[发明专利]测量频率和时间的装置和方法

说明书

本发明是关于频率或时间测量的一种方法和装置，更确切地说是对电子信号的频率或出现在电子信号间的时间周期通过与参考频率或时间周期加以比较来进行测量。

在制造或维修一台电子设备期间，电子设备内所含有的各种电子组件的时间周期或频率经常需要加以调整。例如，制造一台计算机时，可能需要调整重复触发的单稳多谐振荡器或压控振荡器的时间周期。在调整这类装置时，常常要求能达到1微秒宽脉冲加减10毫微秒的时间精度。

有数种已知方法可用来定时脉冲周期，或确定振荡器的频率。一种方法是采用一个晶体振荡器，对此晶体振荡器在时间周期的定时过程中的振荡数进行计数。这种对脉冲或晶体振荡器的振荡进行计数的方法的缺点是，如果希望分辩率较高就必须采用速度很高的晶体振荡器以及相应地要有快速计数器。例如说，为了要能达到±5ns的分辨率，将需要一台200兆赫的晶体振荡器。

第二种方法系采用重复触发单稳态多谐振荡器（亦称为单稳）作为参考基准，以它的时间周期与要被测量的电子组件的时间周期或频率进行比较。这种方案的缺点是参考单稳的脉冲周期会产生时间漂移。因此它不能作为一个可靠的长时间标准。标定单稳的漂移可能导致电子设备在内部时间周期调整不当的情况下发给用户。因而，这种单稳标定标准的缓慢漂移可能给设备维护造成严重困难。例如说，假如一个单稳原先整定为1000ns的时间周期，用来作为校准其它的周期为1000ns单稳达到±30ns精度的标准，但该单稳标定标准因时间漂移其周期变成1020ns，则将被测组件调整到这一不正确标准的±30ns之内时，结果就可能是，包装发运中的设备的那些单稳的时间周期被调整到1050ns。这些超出容限的组件可能引起整个系统的故障。这样的毛病在当初系统安装时期可能不引起注意，而只有在热天使用时，当时间漂移进一步增加，例如达到1052ns时才成为显著起来。

时间或频率测量仪器经常遇到的另一个问题是，除了价格昂贵外，仪器本身必然比较大，因而要将仪器置于紧靠欲测时间周期或频率的组件的地点可能非常困难。这对于自动测试装置来说更是如此，在这种情况下，频率或时间测量仪器只不过是一个大系统的辅助的甚至是供选择的部分。时间或频率测量仪器紧密靠近被测频率或时间周期的产生源，优点就是可以使测量更为准确。一些时间或频率测量仪器另外的缺点是，它们中间有许多都需要被测时间周期一再重复。使得如果想测量一个单稳的周期，就必须多次地触发此单稳，以取平均值的方法来确定其时间周期。

因此，最理想的用来测量频率和时间周期的仪器应该价格较低，体积较小，以及较高的分辨率，并且精度不应有太大的时间漂移。

用于电子装置的制造或维修的一种频率和时间测量电路配置了一个延时装置来有效地延时脉冲的前沿。此脉冲的后沿则被用来作为一个寄存器的控制时钟，以选点存取该脉冲前沿通过延时装置进行的距离。在标定阶段，给定宽度的参考脉冲被用作基准读数。在测量阶段，对被测钟频或时间周期的未知脉冲取测量读数。将测量读数与参考读数进行比较，即可确定未知脉冲的相对时钟频率或时间。如果未知脉冲是由单脉冲源产生的，则配置第一多路转换器在参考脉冲和未知脉冲间进行选择。参考脉冲通过单脉冲逻辑而获得，该逻辑线路产生的脉冲宽度等于1个或多个周期。如果未知脉冲是由多脉冲源产生的。单脉冲逻辑可被用来产生一个未知脉冲，为此采用了一个第二多路转换器来选择多脉冲源或参考振荡器的输出作为单脉冲逻辑的输入。

本发明方法的实现和本发明装置的构成的情况及其工作模式，由以后的详细说明并参照所列附图，可以清楚地了解。附图中以相同的标号来指明几幅附图中相同的元件。其中：

图1说明本发明频率或时间测量电路的逻辑电路，被测单元示例以及用来控制此测量电路的自动测试装置;

图2说明图1频率或时间测量电路中各信号的时序图;

图3是该频率或时间测量电路作校准运行时的总流程图;

图4为用来调整图1中的被测单稳的单脉冲调整运行时的总流程图;

图5为用以调整图1中被测振荡器的振荡器调整运行的总流程图。

在本发明体系内，表征二进制1（高态）和二进制0（低态）的电信号加入及由各逻辑门或其它电路元件得到。为了简便起见，信号数字符号有时被用来标记连接各逻辑门和电路元件的连接线。

为了简单起见，逻辑门是指与、或、与非和或非门。与门和与非门间的区别是与非门带有一个反相器，在图中它以在其输出端作一小圆圈来表示。