本實(shí)用新型涉及檢測領(lǐng)域，特別涉及一種測量閥門自適應(yīng)的高精度頻率測量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，基于寬范圍的頻率測量，如頻率由0.1Hz至200MHz，將頻率測量分為高頻段測頻、低頻段測周。但在分界點(diǎn)處的測量精度不一致，由于選點(diǎn)的不同，存在可能高頻段或低頻段精度高。
這種測量方式的測量精度還有提升空間。
并且這種測量方式存在測量死區(qū)，某段的時(shí)間區(qū)間的信號測量不到。
另外，用戶設(shè)定的測量砸門時(shí)間或測量刷新時(shí)間不合理，導(dǎo)致測量結(jié)果為隨機(jī)值。
FPGA、CPLD等可編程邏輯器件是對數(shù)字信號進(jìn)行處理，因此進(jìn)入FPGA時(shí)已經(jīng)是數(shù)字信號?？删幊踢壿嬈骷臅r(shí)間分辨率是由系統(tǒng)時(shí)鐘確定的，一般是幾百兆赫茲，如果測量信號的頻率在兆、十兆、百兆甚至更高的數(shù)量級是，顯然可編程邏輯器件FPGA的時(shí)間分辨率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為了提高測量精度的普遍做法是測量多次求平均值。
由于設(shè)計(jì)的測量頻率由0.1Hz至200MHz，做N次平均的時(shí)間變化范圍為N*[5ns,10s]，時(shí)間跨度非常大，沒使用意義，所以普遍實(shí)現(xiàn)方案為在某個(gè)測量砸門時(shí)間內(nèi)測量信號的周期數(shù)。但是此方案有兩個(gè)缺陷：第一在當(dāng)前時(shí)間砸門內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)不是整數(shù)，比如10.5個(gè)周期，此時(shí)的誤差就比較大；第二設(shè)定的門限值比實(shí)際信號偏小，則測不到正確的信號頻率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于，針對上述問題，提供一種測量閘門自適應(yīng)的高精度頻率測量裝置。
本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為：
一種測量閘門自適應(yīng)的高精度頻率測量測量裝置，其包括信號調(diào)理裝置、可編程邏輯器件FPGA、控制裝置、電源及顯示交互部件，該信號調(diào)理裝置連接信號輸入端，該信號調(diào)理裝置、電源和控制裝置分別與該可編程邏輯器件FPGA連接，該控制裝置與顯示交互部件連接。
該可編程邏輯器件FPGA包括二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、系統(tǒng)時(shí)鐘、測量控制器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、測量輸出寄存器依次連接，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘連接，該邊沿檢測器與該測量控制器連接，該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器與該測量輸出寄存器連接，該測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、邊沿信號計(jì)數(shù)器連接。
該信號調(diào)理裝置分別與該測量控制器、二分頻寄存器連接。
該測量輸出寄存器與該控制裝置連接。
通過前述測量閘門自適應(yīng)的高精度頻率測量測量裝置實(shí)施的測量閘門自適應(yīng)的高精度頻率測量方法，其包括以下步驟：
(1)、設(shè)置信號調(diào)理裝置、可編程邏輯器件FPGA、控制裝置、電源及顯示交互部件，該信號調(diào)理裝置連接信號輸入端，該信號調(diào)理裝置、電源和控制裝置分別與該可編程邏輯器件FPGA連接，該控制裝置與顯示交互部件連接；
(2)模擬信號通過信號輸入端進(jìn)入信號調(diào)理裝置，經(jīng)過信號調(diào)理裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸送至可編程邏輯器件FPGA；
(3)數(shù)字信號進(jìn)入可編程邏輯器件FPGA，以該輸入信號為時(shí)鐘對一個(gè)二分頻寄存器做翻轉(zhuǎn)操作，此二分頻寄存器的信號變化周期是輸入信號的一半，變化翻轉(zhuǎn)的頻率與輸入信號一致，然后邊沿檢測器在系統(tǒng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下檢測寄存器的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，邊沿信號每次沿邊沿檢測器輸出一個(gè)時(shí)鐘高電平，對邊沿信號的計(jì)數(shù)可等效計(jì)數(shù)輸入信號；
(4)以邊沿信號作為測量控制器的使能信號，測量控制器檢測到系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)大于數(shù)據(jù)刷新頻率并且邊緣信號計(jì)數(shù)器中數(shù)值大于或等于1時(shí)，將邊沿信號計(jì)數(shù)器與系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的值更新到測量輸出寄存器中，同時(shí)復(fù)位邊沿信號計(jì)數(shù)器與系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，為下次測量做準(zhǔn)備。
其還包括以下步驟：
(5)如果沒有信號輸入或信號頻率低于測量門限，系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值會(huì)超過運(yùn)行參數(shù)中的測量溢出值，此時(shí)將測量結(jié)果置為溢出值同時(shí)復(fù)位邊沿信號計(jì)數(shù)器與系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，為下次測量做準(zhǔn)備；測量溢出狀態(tài)向用戶指出信號幅度或頻率低于測量門限或信號已斷開。
該可編程邏輯器件FPGA包括二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、系統(tǒng)時(shí)鐘、測量控制器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、測量輸出寄存器依次連接，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘連接，該邊沿檢測器與該測量控制器連接，該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器與該測量輸出寄存器連接，該測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、邊沿信號計(jì)數(shù)器連接。
該信號調(diào)理裝置分別與該測量控制器、二分頻寄存器連接；該測量輸出寄存器與該控制裝置連接。
由于測量得到的數(shù)值自刷新，刷新頻率不受控制裝置的性能和讀取延遲的影響，所以邊沿信號的頻率不能高于系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率，為了測量的準(zhǔn)確性，250MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘測量信號不能高于240MHz，解決方法為對輸入信號進(jìn)行N倍分頻，將分頻后的信號輸入到二分頻寄存器，計(jì)算出的測量結(jié)果乘以N倍。在250MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘和可編程邏輯器件FPGA所能接受的輸入頻率下，對頻率為200～800MHz的輸入信號進(jìn)行測量，測量精度與不分頻測量保持一致。
本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型能夠最大限度提高測量精度，全范圍測量精度完全相同。測量閘門時(shí)間可調(diào)，增加超時(shí)門限，可反映信號斷開狀態(tài)。測量值連續(xù)自刷新，沒有測量死區(qū)。任意設(shè)定測量閘門時(shí)間，實(shí)現(xiàn)方法可自適應(yīng)信號，并得到正確值。將測頻與測周兩種功能合二為一，降低了可編程邏輯器件資源開銷和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例：如圖1所示，本實(shí)用新型一種測量閘門自適應(yīng)的高精度頻率測量裝置，其包括信號調(diào)理裝置、可編程邏輯器件FPGA、控制裝置、電源及顯示交互部件，該信號調(diào)理裝置連接信號輸入端，該信號調(diào)理裝置、電源和控制裝置分別與該可編程邏輯器件FPGA連接，該控制裝置與顯示交互部件連接。
該可編程邏輯器件FPGA包括二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、系統(tǒng)時(shí)鐘、測量控制器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、測量輸出寄存器依次連接，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘連接，該邊沿檢測器與該測量控制器連接，該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器與該測量輸出寄存器連接，該測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、邊沿信號計(jì)數(shù)器連接。
該信號調(diào)理裝置分別與該測量控制器、二分頻寄存器連接。
該測量輸出寄存器與該控制裝置連接。
一種通過前述測量閘門自適應(yīng)的高精度頻率測量裝置實(shí)施的測量閘門自適應(yīng)的高精度頻率測量方法，其包括以下步驟：
(1)、設(shè)置信號調(diào)理裝置、可編程邏輯器件FPGA、控制裝置、電源及顯示交互部件，該信號調(diào)理裝置連接信號輸入端，該信號調(diào)理裝置、電源和控制裝置分別與該可編程邏輯器件FPGA連接，該控制裝置與顯示交互部件連接；
(2)模擬信號通過信號輸入端進(jìn)入信號調(diào)理裝置，經(jīng)過信號調(diào)理裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸送至可編程邏輯器件FPGA；
(3)數(shù)字信號進(jìn)入可編程邏輯器件FPGA，以該輸入信號為時(shí)鐘對一個(gè)二分頻寄存器做翻轉(zhuǎn)操作，此二分頻寄存器的信號變化周期是輸入信號的一半，變化翻轉(zhuǎn)的頻率與輸入信號一致，然后邊沿檢測器在系統(tǒng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下檢測寄存器的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，邊沿信號每次沿邊沿檢測器輸出一個(gè)時(shí)鐘高電平，對邊沿信號的計(jì)數(shù)可等效計(jì)數(shù)輸入信號；
(4)以邊沿信號作為測量控制器的使能信號，測量控制器檢測到系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)大于數(shù)據(jù)刷新頻率并且邊緣信號計(jì)數(shù)器中數(shù)值大于或等于1時(shí)，將邊沿信號計(jì)數(shù)器與系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的值更新到測量輸出寄存器中，同時(shí)復(fù)位邊沿信號計(jì)數(shù)器與系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，為下次測量做準(zhǔn)備。
其還包括以下步驟：
(5)如果沒有信號輸入或信號頻率低于測量門限，系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值會(huì)超過運(yùn)行參數(shù)中的測量溢出值，此時(shí)將測量結(jié)果置為溢出值同時(shí)復(fù)位邊沿信號計(jì)數(shù)器與系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，為下次測量做準(zhǔn)備；測量溢出狀態(tài)向用戶指出信號幅度或頻率低于測量門限或信號已斷開。
該可編程邏輯器件FPGA包括二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、系統(tǒng)時(shí)鐘、測量控制器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、邊沿信號計(jì)數(shù)器、測量輸出寄存器依次連接，該二分頻寄存器、邊沿檢測器、系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘連接，該邊沿檢測器與該測量控制器連接，該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器與該測量輸出寄存器連接，該測量控制器分別與該系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器、邊沿信號計(jì)數(shù)器連接。
該信號調(diào)理裝置分別與該測量控制器、二分頻寄存器連接；該測量輸出寄存器與該控制裝置連接。
由于測量得到的數(shù)值自刷新，刷新頻率不受控制裝置的性能和讀取延遲的影響，所以邊沿信號的頻率不能高于系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率，為了測量的準(zhǔn)確性，250MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘測量信號不能高于240MHz，解決方法為對輸入信號進(jìn)行N倍分頻，將分頻后的信號輸入到二分頻寄存器，計(jì)算出的測量結(jié)果乘以N倍。在250MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘和可編程邏輯器件FPGA所能接受的輸入頻率下，對頻率為200～800MHz的輸入信號進(jìn)行測量，測量精度與不分頻測量保持一致。
本實(shí)用新型是應(yīng)用到信號源上的一項(xiàng)功能，為了排除系統(tǒng)時(shí)鐘對測量結(jié)果的影響，以下數(shù)據(jù)是頻率計(jì)對本實(shí)用新型輸出信號的測量值。
本實(shí)用新型能夠最大限度提高測量精度，全范圍測量精度完全相同。測量閘門時(shí)間可調(diào)，增加超時(shí)門限，可反映信號斷開狀態(tài)。測量值連續(xù)自刷新，沒有測量死區(qū)。任意設(shè)定測量閘門時(shí)間，實(shí)現(xiàn)方法可自適應(yīng)信號，并得到正確值。將測頻與測周兩種功能合二為一，降低了可編程邏輯器件資源開銷和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實(shí)用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。故凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型之形狀、構(gòu)造及原理所作的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。