)明的采用時(shí)標(biāo)移相法的基于時(shí)標(biāo)移 相的調(diào)制域分析測量裝置及其誤差補(bǔ)償法
請參閱圖6 ，這是本發(fā)明基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的采用時(shí) 標(biāo)四次移相法原理的一種實(shí)施例電方框圖。本實(shí)施例的基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制 域分析測量裝置包括加法器30、放大整形單元31、時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元32、可編 程分頻器33、同步單元34、事件計(jì)數(shù)器35、第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器 (FIFO-1)36-1、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIFO-2)36-2、以及單片機(jī)(PC) 37。 還包括a個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器(a為大于等于1的正整數(shù))、a-1個(gè)移相器，本實(shí)施 例中因?yàn)椴捎盟拇我葡?，因此選擇采用4個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器和3個(gè)移相器，其中 4個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器包括第一時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器38-1、第二時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器38-2、第三時(shí)
10標(biāo)計(jì)數(shù)器38-3、第四時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器38-4， 3個(gè)移相器包括第一移相器39-1、 第二移相器39-2和第三移相器39-3。
所述的放大整形單元31的輸入端連接被測信號FX，其輸出端輸出被整 形后的脈沖序列信號EX，分別與同步單元34和事件計(jì)數(shù)器35的輸入端連 接；
所述的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元32的輸出的時(shí)標(biāo)信號To分別與可編程分頻器33、 4個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器中之一例如第一時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器38-1、以及各移相器39-1、 39-2、 39-3的輸入端連接；所述的各移相器的輸出端分別與各自對應(yīng)的其 余的時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器例如第二時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器38-2、第三時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器38-3、第四時(shí) 標(biāo)計(jì)數(shù)器38-4連接；
所述的各時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器的輸出端與加法器30連接；該加法器的輸出端與 第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器36-2的輸入端連接；
所述的可編程分頻器33的輸出端輸出的被測原始閘門信號Tp與同步單 元34的輸入端連接；該同步單元產(chǎn)生輸出到第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先 進(jìn)先出存儲(chǔ)器，實(shí)際閘門信號Tg由被整形后的脈沖序列信號EX同步被測原 始閘門信號Tp后得到；
所述的第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIFO-1)、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIFO- 2 ) 的輸出端與單片機(jī)37連接。
本發(fā)明的實(shí)施例中所述的同步單元可以由觸發(fā)器構(gòu)成。
本發(fā)明被測信號Fx經(jīng)過放大整形電路，得到脈沖序列Ex， Tg是Ex同 步Tp得到，故事件計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值不存在誤差。
本發(fā)明釆用時(shí)標(biāo)移相法來補(bǔ)償該誤差，包括以下步驟
基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差補(bǔ)償方法，在調(diào)制域分析測 量對±1個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，所述的補(bǔ)償包括以下步驟
步驟1 、把時(shí)標(biāo)信號移相b次(b為大于等于1的正整數(shù)，b])，即把 時(shí)標(biāo)接到a-l個(gè)移相器輸入端，移相后時(shí)標(biāo)與原時(shí)標(biāo)總共a路送到a個(gè)時(shí)標(biāo) 計(jì)數(shù)器，每次移相的相位等于360度/移相次數(shù)再乘以m(m為系數(shù)，其為大 于等于1的正整數(shù)，最大值等于b-l);
步驟2 、對移相后的各時(shí)標(biāo)在實(shí)際閘門時(shí)間內(nèi)同時(shí)計(jì)數(shù)；
11步驟3、在實(shí)際間門時(shí)間內(nèi)對步驟2各時(shí)標(biāo)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行求和，得到等 效時(shí)標(biāo)頻率，補(bǔ)償土l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
具體的說，結(jié)合本實(shí)施例，就是把時(shí)標(biāo)信號移相90度、180度、270度， 然后與時(shí)標(biāo)一起分別計(jì)數(shù)，在實(shí)際閘門時(shí)間內(nèi)，對四個(gè)波形計(jì)數(shù)值求和，等 于對等效時(shí)標(biāo)Te的計(jì)數(shù)值，因?yàn)橐葡嗨拇危琓e的頻率是原時(shí)標(biāo)To的四倍， 所以通過移相可以等效提高時(shí)標(biāo)頻率，從而提高測量精度。比如fo = lOOOMHz，移相4次，則fe = 4000MHz，測量精度提高4倍。如果移相b 次，等效時(shí)標(biāo)頻率為原時(shí)標(biāo)頻率的b倍，從而測量精度也提高b倍，工作原 理同4次移相。
由下面公式可推出被測信號頻率。
Tg =Tx (Mn+l—Mn)=To [ ( N0+Nl +…Nn )n+l—( N0+Nl+…Nn )n]b Tg:實(shí)際閘門時(shí)間。
Tx:被測信號周期，取反即為被測信號頻率。 M:事件計(jì)數(shù)器值。 N:時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器值。 To:時(shí)標(biāo)周期。
n:閘門上升沿的時(shí)刻。
b:時(shí)標(biāo)移相次數(shù)。
圖7是本發(fā)明基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的一種實(shí)施例(采用
時(shí)標(biāo)四次移相法原理)的工作波形圖。
時(shí)標(biāo)移相法的優(yōu)點(diǎn)是可用較低的時(shí)標(biāo)頻率，成倍的提高測量精度，而且 由于時(shí)標(biāo)頻率較低，硬件很容易實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。還可以和模擬內(nèi)插法一起使用， 能得到極高的測時(shí)分辨率。
時(shí)標(biāo)移相次數(shù)由原時(shí)標(biāo)頻率和移相元器件決定，移相元器件決定最小的 移相度數(shù)，但是，移相后的時(shí)標(biāo)上升沿的抖動(dòng)范圍不能超過它前后相鄰相位 時(shí)標(biāo)的上升沿，所以移相度數(shù)不能太小， 一般講，原時(shí)標(biāo)頻率越低，最小移 相度數(shù)可以越小，移相次數(shù)可以越多。
本發(fā)明采用時(shí)標(biāo)移相法，是一種新穎的對士l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償 的方法。相對于模擬內(nèi)插法和數(shù)字游標(biāo)法，時(shí)標(biāo)移相法可用較低的時(shí)標(biāo)頻率，成倍的提高測時(shí)分辨率，硬件容易實(shí)現(xiàn)，除應(yīng)用于調(diào)制域分析中外，還可廣 泛應(yīng)用于測頻、測周、測時(shí)及測相等各種場合。還可以和傳統(tǒng)的模擬內(nèi)插法 一起使用，能得到極高的測時(shí)分辨率，應(yīng)用在對測量精度極高的場合。
本發(fā)明測試精度可以達(dá)到預(yù)期效果，與傳統(tǒng)方法相比，具有電路設(shè)計(jì)簡 單、調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)，極大的提高了測時(shí)分辨率根據(jù)試驗(yàn)，很好的補(bǔ)償了士 1個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
權(quán)利要求
1、基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置，包括放大整形單元、時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元、可編程分頻器、同步單元、事件計(jì)數(shù)器、時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器、第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、以及單片機(jī)；其特征在于，所述的時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器有a個(gè)(a為大于等于1的正整數(shù))；還包括a-1個(gè)移相器；所述的放大整形單元的輸入端連接被測信號，其輸出端分別與同步單元和事件計(jì)數(shù)器的輸入端連接；所述的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元的輸出端分別與可編程分頻器、a個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器中之一時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器、以及各移相器的輸入端連接；所述的各移相器的輸出端分別與各自對應(yīng)的其余的時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器連接；所述的各時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器的輸出端與加法器連接；該加法器的輸出端與第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸入端連接；所述的可編程分頻器的輸出端與同步單元的輸入端連接；所述的第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器的輸出端與單片機(jī)連接。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置，其特 征在于，所述的同步單元由觸發(fā)器構(gòu)成。
3、基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于， 在調(diào)制域分析測量對士l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，所述的補(bǔ)償包括以下步 驟步驟1 、把時(shí)標(biāo)信號移相b次(b為大于等于1的正整數(shù)，b二a)，每次 移相的相位等于360度/移相次數(shù)再乘以m(ni為系數(shù)，是大于等于1的正整 數(shù)，其最大值等于b-l);步驟2 、對移相后的各時(shí)標(biāo)在實(shí)際閘門時(shí)間內(nèi)同時(shí)計(jì)數(shù)； 步驟3 、在實(shí)際閘門時(shí)間內(nèi)對步驟2各時(shí)標(biāo)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行求和，得到等 效時(shí)標(biāo)頻率，補(bǔ)償土l個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
4 、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差 補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟l所述的把時(shí)標(biāo)信號移相b次，是指把時(shí)標(biāo)接 到a-l個(gè)移相器輸入端，移相后將a路時(shí)標(biāo)送到a個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器。
5 、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差 補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的時(shí)標(biāo)移相次數(shù)與時(shí)標(biāo)頻率和移相元器件有關(guān): 移相元器件決定最小的移相度數(shù)；時(shí)標(biāo)頻率越低，最小移相度數(shù)可以越小， 移相次數(shù)可以越多。
6 、根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差 補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的移相后的時(shí)標(biāo)上升沿的抖動(dòng)范圍不超過其前 后相鄰相位時(shí)標(biāo)的上升沿。
7 、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置的誤差 補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的時(shí)標(biāo)信號b次移相的相位相等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于時(shí)標(biāo)移相的調(diào)制域分析測量裝置及其補(bǔ)償方法，包括放大整形單元、時(shí)標(biāo)產(chǎn)生單元、可編程分頻器、同步單元、事件計(jì)數(shù)器、時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器、第一先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、第二先進(jìn)先出存儲(chǔ)器、以及單片機(jī)；其特點(diǎn)是，時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)器有a個(gè)(a為大于等于1的正整數(shù))；還包括a-1個(gè)移相器；誤差補(bǔ)償方法，包括把時(shí)標(biāo)信號移相b次的步驟；對移相后的各時(shí)標(biāo)分別計(jì)數(shù)的步驟；在實(shí)際閘門時(shí)間內(nèi)對步驟2分別計(jì)數(shù)的各時(shí)標(biāo)累加求和，得到等效時(shí)標(biāo)頻率，補(bǔ)償±1個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差的步驟。具有電路設(shè)計(jì)簡單、調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)，極大的提高了測時(shí)分辨率，根據(jù)試驗(yàn)，很好的補(bǔ)償了±1個(gè)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)誤差。
文檔編號G01R23/00GK101458278SQ20071017214
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者成 楊, 楊文舉, 建 王, 韓立群 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十研究所