[发明专利]一种多次同步模拟内插的时间间隔测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及时间间隔测量技术，更具体的是一种多次同步模拟内插的时间间隔测量方法和装置。

背景技术

时间间隔测量是测量电信号相位和频率随时间变化的科学测量技术，是电信号完整科学测量的一个重要组成部分。随着新的电子和通信技术越来越多的采用调频调相技术，对于信号频率、相位或时间间隔与时间变化关系的检测变得日益重要和迫切，在国民经济和国防的方方面面有着极其广泛的应用，如时钟源、锁相环、数字通信、集成电路、数字存储装置、机电系统、雷达、电子战和监视系统、扩频通信等。特别是在现代导航系统、电子对抗、雷达等对国防现代化具有举足轻重的关键环节，是核心的技术环节和技术瓶颈。同时时间作为一个最基本、最稳定的物理量，对时间间隔的高精度测量是一个国家核心科学技术水平的重要体现。

作为精密时间间隔测量，技术核心是时间展宽器，关键指标是时间展宽器的非线性度。目前国际上采用的达到ps级的时间展宽器通常方案有如下四种：

1)模拟内插-时间展宽法：在一个稳态的二极管中，导通电流I2＜＜I1，在被测时间间隔T内，电容C有恒定电流I1充电，然后以小得多的电流I2放电，因此将充电的时间T延长至I1/I2*T。

2)模拟内插-时间电压变换法：通过定值的电流为电容充电来把时间间隔转换为电压值(幅值)，然后使用传统的集成式A/D转换器方便的把它转换成数字量。

3)启动两个振荡器的游标卡尺法。该方法的基本结构包括两个可启动振荡器(SG1和SG2)，它们生成两种差别很小频率f1＝1/T1和f2＝1/T2，增量分辨率为r＝T1-T2，波形起始时刻从每个生成器的输出获得，它和相关输入信号的活动沿(开始或结束时刻)同步。

4)基于延迟线的时-数转换法：分接式延迟线由一组延迟单元组成，每个单元的传播时延τ相同(理想情况下)，通过采集延迟线传播过程中的初始脉冲来完成测量。

目前国际上，使用最好的先进方法和现代技术设计的测量仪器，时间间隔测量的最高测量精度可以达到10ps。

作为这方面可以购买到的世界顶级仪表，有美国斯坦福大学的SR-620产品，其分辨力为25ps，测量精度为500ps，采样率可达1000HZ；属于调制域分析仪的，有美国惠普公司的HP E1740产品，其分辨力为50ps，测量精度为100ps，采样率可达10MHZ，无实时传出能力。

目前国内时间间隔测量的技术能力，测试精度达到ns级。国内时间间隔测量产品与世界领先水平有较大差距，远远滞后于我国国民经济和国防对该技术的现实需求。国内对时间间隔测量的高端需求，基本完全依赖于进口，通用计数器如HP53130和SR620产品；调制域测试仪如HP E1740和HP 5372(2001年已经停产)。

现有的时间间隔测量方法采用两路同频或N倍频的信号进行对比测量的方法，存在如下应用限制：

时间间隔测量采用两路同频的信号进行对比测量的方法描述如下：一路信号A为被测，一路信号B为参考；信号A每个满足促发条件的脉冲产生开门信号，另一路信号B脉冲每个满足促发条件的脉冲产生关门信号，在开门信号和关门信号之间形成个有一定宽度的脉宽信号；测量部分以开门信号作为时间计数的开始，以关门信号作为时间计数的结束进行时间计数(如同秒表：每次测量一个开始操作，一个结束操作)。

为保证开门信号一定要比关门信号早，其逻辑是采用每个开门信号来了后，选择其后最近的一个关门信号作为关门信号进行测量。该逻辑实际形成了开门信号一个信号周期范围内的时刻测量；俗称比相仪，只能测量出一个周期内的时刻不同，超过一个周期就会归零。

比相仪方式的时间间隔测量方法，其主要限制在于：

1)对整周期的变化没有反映；对于信号相位发生较大突跳的场合是不适用的。

2)不同频的两个信号进行测量，测量数据将是紊乱的；因此该测量方式进行周期信号的时间间隔测量的时候，均要求是频率基本同步的信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：对测量范围内的任意信号任意相位和频率变化进行测量，并提高时间间隔测量的精度。