[发明专利]高精度脉冲时间间隔测量方法与电路

摘要

本发明属于电子测量技术领域，具体涉及一种基于集成鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量方法和电路。本发明基于集成鉴相鉴频器的比相作用，在数字信号处理器的控制下，利用真有效值转换器和A/D转换器的转换，由数字信号处理器测算得到两路同频脉冲信号的准确相位差参数；再通过分频器降低输入脉冲的频率，由DSP直接、多次测量得到准确的脉冲周期，最后计算得到两个脉冲的时间间隔。测量精度高，可测脉冲信号频率高。

主权项

1.基于鉴相鉴频器和真有效值转换器的高精度脉冲时间间隔测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a.选取一个ECL集成鉴相鉴频器，使其Vcc接+5V，Vee接地，工作于PECL逻辑状态，其两个脉冲输入端分别为R、V；选取四个同型号转换型直流继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)；b.将两路待测同频率脉冲信号中的一路从输入1端子引入，经过第一耦合与限幅电路，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端R；待测脉冲信号中的另一路从输入2端子引入，经过第二耦合与限幅电路后，输入到ECL集成鉴相鉴频器的输入端V；c.所述ECL集成鉴相鉴频器的输出端U接到继电器J1(1)的中间触点Z1，继电器J1(1)的常闭触点B1连接到继电器J2(2)的常闭触点B2，继电器J1(1)的常开触点A1经过隔直流电容C2连接到第一真有效值转换器的输入端，第一真有效值转换器的输出端连接到继电器J2(2)的常开触点A2，继电器J2(2)的中间触点Z2连接到第一A/D转换器的模拟电压输入端；d.所述ECL集成鉴相鉴频器的另一个输出端D接到继电器J3(3)的中间触点Z3，继电器J3(3)的常闭触点B3连接到继电器J4(4)的常闭触点B4，继电器J3(3)的常开触点A3经过隔直流电容C3连接到第二真有效值转换器的输入端，第二真有效值转换器的输出端连接到继电器J4(4)的常开触点A4，继电器J4(4)的中间触点Z4连接到第二A/D转换器的模拟电压输入端；e.选取一个数字信号处理器DSP，通过继电器控制电路控制继电器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)的触点切换，并对第一A/D转换器和第二A/D转换器的输出数字量进行测算；f.将一个频率为1kHz的已知标准方波信号同时加到所述输入1端子和输入2端子，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1连通、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，使得所述集成鉴相鉴频器U端输出的低电平电压送到第一A/D转换器的模ˉ拟电压输入端，所述集成鉴相鉴频器D端输出的高电平电压送到第二A/D转换器的模拟电压输入端；DSP将第一A/D转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此低电平电压U_L；DSP将第二A/D转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此高电平电压U_H；DSP根据公式U_m＝U_H‑U_L计算得到所述集成鉴相鉴频器输出鉴相脉冲的幅值U_m；g.将两路待测同频率脉冲信号分别从所述输入1端子和输入2端子引入，DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常闭触点B1连通、继电器J2(2)的中间触点Z2与常闭触点B2连通、继电器J3(3)的中间触点Z3与常闭触点B3连通、继电器J4(4)的中间触点Z4与常闭触点B4连通，DSP读取第一A/D转换器输出的数字量，换算成电压值，经过3或3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与所述低电平电压U_L相同；DSP再读取第二A/D转换器输出的数字量，换算成电压值，经过3或3以上次数的读取与换算，如果每次得到的电压值都相同并与所述高电平电压U_H相同，则DSP判断两路待测脉冲信号相位差θ为零；h.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第一A/D转换器输出电压值都相同并与所述高电平电压U_H相同，而DSP多次读取并换算出的第二A/D转换器输出电压值都相同并与所述低电平电压U_L相同，则DSP判断两路待测信号相位差θ为π；i.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第一A/D转换器输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J1(1)的中间触点Z1与常开触点A1吸合、继电器J2(2)的中间触点Z2与常开触点A2吸合；DSP再读取第一A/D转换器输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为所述集成鉴相鉴频器U端输出的相位差脉冲电压有效值U₁，DSP记录此电压有效值U₁，并判断所述输入1端子引入的脉冲信号相位超前所述输入2端子引入的脉冲信号相位；DSP根据下述公式计算得到两路待测脉冲信号的相位差θ：j.在步骤g中，如果DSP多次读取并换算出的第二A/D转换器输出电压值是变化的，则DSP控制继电器J3(3)的中间触点Z3与常开触点A3吸合、继电器J4(4)的中间触点Z4与常开触点A4吸合；DSP再读取第二A/D转换器输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为所述集成鉴相鉴频器端输出的相位差脉冲电压有效值U₂，DSP记录此电压有效值U₂，并判断所述输入1端子引入的脉冲信号相位滞后所述输入2端子引入的脉冲信号相位；DSP根据下述公式计算得到两路待测脉冲信号的相位差θ：公式中的负号表示所述输入1端子引入的脉冲信号相位滞后所述输入2端子引入的脉冲信号相位；k.将其中一路待测输入脉冲连接到可编程分频器的输入，分频器的输出连接到DSP的一个GPIO引脚A；l.DSP预置所述可编程分频器的分频比n；输入到GPIO引脚A的脉冲上升沿启动DSP定时器，GPIO引脚A的下一个脉冲上升沿使DSP定时器停止，记录定时器数据；重复3或3以上次数的测量，由DSP计算取平均值得到分频器输出脉冲的周期T₀；DSP根据下述公式计算得到待测脉冲信号的周期T：m.DSP根据测得的相位差θ和周期T，依据公式：计算得到两路输入脉冲信号的时间间隔Δt，将测量结果送到显示器显示。