專利名稱：精確時間測量的方法及測量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到廣域測控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，特指一種廣域測控應(yīng)用中對事件發(fā)生 時刻進行精確測量的精確時間測量的方法及測量電路。
背景技術(shù)：
分布式廣域測控技術(shù)飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)不同節(jié)點對同一對象的同步測試 等應(yīng)用，節(jié)點之間不僅需要建統(tǒng)一的時間，而且需要在不同節(jié)點同一對象產(chǎn)生事件的時 刻進行精確的測量。對事件發(fā)生時刻進行精確測量的核心工作是時間間隔的精確測量， 即時間發(fā)生時刻相對某一精確參考時刻的時間間隔。傳統(tǒng)的計數(shù)器方法對事件發(fā)生時刻 進行測量的方法由于受電路工作時鐘頻率的限制，很難達到較高的測量精度。例如，當 要求lns的測量精度時，時鐘頻率需要提高到lGHz，此時一般的計數(shù)器芯片很難正常工 作，同時也會帶來電路板的布線、材料選擇以及加工等諸多問題。延遲線內(nèi)插法是實現(xiàn) 高精度時間間隔測量的有效方法之一，該方法的基本原理是對傳統(tǒng)計數(shù)器方法中存在的 由于量化時鐘引入原理誤差進行二次測量，從而達到較高的時間間隔測量精度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于 延遲線技術(shù)、能夠外接時間頻率基準、實現(xiàn)多節(jié)點在統(tǒng)一的時間頻率基準下對事件發(fā)生 時刻進行精確測量的精確時間測量的方法及測量電路，從而克服了傳統(tǒng)計數(shù)器方式進行 事件發(fā)生時刻測量中存在的測量精度受限的缺點，滿足了分布式測控系統(tǒng)中精確測量事 件發(fā)生時刻的應(yīng)用需求。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為 一種精確時間測量的方法，其特 征在于步驟為
① 、接入外部基準1PPS脈沖信號、待測事件信號和IOMHZ頻率標準信號，提取基 準1PPS脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖A，提取待測事件脈沖上升 沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖B;
② 、通過計算得到測量脈沖A和測量脈沖B的時間間隔作為待測事件的粗差時間To;
③ 、通過延遲線法分別得到測量脈沖A與10MHz頻率標準信號的時間間隔T!和測
量脈沖B與10MHz頻率標準信號的時間間隔T2; 、待測事件發(fā)生的精確時刻te由下式(l)得到
te"脂+ To + T廣T2 (1)
其中t^M為基準1PPS的時間碼。
所述步驟③中延遲線法采用帶延遲線自校的時間間隔測量法，其步驟為
① 、啟動脈沖到達，通過第一脈沖選擇單元接入延遲線進行延遲；
② 、停止脈沖到達，通過第二脈沖選擇單元控制D觸發(fā)器鎖存延遲線狀態(tài)，同時停 止脈沖觸發(fā)計算處理單元的讀取中斷；
③ 、通過編碼處理單元檢測并記錄D觸發(fā)器鎖存的啟動脈沖上升沿到達的延遲單元 的位置，即啟動脈沖經(jīng)過的延遲單元的數(shù)量，形成編碼數(shù)據(jù)；
、通過計算處理單元的讀取中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理單元讀取編碼 數(shù)據(jù)，并存入測量間隔寄存器中；
◎、通過計算處理單元啟動延遲線自校過程，S卩自校復位+自校使能，控制自校 脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生延遲線自校所需的標準間隔的啟動脈沖和停止脈沖，此時由于自校使 能=1，接入延遲線的是自校脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的啟動脈沖和停止脈沖；
⑥ 、通過計算處理單元等待讀取中斷，然后中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理 單元讀取編碼數(shù)據(jù)，并存入自校間隔寄存器中；
⑦ 、通過計算處理單元控制停止自校，置自校使能=0，同時對256個D觸發(fā)器進行 復位；
◎、計算處理單元根據(jù)測量間隔寄存器和自校間隔寄存器中的數(shù)值，計算精確的時 間間隔值Ti和T2并輸出。
在步驟②中，粗差時間To通過計數(shù)器得到，當測量脈沖A對計數(shù)器進行清零后，以 lOMHz即周期化=1*10—7秒的工作時鐘開始計數(shù)，測量脈沖B到達時，停止計數(shù)并將計 數(shù)值A(chǔ)cnt輸出，待測事件的粗差時間值通過下式(2)得到
T0 = (Acnt+l)*Tc (2)。
一種精確時間測量的電路，其特征在于它包括
測量脈沖提取模塊A和測量脈沖提取模塊B，均由D觸發(fā)器、與門和反相器組成， 外部通過信號線接入?yún)⒄彰}沖和參考時鐘，向外通過信號線輸出測量脈沖，內(nèi)部通過信 號線實現(xiàn)互連，用于完成對參照脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖的提取；
粗差測量模塊，由粗差計數(shù)器單元和粗差計算單元組成，兩單元之間通過數(shù)據(jù)總線
實現(xiàn)互連，用于完成由測量脈沖提取模塊A和測量脈沖提取模塊B輸入的測量脈沖的時 間間隔的計數(shù)測量；
精密測量模塊A和精密測量模塊B，均由計算處理單元、自校脈沖產(chǎn)生單元、第一 脈沖選擇單元、第二脈沖選擇單元、串接的256個延遲單元、串接的256個D觸發(fā)器和 編碼處理單元組成，各單元間通過數(shù)據(jù)總線接口和信號線連接，完成啟動脈沖和停止脈 沖時間間隔的精確測量；該模塊通過信號線和數(shù)據(jù)總線接口從外部接入啟動脈沖、停止 脈沖、10MHz頻率標準和自校設(shè)置參數(shù)，通過數(shù)據(jù)總線接口向外輸出精確時間間隔測量 值；
時標處理模塊，通過數(shù)據(jù)總線接口接收基準1PPS的時間碼t;，、粗差測量模塊的粗 差時間值To、精密測量模塊A的時差l值以及精密測量模塊B的時差T2值，放到內(nèi)部 存儲器中，由此得到完成事件發(fā)生的精確時刻te,通過數(shù)據(jù)總線接口輸出給應(yīng)用對象。
所述自校脈沖產(chǎn)生單元為一個邏輯電路，由延遲線、D觸發(fā)器l、 D觸發(fā)器2和與門 組成，延遲線由IO個延遲單元串接而成，各電路單元之間通過信號線連接，并通過信號 線從外部接收參考時鐘、自校復位和自校使能信號，提取出的啟動脈沖和停止脈沖經(jīng)由 信號線向外輸出給精密測量模塊的脈沖選擇單元。
所述脈沖選擇單元為一個邏輯電路，由與門l、與門2、或門和反相器組成，各電路 單元之間通過信號線連接，完成脈沖信號的選擇，并通過信號線從外部接入脈沖A、脈 沖B和B使能脈沖信號，選擇后的脈沖信號(B使能-O時為脈沖A，否則為脈沖B)經(jīng) 由信號線向外輸出。
所述計算處理單元用于控制完成啟動脈沖與停止脈沖之間的高精度時間間隔測量、 協(xié)調(diào)完成延遲線的自校過程以及根據(jù)測量結(jié)果和自校結(jié)果計算出高精度時間間隔測量 值。
所述計算處理單元用于控制完成啟動脈沖與停止脈沖之間的高精度時間間隔測量、 協(xié)調(diào)完成延遲線的自校過程以及根據(jù)測量結(jié)果和自校結(jié)果計算出高精度時間間隔測量 值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于
1、 本發(fā)明精確時間測量電路能夠高精度測量某一事件脈沖的準確時刻，且能夠進行 連續(xù)事件測量；
2、 本發(fā)明精確時間測量電路具備統(tǒng)一時間接口，能滿足廣域多節(jié)點同步測試需要， 特別是多節(jié)點對同一對象的同一事件進行測量；
3、 本發(fā)明精確時間測量電路具備延遲線自校功能，有效消除溫度等環(huán)境因素對延遲 單元的影響，大大提高時間測量穩(wěn)定度；
4、 本發(fā)明是一個集成電路，在單片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，模塊化程度高。
圖1是本發(fā)明精確時間測量方法的基本原理示意圖2是本發(fā)明精確時間測量電路的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中測量脈沖提取模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明中粗差測量模塊電路的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明中精密測量模塊電路的結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明中精密測量模塊的自校脈沖產(chǎn)生單元電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明中精密測量模塊的脈沖選擇單元電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
如圖1所示，為本發(fā)明精確時間測量方法的基本原理圖。待測事件發(fā)生時刻te等于
基準lPPS時間hpps、粗差時間To、時差Ti和時差T2的和，由圖可知，傳統(tǒng)的單純計數(shù)
器方法無法測量出時差T!和時差T2，因而使得存在te較大誤差。本發(fā)明的基本思路是采
用延遲線方法對時差Ti和時差T2進行二次測量,在同樣使用10MHz頻率基準的條件下，
te測量精度可以達到亞納秒。
本發(fā)明的精確時間測量的方法，其步驟為
① 、接入外部基準1PPS脈沖信號、待測事件信號和10MHz頻率標準信號，提取基 準1PPS脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖A，提取待測事件脈沖上升 沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖B;
② 、通過計算得到測量脈沖A和測量脈沖B的時間間隔作為待測事件的粗差時間To; (D、通過延遲線法分別得到測量脈沖A與10MHz頻率標準信號的時間間隔l和測
量脈沖B與10MHz頻率標準信號的時間間隔T2;
、待測事件發(fā)生的精確時刻te由下式(l)得到
<formula>formula see original document page 8</formula> (1)
其中tpM為基準1PPS的時間碼。
其中，在本發(fā)明方法的步驟②中，粗差時間To通過計數(shù)器得到，當測量脈沖A對計 數(shù)器進行清零后，以10MHz即周期Tc-P10^秒的工作時鐘開始計數(shù)，測量脈沖B到達
時，停止計數(shù)并將計數(shù)值A(chǔ)cnt輸出，待測事件的粗差時間值通過下式(2)得到
T0 = (Acnt + 1) * Tc (2)。
在發(fā)明方法的步驟③中延遲線法采用帶延遲線自校的時間間隔測量法，其步驟為
① 、啟動脈沖到達，通過第一脈沖選擇單元接入延遲線進行延遲；
② 、停止脈沖到達，通過第二脈沖選擇單元控制D觸發(fā)器鎖存延遲線狀態(tài)，同時停 止脈沖觸發(fā)計算處理單元的讀取中斷；
③ 、通過編碼處理單元檢測并記錄D觸發(fā)器鎖存的啟動脈沖上升沿到達的延遲單元 的位置，即啟動脈沖經(jīng)過的延遲單元的數(shù)量，形成編碼數(shù)據(jù)；
、通過計算處理單元的讀取中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理單元讀取編碼 數(shù)據(jù)，并存入測量間隔寄存器中；
⑤ 、通過計算處理單元啟動延遲線自校過程，即自校復位+自校使能，控制自校 脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生延遲線自校所需的標準間隔的啟動脈沖和停止脈沖，此時由于自校使 能=1,接入延遲線的是自校脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的啟動脈沖和停止脈沖；
⑥ 、通過計算處理單元等待讀取中斷，然后中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理 單元讀取編碼數(shù)據(jù)，并存入自校間隔寄存器中；
⑦ 、通過計算處理單元控制停止自校，置自校使能=0，同時對256個D觸發(fā)器進行 復位；
⑧ 、計算處理單元根據(jù)測量間隔寄存器和自校間隔寄存器中的數(shù)值，計算精確的時 間間隔值TH和T2并輸出。
根據(jù)本發(fā)明的方法，提出了一種精確時間的測量電路，它是在單片現(xiàn)場可編程門陣 列(FPGA， Field Programmable Gate Array)上實現(xiàn)的集成電路，由測量脈沖提取模塊A、 測量脈沖提取模塊B、粗差測量模塊、精密測量模塊A、精密測量模塊B和時標處理模 塊組成，各模塊之間通過信號線和數(shù)據(jù)線實現(xiàn)互連。該電路通過數(shù)據(jù)總線接口和信號線 與外部基準1PPS時間接口，通過信號線接入外部待測事件脈沖信號，以及通過數(shù)據(jù)總線 接口向外輸出事件發(fā)生的精確時刻。
如圖2所示，本發(fā)明的精確時間的測量電路是一個在單片現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA， Field Programmabl^Gate Army)丄實現(xiàn)的集成電路，它由測量脈沖M^^Av^JiMe 沖提取模塊B、粗差測量模塊、精密測量模塊A、精密測量模塊B和時標處理模塊組成， 各模塊之間通過信號線和數(shù)據(jù)線實現(xiàn)互連。測量脈沖提取模塊A和測量脈沖提取模塊B 是具有相同結(jié)構(gòu)的邏輯電路，用于提取測量脈沖A和測量脈沖B，測量脈沖A是基準1PPS
脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖，測量脈沖B是待測事件脈沖上升沿后的參考時 鐘的第一個脈沖，測量脈沖A和測量脈沖B通過信號線分別輸入到精密測量模塊A和精 密測量模塊B，作為精密時差測量的停止信號，同時通過信號線接入粗差測量模塊，對 測量脈沖A和測量脈沖B的時間間隔進行計數(shù)測量;粗差測量模塊是一個集成電路模塊， 完成對測量脈沖1和測量脈沖2時間間隔TO的計數(shù)測量，該模塊通過信號線接入測量脈 沖1、測量脈沖2和10MHz頻率標準信號，通過數(shù)據(jù)總線接口輸出粗差時間To給時標處 理模塊；精密測量模塊A和精密測量模塊B是具有相同結(jié)構(gòu)的集成電路模塊，分別用于 實現(xiàn)時差Ti和時差T2的精確測量，精密測量模塊A通過信號線接入外部基準1PPS脈沖 信號、測量脈沖1信號和lOMHz頻率標準信號，通過數(shù)據(jù)總線接口接入外部自校設(shè)置參 數(shù)以及向外輸出時差給時標處理模塊；精密測量模塊B通過信號線接入外部待測事件 脈沖信號、測量脈沖2信號和lOMHz頻率標準信號，通過數(shù)據(jù)總線接口接入外部自校設(shè) 置參數(shù)以及向外輸出時差T2給時標處理模塊；時標處理模塊是一個處理器，通過數(shù)據(jù)總 線接口接收基準1PPS的時間碼t^M、粗差測量模塊的粗差時間值TQ、精密測量模塊A 的時差^值以及精密測量模塊B的時差T2值，放到內(nèi)部存儲器中，然后按照以下計算 公式完成事件發(fā)生的精確時刻通過數(shù)據(jù)總線接口輸出給應(yīng)用對象。
<formula>formula see original document page 10</formula>
如圖3所示，為本發(fā)明中測量脈沖提取模塊A和測量脈沖提取模塊B的結(jié)構(gòu)示意圖， 它是一個邏輯電路，由D觸發(fā)器、與門和反相器組成，內(nèi)部通過信號線實現(xiàn)互連，完成 對參照脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖的提取，通過信號線接入外部參照脈沖和 參考時鐘，通過信號線向外輸出提取出的測量脈沖。測量脈沖提取模塊A和測量脈沖提 取模塊B分別用于提取測量脈沖A和測量脈沖B，測量脈沖A是基準1PPS脈沖上升沿 后的參考時鐘的第一個脈沖，測量脈沖B是待測事件脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個 脈沖，測量脈沖A和測量脈沖B通過信號線分別輸入到精密測量模塊A和精密測量模塊 B，作為精密時差測量的停止信號，同時通過信號線接入粗差測量模塊，對測量脈沖A 和測量脈沖B的時間間隔進行計數(shù)測量。其中，D觸發(fā)器的D輸入端固定連接邏輯電平 "1"，參照脈沖信號經(jīng)反相器反相后用于對D觸發(fā)器的復位信號，參照脈沖信號、參考時
鐘信號和D觸發(fā)器Q輸出端信號一起經(jīng)過與門選擇出測量脈沖信號，而后經(jīng)過信號線向
外輸出給精密時間測量模塊。
如圖4所示，為本發(fā)明中粗差測量模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。它是一個集成電路模塊，由
粗差計數(shù)器單元和粗差計算單元組成，兩單元之間通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)互連；粗差計數(shù)器 單元是一個計數(shù)器電路，通過信號線接入測量脈沖A、測量脈沖B和10MHz頻率標準， 并以10MHz(周期Tc=l * 10—7秒)工作時鐘記錄測量脈沖A和測量脈沖B之間計數(shù)值A(chǔ)cnt。 測量脈沖A對計數(shù)器進行清零后，以10MHz (周期1^=1*10—7秒)的工作時鐘開始計數(shù)， 測量脈沖B到達時，停止計數(shù)并通過數(shù)據(jù)總線接口將計數(shù)值A(chǔ)cnt傳輸給粗差計算單元； 粗差計算單元是一個計算處理電路，通過信號線接收測量脈沖B并產(chǎn)生提取中斷，中斷 程序通過數(shù)據(jù)總線接口從粗差計數(shù)器單元讀取粗差計數(shù)值A(chǔ)cnt，并計算出粗差時間值T0 后通過數(shù)據(jù)總線接口傳輸給時標處理模塊。粗差時間值的計算公式如下
T0 = (Acnt+l)*Tc (2) 如圖5所示，為本發(fā)明中精密測量模塊A和精密測量模塊B的電路結(jié)構(gòu)圖，它是一 個集成電路模塊，由計算處理單元、自校脈沖產(chǎn)生單元、脈沖選擇單元l、脈沖選擇單元 2、串接的256個延遲單元、串接的256個D觸發(fā)器和編碼處理單元組成，各單元間通過 數(shù)據(jù)總線接口和信號線連接，完成啟動脈沖和停止脈沖時間間隔的精確測量；該模塊通 過信號線和數(shù)據(jù)總線接口從外部接入啟動脈沖、停止脈沖、lOMHz頻率標準和自校設(shè)置 參數(shù)，通過數(shù)據(jù)總線接口向外輸出精確時間間隔測量值給時標處理模塊；該模塊初始狀 態(tài)是256個D觸發(fā)器已經(jīng)復位，且(3=0，自校使能=0，脈沖選擇單元允許外部啟動脈沖 和停止脈沖通過；計算處理單元是精密測量模塊內(nèi)部的一個處理器，控制完成啟動脈沖 與停止脈沖之間的高精度時間間隔測量、協(xié)調(diào)完成延遲線的自校過程以及根據(jù)測量結(jié)果 和自校結(jié)果計算出高精度時間間隔測量值。延遲線自校模式參數(shù)可通過數(shù)據(jù)總線接口由 外部進行設(shè)置，缺省情況下，每次測量完成后都進行一次自校過程。實現(xiàn)一次帶延遲線 自校過程的時間間隔測量的流程是
(1) 啟動脈沖到達，通過脈沖選擇單元1接入延遲線進行延遲；
(2) 停止脈沖到達，通過脈沖選擇單元2控制D觸發(fā)器鎖存延遲線狀態(tài)，同時停止脈 沖觸發(fā)計算處理單元的讀取中斷；
(3) 編碼處理單元檢測并記錄D觸發(fā)器鎖存的啟動脈沖上升沿到達的延遲單元的位 置，即啟動脈沖經(jīng)過的延遲單元的數(shù)量，形成編碼數(shù)據(jù)；
(4) 計算處理單元的讀取中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理單元讀取編碼數(shù)據(jù)， 并存入測量間隔寄存器中；
(5) 計算處理單元啟動延遲線自校過程，即自校復位+自校使能，控制自校脈沖產(chǎn) 生單元產(chǎn)生延遲線自校所需的標準間隔的啟動脈沖和停止脈沖，此時由于自校使能=1，
接入延遲線的是自校脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的啟動脈沖和停止脈沖；
(6) 計算處理單元等待讀取中斷，然后中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理單元讀 取編碼數(shù)據(jù)，并存入自校間隔寄存器中；
(7) 計算處理單元控制停止自校，置自校使能=0，同時對256個D觸發(fā)器進行復位;
(8) 計算處理單元根據(jù)測量間隔寄存器和自校間隔寄存器中的數(shù)值，計算精確的時間 間隔值，并通過數(shù)據(jù)總線接口輸出給時標處理模塊。
如圖6所示，為本發(fā)明精密測量模塊中自校脈沖產(chǎn)生單元的電路結(jié)構(gòu)圖。該單元是 一個邏輯電路，由延遲線(IO個延遲單元串接)、D觸發(fā)器l、 D觸發(fā)器2和與門組成， 各電路單元之間通過信號線連接，完成從參考時鐘的脈沖信號中提取連續(xù)兩個脈沖信號， 分別作為具有標準時間間隔的啟動脈沖與停止脈沖，用于精密測量模塊中對延遲線的延 遲單元進行延遲校準。該單元通過信號線從外部接收參考時鐘、自校復位和自校使能信 號，提取出的啟動脈沖和停止脈沖經(jīng)由信號線向外輸出給精密測量模塊的脈沖選擇單元。
如圖7所示，為本發(fā)明精密測量模塊中脈沖選擇單元的電路結(jié)構(gòu)圖。該單元是一個 邏輯電路，由與門l、與門2、或門和反相器組成，各電路單元之間通過信號線連接，完 成脈沖信號的選擇。該單元通過信號線從外部接入脈沖A、脈沖B和B使能脈沖信號， 選擇后的脈沖信號(B使能-O時為脈沖A，否則為脈沖B)經(jīng)由信號線向外輸出。
本發(fā)明中，時標處理模塊是一個處理器，通過數(shù)據(jù)總線接口接收基準1PPS的時間碼 t/Pra、粗差測量模塊的粗差時間值To、精密測量模塊A的時差Ti值以及精密測量模塊B 的時差T2值，放到內(nèi)部存儲器中，然后按照以下計算公式(l)完成事件發(fā)生的精確時刻te， 通過數(shù)據(jù)總線接口輸出給應(yīng)用對象。
<formula>formula see original document page 12</formula> (1)
權(quán)利要求
1、一種精確時間測量的方法，其特征在于步驟為①、接入外部基準1PPS脈沖信號、待測事件信號和10MHz頻率標準信號，提取基準1PPS脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖A，提取待測事件脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖B；②、通過計算得到測量脈沖A和測量脈沖B的時間間隔作為待測事件的粗差時間T0；③、通過延遲線法分別得到測量脈沖A與10MHz頻率標準信號的時間間隔T1和測量脈沖B與10MHz頻率標準信號的時間間隔T2；④、待測事件發(fā)生的精確時刻te由下式(1)得到te＝t1PPS+T0+T1-T2(1)其中t1PPS為基準1PPS的時間碼。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確時間測量的方法，其特征在于所述步驟③中延遲線法， 采用帶延遲線自校的時間間隔測量法，其步驟為① 、啟動脈沖到達，通過第一脈沖選擇單元接入延遲線進行延遲；② 、停止脈沖到達，通過第二脈沖選擇單元控制D觸發(fā)器鎖存延遲線狀態(tài)，同時停止脈沖觸發(fā)計算處理單元的讀取中斷；③ 、通過編碼處理單元檢測并記錄D觸發(fā)器鎖存的啟動脈沖上升沿到達的延遲單元 的位置，即啟動脈沖經(jīng)過的延遲單元的數(shù)量，形成編碼數(shù)據(jù)； 、通過計算處理單元的讀取中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理單元讀取編碼 數(shù)據(jù)，并存入測量間隔寄存器中；⑤ 、通過計算處理單元啟動延遲線自校過程，S卩自校復位+自校使能，控制自校 脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生延遲線自校所需的標準間隔的啟動脈沖和停止脈沖，此時由于自校使 能=1,接入延遲線的是自校脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生的啟動脈沖和停止脈沖； 、通過計算處理單元等待讀取中斷，然后中斷程序通過數(shù)據(jù)總線接口從編碼處理 單元讀取編碼數(shù)據(jù)，并存入自校間隔寄存器中；⑦ 、通過計算處理單元控制停止自校，置自校使能=0，同時對256個D觸發(fā)器進行 復位；⑧ 、計算處理單元根據(jù)測量間隔寄存器和自校間隔寄存器中的數(shù)值，計算精確的時間間隔值Ti和T2并輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的精確時間測量的方法，其特征在于在步驟②中，粗 差時間To通過計數(shù)器得到，當測量脈沖A對計數(shù)器進行清零后，以10MHz即周期 化=1*10—7秒的工作時鐘開始計數(shù)，測量脈沖B到達時，停止計數(shù)并將計數(shù)值A(chǔ)cnt輸出， 待測事件的粗差時間值通過下式(2)得到To = (Acnt + 1) * Tc (2)。
4、 一種精確時間測量的電路，其特征在于它包括測量脈沖提取模塊A和測量脈沖提取模塊B，均由D觸發(fā)器、與門和反相器組成， 外部通過信號線接入?yún)⒄彰}沖和參考時鐘，向外通過信號線輸出測量脈沖，內(nèi)部通過信 號線實現(xiàn)互連，用于完成對參照脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖的提??；粗差測量模塊，由粗差計數(shù)器單元和粗差計算單元組成，兩單元之間通過數(shù)據(jù)總線 實現(xiàn)互連，用于完成由測量脈沖提取模塊A和測量脈沖提取模塊B輸入的測量脈沖的時 間間隔的計數(shù)測量；精密測量模塊A和精密測量模塊B，均由計算處理單元、自校脈沖產(chǎn)生單元、第一 脈沖選擇單元、第二脈沖選擇單元、串接的256個延遲單元、串接的256個D觸發(fā)器和 編碼處理單元組成，各單元間通過數(shù)據(jù)總線接口和信號線連接，完成啟動脈沖和停止脈 沖時間間隔的精確測量；該模塊通過信號線和數(shù)據(jù)總線接口從外部接入啟動脈沖、停止 脈沖、10MHz頻率標準和自校設(shè)置參數(shù)，通過數(shù)據(jù)總線接口向外輸出精確時間間隔測量 值；時標處理模塊，通過數(shù)據(jù)總線接口接收基準1PPS的時間碼t/ww、粗差測量模塊的粗 差時間值To、精密測量模塊A的時差^值以及精密測量模塊B的時差T2值，放到內(nèi)部 存儲器中，由此得到完成事件發(fā)生的精確時刻te，通過數(shù)據(jù)總線接口輸出給應(yīng)用對象。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的精確時間測量的電路，其特征在于所述自校脈沖產(chǎn)生單 元為一個邏輯電路，由延遲線、D觸發(fā)器l、 D觸發(fā)器2和與門組成，延遲線由10個延 遲單元串接而成，各電路單元之間通過信號線連接，并通過信號線從外部接收參考時鐘、 自校復位和自校使能信號，提取出的啟動脈沖和停止脈沖經(jīng)由信號線向外輸出給精密測 量模塊的脈沖選擇單元。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的精確時間測量的電路，其特征在于所述脈沖選擇單 元為一個邏輯電路，由與門l、與門2、或門和反相器組成，各電路單元之間通過信號線 連接，完成脈沖信號的選擇，并通過信號線從外部接入脈沖A、脈沖B和B使能脈沖信號，選擇后的脈沖信號(B使能二O時為脈沖A，否則為脈沖B)經(jīng)由信號線向外輸出。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的精確時間測量的電路，其特征在于所述計算處理單 元用于控制完成啟動脈沖與停止脈沖之間的高精度時間間隔測量、協(xié)調(diào)完成延遲線的自 校過程以及根據(jù)測量結(jié)果和自校結(jié)果計算出高精度時間間隔測量值。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的精確時間測量的電路，其特征在于所述計算處理單元用 于控制完成啟動脈沖與停止脈沖之間的高精度時間間隔測量、協(xié)調(diào)完成延遲線的自校過 程以及根據(jù)測量結(jié)果和自校結(jié)果計算出高精度時間間隔測量值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精確時間測量的方法及測量電路，其步驟為①、接入外部基準1PPS脈沖信號、待測事件信號和10MHz頻率標準信號，提取基準1PPS脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖A，提取待測事件脈沖上升沿后的參考時鐘的第一個脈沖作為測量脈沖B；②、通過計算得到測量脈沖A和測量脈沖B的時間間隔作為待測事件的粗差時間T<sub>0</sub>；③、通過延遲線法分別得到測量脈沖A與10MHz頻率標準信號的時間間隔T<sub>1</sub>和測量脈沖B與10MHz頻率標準信號的時間間隔T<sub>2</sub>；④、待測事件發(fā)生的精確時刻t<sub>e</sub>由公式t<sub>e</sub>＝t<sub>1PPS</sub>+T<sub>0</sub>+T<sub>1</sub>-T<sub>2</sub>得到，其中t<sub>1PPS</sub>為基準1PPS的時間碼。本發(fā)明基于延遲線技術(shù)，能夠外接時間頻率基準，實現(xiàn)多節(jié)點在統(tǒng)一的時間頻率基準下對事件發(fā)生時刻進行精確測量。
文檔編號H03L7/06GK101174833SQ20071019245
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者喬純捷, 明德祥, 俊 楊, 王躍科, 鐘小鵬, 陳建云, 飛 黃 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學