專利名稱：一種ns級時間間隔測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及時間測量技術領域，尤其涉及到ns級時間間隔測量。
背景技術：
時間間隔測量技術具有非常重要的作用，在脈沖雷達測距、雷達PRI測量、雷達信號分選識別、無源時差定位以及衛(wèi)星導航燈領域都有廣泛的應用，受到應用領域工程技術人員的關注，如何提高時間間隔測量的精確度是廣大工程技術人員和計量測試技術研究人員努力的方向和動力。目前國內(nèi)外比較成熟的時間間隔測量方法主要有電子計數(shù)法、模擬內(nèi)插法、延遲線內(nèi)插法、游標法。其中，后三種方法都以電子計數(shù)法為基礎，是電子計數(shù)法的延伸。用電子計數(shù)法實現(xiàn)時間間隔Tx測量時，T1和T2與量化時鐘的關系及待測脈沖時間間隔Tx為Tx= (N-M) XT0+ T「T2(I)其中，Ttl為量化時鐘周期，(N-M)為待測脈沖時間間隔Tx內(nèi)量化時鐘的脈沖數(shù)目。電子計數(shù)法具有以下特點a.測量范圍廣，容易實現(xiàn)，且能夠進行實時處理。b.存在時標誤差與原理誤差，限制了其測量精度。比較分析其它三種時間間隔測量方法，其總體思路都是對T1和T2進行擴展之后，重新計數(shù)。其中，模擬內(nèi)插法是對T1和T2進行k倍擴展之后，采用時鐘再次進行計數(shù)；延遲線內(nèi)插法的本質(zhì)是采用多個延遲單元對TJPT2進行計數(shù)；游標法是利用主副時鐘的頻率差值得到一個擴展系數(shù)。它們都是在電子計數(shù)法基礎上發(fā)展起來的，若要獲得較高的測量精 確度，必須提高量化時鐘的頻率，對實際電路工藝的要求高，付出的代價大，難以實現(xiàn)等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題提供一種ns級時間間隔測量裝置，以解決利用電子計數(shù)法為基礎的時間間隔測量如果要獲得較高的測量精確度，必須提高量化時鐘頻率對實際電路工藝要求高，付出的代價大，難以實現(xiàn)等問題。本實用新型的技術方案一種ns級時間間隔測量裝置，它包括電源單元，為充放電單元提供電源，對充放電單元進行充電，與充放電單元導線連接;輸入單元，接收輸入信號，完成輸入信號的整形處理，保證待測脈沖的真實性，提取待測時間間隔信息，同時隔離前后級電路，與輸入脈沖信號和充放電單元導線連接；充放電單元，在輸入單元和控制單元的控制下，完成充放電過程，與控制單元和輸出單元導線連接；控制單元，完成充電啟動信號、充電時間長度控制信號和采樣保持控制信號的產(chǎn)生，與輸入信號和輸出單元導線連接；輸出單元，輸出單元隔離充放電單元與后級電路，使之不影響充放電單元充電過渡過程，使充電電壓真實地反映時間間隔攜帶的時間信息，提供電壓放大倍率，將充電電壓放大k倍，從而降低后級模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)。充放電單元包含電容、電阻和隔離二極管，電源單元輸出端接開關A輸入端，開關B與電阻串聯(lián)后，并聯(lián)在開關A的輸出端與電源單元的輸入端，電容并聯(lián)在開關A的輸出端與電源單元的輸入端，隔離二極管的輸入端接到開關A的輸出端，其輸出端接下一級電路?？刂茊卧叫盘柅@取電路，同步信號獲取電路的輸出端接整形延時放大電路的輸入端，整形延時放大電路的輸出端接采樣控制信號產(chǎn)生電路的輸入端和啟動控制信號產(chǎn)生電路與充電時間控制電路的輸入端。輸出單元包括隔離放大器和采樣保持器，隔離放大器輸出端接采樣保持器輸入端。本實用新型的有益效果本實用新型中，若待測量是前后兩個脈沖之間的時間間隔，將所述前一脈沖前沿作為起始觸發(fā)，接通開關A，啟動電源單元給電容充電，當所述后一脈沖前沿到來時，斷開開關A，電源單元停止給電容充電，電容上的電壓保持一段時間后，接通開關B，電容通過電阻快速放電，放盡電容上的電量，為下次測量做好準備，等待下一個測量周期。若待測量是一個脈沖前沿和后沿之間的時間間隔，將所述脈沖前沿作為起始觸發(fā)，接通開關A，啟動電源單元給電容充電，當所述脈沖后沿到來時，斷開開關A，電源單元停止給電容充電，電容上的電壓保持一段時間后，接通開關B，電容通過電阻快速放電，放盡電容上的電量，為下次測量做好準備，等待下一個測量周期。為了測量低重復頻率甚至單脈沖信號的脈沖寬度，保證每次測量時起始電壓一樣，必須隨時給電容充電。所述時間控制電路經(jīng)過巧妙設計，能夠隨時充電，做好測量的準備，能夠?qū)崿F(xiàn)單脈沖信號的測量。本實用新型的優(yōu)點采用常溫環(huán)氧灌封工藝，封裝形式是20引腳雙列直插結構，引腳間距是5. 08mm,外形尺寸是53_X40_X8_?？蓪崿F(xiàn)單脈沖時間測量或低重復頻率的脈沖時間測量。適用于5niTlmS時間間隔測量及單脈沖和連續(xù)脈沖頻率IOOkHz的時間脈沖間隔的測量，分辨力優(yōu)于lOOps，正好彌補了電子計數(shù)法在小時間測量的不足。在電路中沒有高頻信號，電路工藝和元器件的要求不高，易于實現(xiàn)。能滿足通信、雷達、衛(wèi)星及導航定位等領域中時間計量檢測儀器儀表、繼電器和連接器等生產(chǎn)檢測與質(zhì)量檢驗的要求，具有良好的應用前景。本實用新型解決了利用電子計數(shù)法為基礎的時間間隔測量如果要獲得較高的測量精確度，必須提高量化時鐘頻率對實際電路工藝要求高，付出的代價大，難以實現(xiàn)等問題。
圖I為本實用新型的電路原理組成框圖；圖2為本實用新型時間間隔測量等效原理圖；圖3為本實用新型控制單元原理框圖；圖4為本實用新型輸出單元原理框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明 見附圖I和2，一種ns級時間間隔測量裝置，它包括電源單元1，為充放電單元3提供電源，對充放電單元3進行充電，與充放電單元3通過導線連接，電源單元(I)采用恒流源；輸入單元2，接收輸入脈沖信號，完成輸入脈沖的整形處理，保證待測脈沖的真實性，提取待測時間間隔信息，同時隔離前后級電路，與輸入脈沖信號和充放電單元3導線連接;充放電單元3，在輸入單元2和控制單元4的控制下，完成充放電過程，與控制單元4和輸出單元5導線連接； 控制單元4，完成充電啟動信號、充電時間長度控制信號和采樣保持控制信號的產(chǎn)生，與輸入脈沖信號和輸出單元(5)導線連接；輸出單元5，輸出單元5隔離充放電單元3與后級電路使之不影響充放電單元3充電過渡過程，使充電電壓真實地反映時間間隔攜帶時間信息，提供電壓放大倍率，將充電電壓放大k倍，從而降低后級模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)，在同等輸入下提高測量靈敏度。充放電單元3包含電容6、電阻7和隔離二極管8，電源單元I輸出端接開關A9輸入端，開關BlO與電阻7串聯(lián)后，并聯(lián)在開關A9的輸出端與電源單元I的輸入端上，電容6并聯(lián)在開關A9的輸出端與電源單元I的輸入端，隔離二極管8的輸入端接到開關A9的輸出端，其輸出端接下一級電路。控制單元4包含(見圖3)同步信號獲取電路11、整形延時放大電路12、采樣控制信號產(chǎn)生電路13和啟動控制信號產(chǎn)生電路與充電時間控制電路14。輸出單元5包括隔離放大器15和采樣保持器16 (見圖4)，其作用是隔離充放電單元3與后級電路；隔離放大器15主要有兩方面作用，一個是隔離電容與后級電路，使后級電路的介入不會影響到電容的充電過程，即不影響電容充電過渡過程，使充電電壓真實地反映時間間隔攜帶時間信息，另一個作用是在需要時提供一定的電壓放大倍率，將充電電壓放大k倍，從而降低后級模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)，可以降低成本，在同等輸入下提高測量靈敏度，隔離放大器輸入端接收電容器上電壓信號，米樣保持器輸出信號為直流電壓輸出信號。時間間隔的測量，可以選擇電容6充電過程或放電過程來進行，如選擇電容6充電過程為有效測量過程，則電容6放電過程為準備過程；反之，如選擇電容6放電過程為有效測量過程，則電容6充電過程為準備過程；本實用新型采用后一種方式測量時間間隔。如圖2，若待測量是前后兩個脈沖之間的時間間隔，將所述前一脈沖前沿作為起始觸發(fā)，接通開關A9，啟動電源單元I給電容6充電，當所述后一脈沖前沿到來時，斷開開關A9，電源單元I停止給電容6充電，電容6上的電壓保持一段時間后，保持時間可根據(jù)后級電路實際情況進行設計，一般情況下在IOms可滿足要求，接通開關B10，電容6通過電阻7快速放電，放盡電容6上的電量，為下次測量做好準備，等待下一個測量周期。若待測量是一個脈沖前沿和后沿之間的時間間隔，將所述脈沖前沿作為起始觸發(fā)，接通開關A9，啟動電源單元I給電容6充電，當所述脈沖后沿到來時，斷開開關A9，電源單元I停止給電容6充電，電容6上的電壓保持一段時間后，接通開關B10，電容6通過電阻7快速放電，放盡電容6上的電量，為下次測量做好準備，等待下一個測量周期。設放電時間電容為Ct，放電支路電阻為Rt，Ct上的電壓為V。，則根據(jù)電容放電暫態(tài)電壓與放電時間的關系，推導出本實用新型中待測時間間隔Tx為Tx= τ In {[Vc-Vc( 00 )]/ [Vc (0+) -Vc( 00 ) ]}(2)式(2)中，τ =RtCt,放電電路時間常數(shù)，Rt為放電等效電阻，Ct為放電等效電容，vc( )為電容放電結束電壓，VjO+)為電容初始電壓，即充電電源電壓。常見的電容充放電路由電容和電阻構成，在本實用新型中，一方面是要完成放電功能，通過精確測量電容上的電壓，計算出充放電時間，從而實現(xiàn)通過測量直流電壓的方法測量時間間隔；另一方面，為了保證在放電過程中和放電過程完成后的一段時間內(nèi)不受其它電路的影響，特別是進行不需要的充電，本實用新型使用了極低漏電流的高速二極管來隔離前級和充電電路的不良影響，巧妙地將有效測量過程、充放電準備過程、充放電相互切換以及高隔離要求結合在簡單的電路結構中?？刂茊卧? (見圖3)電路完成充電啟動控制信號和充電時間長度控制信號、采樣保持控制信號的產(chǎn)生，為了準確可靠地產(chǎn)生啟動信號和時間長度控制信號，由同步信號獲取電路11對輸入信號進行同步取樣，為了快速準確地捕捉到輸入脈沖的前沿，放電支路用了一只二極管來完成電容的放電，即當輸入脈沖到來時快速達到晶體管的飽和狀態(tài)，及時同步到輸入信號，經(jīng)過時間放大延遲后，取脈沖后沿為同步點，隨后以此為同步時間開始延遲放大輸入時間信號。所述同步信號獲取電路對時間放大、延遲等的要求不高，普通器件即可滿足要求。采樣控制信號產(chǎn)生電路13，在同步時間延遲放大后，經(jīng)過整形處理，適時產(chǎn)生時間電壓采樣控制信號，送采樣保持電路控制采樣。采樣控制信號產(chǎn)生電路13對于脈沖寬度、上升沿和下降沿均沒有高的要求，可以根據(jù)實際選用的器件技術指標來調(diào)定。啟動控制信號產(chǎn)生電路與充電時間控制電路，在采樣結束后，說明一個轉(zhuǎn)換測量周期結束，應該進行時間電容的能量補充，為下一個測量周期做好準備，啟動控制信號的前沿選用在采樣控制信號的后沿。由于低重復頻率甚至單脈沖信號，脈沖間歇時間長，而時間電容上存貯的電量總會損失，間歇時間越長損失越多，即電容初始電壓越低，因此，為了測量低重復頻率甚至單脈沖信號的脈沖寬度，保證每次測量時起始電壓一樣，必須隨時給電容充電。所述時間控制電路經(jīng)過巧妙設計，能夠隨時充電，做好測量的準備，能夠?qū)崿F(xiàn)單脈沖信號的測量。本實用新型解決了利用電子計數(shù)法為基礎的時間間隔測量如果要獲得較高的測量精確度，必須提高量化時鐘頻率對實際電路工藝要求高，付出的代價大，難以實現(xiàn)等問題。
權利要求1.ー種ns級時間間隔測量裝置，其特征在于它包括 電源單元(I)，為充放電單元(3 )提供電源，對充放電單元(3 )進行充電，與充放電單元(3)導線連接； 輸入單元(2)，接收輸入信號，完成輸入信號的整形處理，保證待測脈沖的真實性，提取待測時間間隔信息，同時隔離前后級電路，與輸入脈沖信號和充放電単元(3)導線連接； 充放電單元(3)，在輸入單元(2)和控制單元(4)的控制下，完成充放電過程，與控制單元(4)和輸出單元(5)導線連接； 控制單元(4)，完成充電啟動信號、充電時間長度控制信號和采樣保持控制信號的產(chǎn)生，與輸入信號和輸出單元(5)導線連接； 輸出單元(5)，輸出單元(5)隔離充放電單元(3)與后級電路，使之不影響充放電単元(3)充電過渡過程，使充電電壓真實地反映時間間隔攜帶的時間信息，提供電壓放大倍率，將充電電壓放大k倍，從而降低后級模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種ns級時間間隔測量裝置，其特征在于充放電単元(3)包含電容(6)、電阻(7)和隔離ニ極管(8)，電源單元(I)輸出端接開關A (9)輸入端，開關B (10)與電阻(7)串聯(lián)后，并聯(lián)在開關A (9)的輸出端與電源單元(I)的輸入端，電容(6)并聯(lián)在開關A (9)的輸出端與電源單元(I)的輸入端，隔離ニ極管(8)的輸入端接到開關A(9)的輸出端，其輸出端接下ー級電路。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種ns級時間間隔測量裝置，其特征在于控制單元(4)包含同步信號獲取電路(11 )，同步信號獲取電路(11)的輸出端接整形延時放大電路(12 )的輸入端，整形延時放大電路(12)的輸出端接采樣控制信號產(chǎn)生電路(13)的輸入端和啟動控制信號產(chǎn)生電路與充電時間控制電路(14)的輸入端。
4.根據(jù)權利要求I所述的ー種ns級時間間隔測量裝置，其特征在于輸出單元(5)包括隔離放大器(15)和采樣保持器(16)，隔離放大器(15)輸出端接采樣保持器(16)輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種ns級時間間隔測量裝置，它包括電源單元(1)、輸入單元(2)、充放電單元(3)、控制單元(4)和輸出單元(5)，解決了利用電子計數(shù)法為基礎的時間間隔測量如果要獲得較高的測量精確度，必須提高量化時鐘頻率對實際電路工藝要求高，付出的代價大，難以實現(xiàn)等問題。
文檔編號G04F10/04GK202372798SQ20112045361
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權日2011年11月16日
發(fā)明者李光燦 申請人:貴州航天計量測試技術研究所