[发明专利]一种基于时钟移相的全数字频率测量系统

说明书

一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，包括参考时钟模块、计数器模块、触发器模块、时分复用模块、寄存器模块、状态解码模块以及计算模块。参考时钟模块提供多路频率相同，但存在相位差的高频时钟信号，计数器模块对输入信号和一路高频时钟信号进行脉冲值计数。触发器模块、时分复用模块以及寄存器模块，用于锁定、存储在对输入信号进行计数的起始时刻、结束时刻时各路高频时钟的状态向量。状态解码模块对多路高频时钟的状态向量解码，再通过计算模块得到输入信号频率测量值。本发明避免了传统频率测量单纯追求提高时钟频率，来提高频率分辨率的技术方案，将提高时钟频率转换为存在相位差的多路时钟，实现时钟细分，提高频率测量分辨率。

技术领域

本发明涉及频率测量技术领域，具体涉及一种基于时钟移相的全数字频率测量，在不提高参考时钟频率，不延长测试时间的前提下，能提高频率测量分辨率，适用于谐振类传感器高精度频率测量需求。

背景技术

振梁加速度计、谐振式压力表等谐振类传感器具有高分辨率、直接频率脉冲输出、易于和后续数字处理系统直接匹配的突出优点，为了保证传感器的输出分辨率，需要高分辨率的全数字频率测量方法。

现有频率测量技术中主要有多周期同步法和模拟内插法实现高分辨率的频率测量。

多周期同步法的频率测量分辨率与参考时钟频率、测试时间等密切相关，提高参考时钟频率，延长测试时间能够提高频率测量分辨率，但参考时钟频率达到1GHz就很难提高，测试时间的延长会降低频率采样率，牺牲系统带宽。

模拟内插法主要采用内插器来有效降低±1个字计数模糊度，从而提高精度和分辨率。但内插器一般采用电容充放电的方法来实现，需要采用模数混合电路，电路结构复杂，较多应用于对体积、功耗要求不高的专用频率计数设备中。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，在不提高参考时钟频率，不延长测试时间的前提下，能提高频率测量分辨率，适用于谐振类传感器高精度频率测量需求。

本发明采用的技术方案为：

一种基于时钟移相的全数字频率测量系统，包括参考时钟模块、计数器模块、触发器模块、时分复用模块、寄存器模块、状态解码模块以及计算模块；

参考时钟模块提供多路高频时钟给触发器模块，同时，参考时钟模块还提供一路高频时钟给计数器模块；

计数器模块包含两个多位计数器，其中一个计数器对输入信号C_in进行脉冲值计数，计数的开始时刻和结束时刻与输入信号C_in触发同步，计数值为M，另一个计数器对其中一路高频参考时钟进行脉冲值计数，计数值为N；两个计数器的计数结果M和N均输出给计算模块；

输入信号C_in和高频时钟信号进入触发器模块，触发器模块用于锁定在对输入信号C_in进行计数的起始时刻、结束时刻时各路高频时钟的状态；

触发器模块将所述各路高频时钟的状态值输出给时分复用模块，时分复用模块将计数起始时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第一寄存器，将计数结束时刻各路高频时钟状态值存入寄存器模块的第二寄存器；

第一寄存器和第二寄存器的输出接入状态解码模块，完成各路高频时钟状态向量的解码，并将所述解码结果送入计算模块；

计算模块根据接收到的脉冲计数值和状态向量解码结果进行数据运算，得到输入信号C_in的频率测量值，从而完成基于时钟移相的全数字频率测量。

所述参考时钟模块中包括多个参考时钟C_b1、C_b2、…C_bn-1、C_bn，每个参考时钟的频率相同，且相邻两个参考时钟之间的相位差为180°/n，n为参考时钟的数量。