[发明专利]一种矩形脉冲信号参数测量仪

权利要求书

1.一种矩形脉冲信号参数测量仪，其特征在于：包括显示屏、按键矩阵、控制芯片MSP430、控制芯片FPGA、调理电路、有效值检波电路、D/A电路、双路高速比较器和功率放大器，显示屏、按键矩阵、调理电路和D/A电路均与控制芯片MSP430连接，有效值检波电路与调理电路连接，双路高速比较器分别与D/A电路和控制芯片FPGA连接，控制芯片MSP430与控制芯片FPGA通信，功率放大器与控制芯片FPGA连接，待测量的脉冲信号Vin分别输入到有效值检波电路、控制芯片FPGA和双路高速比较器中；

调理电路包括继电器模块、放大器U5、放大器U6、放大器U7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9，继电器模块设有控制端con1、控制端con2、公共端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述控制端con1和所述控制端con2均与控制芯片MSP430电连接，所述公共端与脉冲信号Vin连接，所述公共端为调理电路的输入端；

所述继电器模块包括第一继电器和第二继电器，第一继电器的线圈的一端构成了所述控制端con1，第二继电器的线圈的一端构成了所述控制端con2，第一继电器和第二继电器的动作均受控制芯片MSP430的控制，第一继电器的公共端连接第二继电器的公共端，第一继电器的公共端和第二继电器的公共端构成了继电器模块的公共端；第一继电器的常开端构成了所述第一输出端，第一继电器的常闭端构成了所述第二输出端，第二继电器的常开端构成了所述第三输出端；

放大器U5、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成了第一同相比例放大电路，第一同相比例放大电路的输入端连接所述第一输出端，放大器U6、放大器U7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9组成了第一反相比例放大电路，第一反相比例放大电路的输入端与第三输出端连接，第一同相比例放大电路的输出端、第二输出端和第一反相比例放大电路的输出端均为调理电路的输出端；

调理电路的输出端与控制芯片MSP430的AD输入端连接；

根据脉冲信号上升时间的定义，取V_{ref_1} = 0.1V_m，V_{ref_2} = 0.9V_m，其中，V_m为已经测量得到的矩形脉冲信号的幅度，由控制芯片MSP430控制D/A转换器输出；

脉冲信号Vin输入后，经过两路比较器，参考电压分别为电压信号Vref_1和电压信号Vref_2，电压信号Vref_1和电压信号Vref_2接入FPGA的上升时间测量模块；

FPGA设计主要分为六个模块：第一个模块是锁相环模块，通过对50MHz的晶振进行锁相倍频得到200MHz的时钟，为作为测量占空比和上升时间所需要的时钟；第二个模块是分频模块，通过对200MHz时钟分频得到1MHz，作为等精度测量频率所需的时钟；第三个模块是等精度测频模块，采用等精度测量法对脉冲信号Vin进行频率的测量；第四个模块是上升时间测量模块，对双路高速比较器电路送入的电压信号Vref_1和电压信号Vref_2进行异或运算处理，然后测量出高电平的时间即得到上升时间；第五个模块是占空比测量，通过FPGA分别测量出送入信号一个周期内高低电平的时间，送入控制芯片MSP430进行算法处理得到占空比；第六个模块是FPGA与控制芯片MSP430通信模块，存储前面三个测量模块的数据，同时用来和控制芯片MSP430完成通信，接收控制芯片MSP430的控制信号，选择控制芯片MSP430需要的数据进行传输；

脉冲信号Vin分三路送入后方测量模块，第一路用于测量脉冲信号的频率和占空比，第二路用于测量脉冲信号的幅度，第三路用于测量脉冲信号的上升时间；

第一路信号输入控制芯片FPGA，由控制芯片FPGA接收脉冲信号并且运用等精度测量法完成频率和占空比的测量，同时接收控制芯片MSP430发出的数据传送时序控制信号，配合控制芯片MSP430完成测量数据接收，最后由控制芯片MSP430控制显示屏将得到的频率数据和占空比数据显示；

第二路信号输入AD637有效值检波模块，将待测脉冲信号的有效值转换成直流电压信号，再输入后级信号调理电路，将直流电压信号衰减或放大至控制芯片MSP430内ADC可测电压范围内，ADC模块将模拟电压量转换为数字量送控制芯片MSP430，最后由控制芯片MSP430内部算法处理得到幅度数据送显示屏显示；

第三路信号输入双路高速比较器模块，在测得脉冲信号幅度值Vm的情况下，一路比较器的比较电压为0.1倍Vm，另一路比较器的比较电压为0.9倍Vm，输出的两路波形送入控制芯片FPGA进行相位比较，测量得到上升时间数据送控制芯片MSP430处理并显示。