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一種頻率、周期測(cè)量方法及裝置的制作方法

文檔序號(hào):5836681閱讀:675來源:國知局
專利名稱:一種頻率、周期測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提供一種測(cè)量方法及裝置,特別是指一種頻率、周期測(cè)量方法及裝置。
一種頻率、周期測(cè)量電路可以在一定時(shí)間(TS)內(nèi)對(duì)被測(cè)量信號(hào)的周期數(shù)(FC)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)(頻率為fCLK)的周期數(shù)(TC)進(jìn)行測(cè)量,一個(gè)浮點(diǎn)除法器可以計(jì)算出與被測(cè)量信號(hào)的頻率成正比的FC/TC或與被測(cè)量信號(hào)的周期成正比的TC/FC。系統(tǒng)在極寬的頻率范圍內(nèi)具有極高的測(cè)量相對(duì)分辨率和較為穩(wěn)定的采樣周期。
周期信號(hào)的頻率的測(cè)量一般采用頻率計(jì)數(shù)或者周期計(jì)時(shí)的方法。頻率計(jì)數(shù)法是在一個(gè)固定的時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)量信號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù),該計(jì)數(shù)就正比于信號(hào)頻率。頻率計(jì)數(shù)法適用于較高頻率的測(cè)量,如果被測(cè)量信號(hào)的頻率較低,則需要較長的計(jì)數(shù)時(shí)間以獲得較高的測(cè)量分辨率。周期計(jì)時(shí)法是對(duì)被測(cè)量信號(hào)的一個(gè)(或固定的幾個(gè))周期進(jìn)行計(jì)時(shí),該時(shí)間反比于被測(cè)量信號(hào)的頻率。周期計(jì)時(shí)法適用于低頻信號(hào)的頻率測(cè)量,對(duì)于頻率較高的信號(hào)測(cè)量分辨率較低,而且采樣周期無法預(yù)先估計(jì)。
本發(fā)明克服了以上的頻率測(cè)量方法的缺點(diǎn),使得在寬的信號(hào)頻率范圍內(nèi)對(duì)信號(hào)的頻率和周期的測(cè)量具有極高測(cè)量分辨率和較為穩(wěn)定的采樣周期。
本發(fā)明的目的在于提供一種頻率、周期測(cè)量方法及裝置,其具有結(jié)構(gòu)簡單和分辨率高以及使得在寬的信號(hào)頻率范圍內(nèi)對(duì)信號(hào)的頻率和周期的測(cè)量具有極高測(cè)量分辨率和較為穩(wěn)定的采樣周期的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明一種頻率、周期測(cè)量裝置,其特征在于其中包括一個(gè)采樣定時(shí)器,用于采樣定時(shí)與控制;一個(gè)脈沖同步電路,用于控制脈沖同步;一個(gè)被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器,用于測(cè)量脈沖數(shù)目;一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器;其中采樣定時(shí)器分別接至被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器和脈沖同步電路;采樣定時(shí)器的一個(gè)定時(shí)周期開始后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿或者采樣定時(shí)器被同步于被測(cè)量信號(hào)的某個(gè)跳變沿為一個(gè)測(cè)量周期的開始,采樣定時(shí)器的該定時(shí)周期結(jié)束后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿為該測(cè)量周期的結(jié)束;被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器用于累計(jì)一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的被測(cè)量脈沖數(shù)目;時(shí)間計(jì)數(shù)器用于累計(jì)該測(cè)量周期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖數(shù)目。
其中被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器還包括一個(gè)浮點(diǎn)除法器用于計(jì)算以上兩個(gè)脈沖數(shù)目的商。
本發(fā)明一種頻率、周期測(cè)量方法,其特征在于,該測(cè)量方法的步驟為步驟1采樣定時(shí)器的一個(gè)定時(shí)周期開始后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿或者采樣定時(shí)器被同步于被測(cè)量信號(hào)的某個(gè)跳變沿為一個(gè)測(cè)量周期的開始;步驟2采樣定時(shí)器的該定時(shí)周期結(jié)束后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿為該測(cè)量周期的結(jié)束;步驟3被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器用于累計(jì)一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的被測(cè)量脈沖數(shù)目;步驟4時(shí)間計(jì)數(shù)器用于累計(jì)該測(cè)量周期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖數(shù)目。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)說明,其中

圖1是本發(fā)明的電路原理圖;圖2是本發(fā)明電路時(shí)序圖;圖3是本發(fā)明同步電路的時(shí)序圖;圖4是本發(fā)明采樣定時(shí)器與時(shí)序控制電路時(shí)序圖;圖5是本發(fā)明電路完整的時(shí)序圖。
首先請(qǐng)參考圖2對(duì)本發(fā)明的基本工作原理作如下說明為了保持采樣時(shí)間的基本穩(wěn)定,使用固定周期的采樣定時(shí)信號(hào)。定時(shí)信號(hào)的一個(gè)周期開始(A時(shí)刻)后被測(cè)量信號(hào)的第一個(gè)上升沿B到定時(shí)信號(hào)該周期結(jié)束(D時(shí)刻)后被測(cè)量信號(hào)的第一個(gè)上升沿E為一個(gè)采樣周期tBE。首先測(cè)量出一個(gè)采樣周期內(nèi)被測(cè)量信號(hào)的周期數(shù)FC。但是采樣周期tBE不是一個(gè)常數(shù),為了測(cè)量tBE,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)在B時(shí)刻后的第一個(gè)上升沿C到E時(shí)刻后的第一個(gè)上升沿F進(jìn)行計(jì)數(shù)TC。
因此被測(cè)量信號(hào)的頻率為fX=1TX≈FCTC·TCLK=FCTC·fCLK]]>其中TX為被測(cè)量信號(hào)的周期。如果不計(jì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率fCLK的誤差,則測(cè)量fX的相對(duì)誤差為ΔfXfX=±1TC≈±TCLKtBE]]>如果不計(jì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率fCLK的誤差,則測(cè)量fX的相對(duì)誤差為因此當(dāng)TS≥2TX在連續(xù)采樣時(shí),不會(huì)出現(xiàn)采樣時(shí)間的誤差積累。
當(dāng)TS>>TX時(shí),本方法的測(cè)量相對(duì)誤差約為±TCLK/TS,它與被測(cè)量信號(hào)頻率無關(guān)。由于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率可以很高,本方法具有極高的測(cè)量精度。
下面參考圖1,對(duì)本發(fā)明電路進(jìn)行詳細(xì)說明。
本電路包括以下部分被測(cè)量信號(hào)同步電路;該電路由兩個(gè)觸發(fā)器FF1、FF2和一些組合邏輯構(gòu)成,用于將被測(cè)量脈沖信號(hào)fx同步到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘fc。當(dāng)被測(cè)量脈沖信號(hào)發(fā)生一個(gè)上升沿后被測(cè)量信號(hào)同步器會(huì)輸出一個(gè)寬度為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘周期的高電平脈沖S_FX。
結(jié)合參見圖3。fx的電平發(fā)生變化后,fc上升沿來到時(shí),fx的電平值被FF1鎖存到FF1的輸出端Q_FF1;同時(shí)Q_FF1變化前的電平被鎖存到FF2的輸出端Q_FF2。如果被測(cè)量信號(hào)頻率不大于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率,在fx的電平產(chǎn)生一個(gè)上升沿后的第一個(gè)Q_FF1為高電平Q_FF2為低電平;第二個(gè)fc上升沿來到后Q_FF1為高電平Q_FF2為高電平。經(jīng)過組合邏輯門G1,在其輸出端S_FX產(chǎn)生一個(gè)寬度為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率周期的高電平脈沖。
采樣定時(shí)器與時(shí)序控制電路;采樣定時(shí)器(TIMER)是一個(gè)可預(yù)置減計(jì)數(shù)器,用于控制采樣時(shí)間(精確的采樣由時(shí)間計(jì)數(shù)器計(jì)量)。該計(jì)數(shù)器的位數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)頻率和最大采樣時(shí)間而定,如24位(標(biāo)準(zhǔn)頻率fc為100MHz,最大采樣時(shí)間為0.16秒)。它的時(shí)鐘被連接到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘fc;當(dāng)其預(yù)置控制(LOAD)為高電平時(shí),時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿可以將預(yù)置數(shù)據(jù)輸入(TS)置入該計(jì)數(shù)器。如果TIMER_LOAD為低電平則每次時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿會(huì)使其計(jì)數(shù)減1。當(dāng)計(jì)數(shù)減到0時(shí),計(jì)數(shù)器的借位輸出(TIMER_BO)為高電平。
時(shí)序控制電路由一個(gè)觸發(fā)器FF3和一些組合邏輯G2、G3和G4構(gòu)成。它可以根據(jù)采樣定時(shí)器的BO輸出和被測(cè)量信號(hào)同步電路的S_FX產(chǎn)生控制信號(hào)EOS。
再請(qǐng)參見圖4。如果S_FX保持低電平并且FF3的輸出Q_FF3為低電平,當(dāng)TIMER_BO為高電平時(shí),通過G2,G3和G4在FF3的數(shù)據(jù)輸入端D_FF3產(chǎn)生一個(gè)高電平;在fc上升沿來到后Q_FF3為高電平。當(dāng)S_FX變?yōu)楦唠娖剑珽OS變?yōu)楦唠娖?,并使D_FF3變?yōu)榈碗娖?。并在fc上升沿來到后Q_FF3變?yōu)榈透唠娖?。因此EOS標(biāo)志著上一個(gè)采樣周期的結(jié)束和新的采樣周期的開始。兩個(gè)EOS脈沖的間隔約為TC·(TS+1)±TX,其中TC為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)周期,TX為被測(cè)量信號(hào)周期。EOS的高電平脈沖寬度為為TC。
時(shí)間計(jì)數(shù)器(T_COUNTER)是一個(gè)加計(jì)數(shù)器,用于計(jì)量采樣時(shí)間。它寬度取決于采樣定時(shí)器的寬度和最小被測(cè)量信號(hào)頻率。它的時(shí)鐘被連接到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘fc;當(dāng)其預(yù)置控制(LOAD)為高電平時(shí),時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿可以將預(yù)置數(shù)據(jù)“1”置入該計(jì)數(shù)器。如果LOAD為低電平則每次時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿會(huì)使其計(jì)數(shù)加1。
時(shí)間計(jì)數(shù)鎖存器(T_LATCH)是寬度與時(shí)間計(jì)數(shù)器的寬度相同的鎖存器,用于在完成一次測(cè)量后將測(cè)量時(shí)間保存下來以便后面的數(shù)學(xué)處理,同時(shí)時(shí)間計(jì)數(shù)器可以進(jìn)入下一次的測(cè)量。它的數(shù)據(jù)輸入來自于時(shí)間計(jì)數(shù)器;它的時(shí)鐘被連接到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘fc;當(dāng)其鎖存允許(CE)為高電平時(shí),時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿可以將其數(shù)據(jù)輸入(D)鎖存。
被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器(F_COUNTER)是一個(gè)加計(jì)數(shù)器,用于計(jì)量一個(gè)采樣周期內(nèi)的被測(cè)量脈沖數(shù)目。它的寬度由最大采樣時(shí)間和最大被測(cè)量脈沖數(shù)頻率決定(如最大采樣時(shí)間為0.1秒,22位的被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器可以測(cè)量的最大被測(cè)量脈沖數(shù)頻率為40MHz)。它的時(shí)鐘被連接到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘fc;當(dāng)其預(yù)置控制LOAD為高電平時(shí),時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿可以將預(yù)置數(shù)據(jù)“1”置入該計(jì)數(shù)器。如果LOAD為低電平而且計(jì)數(shù)允許(CE)為高電平則每次時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿會(huì)使其計(jì)數(shù)加1。
被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)鎖存器(F_LATCH)是寬度與被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器的寬度相同的鎖存器,用于在完成一次測(cè)量后將被測(cè)量脈沖數(shù)目保存下來以便后面的數(shù)學(xué)處理,同時(shí)被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器可以進(jìn)入下一次的測(cè)量。它的時(shí)鐘被連接到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘fc;當(dāng)其鎖存允許CE為高電平時(shí),時(shí)鐘輸入的一個(gè)上升沿可以將其數(shù)據(jù)輸入D鎖存。
浮點(diǎn)除法器的輸入A,B分別來自于F_LATCH和T_LATCH(FC,TC)。當(dāng)它的啟動(dòng)(ST)信號(hào)上升沿后便啟動(dòng)它進(jìn)行A/B和(或)B/A的浮點(diǎn)運(yùn)算。其運(yùn)算結(jié)果的相對(duì)精度高于1/TC。它的輸出A/B和(或)B/A(FX,TX)分別正比于被測(cè)量信號(hào)的頻率(fX)和被測(cè)量信號(hào)的周期(TX)fX=FCTC·fCLK]]>TX=TCFC·fCLK]]>參考圖5對(duì)本發(fā)明電路的工作過程進(jìn)行說明。
EOS為高電平后,fc的一個(gè)上升沿為一個(gè)采樣周期的開始,此時(shí)T_COUNTER和F_COUNTER都被置為1(同時(shí)將上一個(gè)采樣周期的T_COUNTER和F_COUNTER的計(jì)數(shù)值分別鎖存到T_LATCH和F_LATCH);此后fc每一個(gè)上升沿T_COUNTER均進(jìn)行加1計(jì)數(shù),并且當(dāng)S_FX為高電平時(shí)F_COUNTER也進(jìn)行加1計(jì)數(shù)。到下一個(gè)EOS高電平來到后fc的一個(gè)上升沿將把T_COUNTER和F_COUNTER的計(jì)數(shù)值分別鎖存到T_LATCH和F_LATCH(同時(shí)T_COUNTER和F_COUNTER都被置為1,從而啟動(dòng)新的采樣周期)。這時(shí)T_LATCH和F_LATCH中的數(shù)據(jù)分別為本采樣周期的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)和被測(cè)量頻率信號(hào)的周期數(shù)(TC和FC)。由于EOS為高電平后浮點(diǎn)除法器也被啟動(dòng),經(jīng)過若干時(shí)鐘周期浮點(diǎn)除法器計(jì)算出TC/FC和/或FC/TC,它們分別正比于被測(cè)量信號(hào)的周期和頻率。
實(shí)際上,上述過程是一個(gè)循環(huán)過程,在EOS為高電平后的fc的上升沿啟動(dòng)了浮點(diǎn)除法器的運(yùn)算,同時(shí)也開始了新的一個(gè)采樣周期。因此本電路可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量。
本發(fā)明的測(cè)量方法是1、使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)。
2、使用兩個(gè)計(jì)數(shù)器采樣時(shí)間計(jì)數(shù)器和被測(cè)量脈沖計(jì)數(shù)器。
3、對(duì)一定的時(shí)間內(nèi)的兩個(gè)對(duì)被測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿(或下降沿)之間,(1)使用采樣時(shí)間計(jì)數(shù)器累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的脈沖數(shù)目TC,(2)使用被測(cè)量脈沖計(jì)數(shù)器累計(jì)被測(cè)量脈沖數(shù)目FC。
4、使用一個(gè)浮點(diǎn)除法器計(jì)算出TC÷FC和(或)FC÷TC它們分別正比于被測(cè)量信號(hào)頻率和被測(cè)量信號(hào)周期。
權(quán)利要求
1.一種頻率、周期測(cè)量裝置,其特征在于其中包括一個(gè)采樣定時(shí)器,用于采樣定時(shí)與控制;一個(gè)脈沖同步電路,用于控制脈沖同步;一個(gè)被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器,用于測(cè)量脈沖數(shù)目;一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器;其中采樣定時(shí)器分別接至被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器和脈沖同步電路;采樣定時(shí)器的一個(gè)定時(shí)周期開始后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿或者采樣定時(shí)器被同步于被測(cè)量信號(hào)的某個(gè)跳變沿為一個(gè)測(cè)量周期的開始,采樣定時(shí)器的該定時(shí)周期結(jié)束后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿為該測(cè)量周期的結(jié)束;被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器用于累計(jì)一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的被測(cè)量脈沖數(shù)目;時(shí)間計(jì)數(shù)器用于累計(jì)該測(cè)量周期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖數(shù)目。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率、周期測(cè)量裝置,其特征在于,其中被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器還包括一個(gè)浮點(diǎn)除法器用于計(jì)算以上兩個(gè)脈沖數(shù)目的商。
3.一種頻率、周期測(cè)量方法,其特征在于,該測(cè)量方法的步驟為步驟1采樣定時(shí)器的一個(gè)定時(shí)周期開始后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿或者采樣定時(shí)器被同步于被測(cè)量信號(hào)的某個(gè)跳變沿為一個(gè)測(cè)量周期的開始;步驟2采樣定時(shí)器的該定時(shí)周期結(jié)束后的一個(gè)被測(cè)量信號(hào)的跳變沿為該測(cè)量周期的結(jié)束;步驟3被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器用于累計(jì)一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的被測(cè)量脈沖數(shù)目;步驟4時(shí)間計(jì)數(shù)器用于累計(jì)該測(cè)量周期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明一種頻率、周期測(cè)量裝置,其中包括:一個(gè)采樣定時(shí)器,用于采樣定時(shí)與控制;一個(gè)脈沖同步電路,用于控制脈沖同步;一個(gè)被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器,用于測(cè)量脈沖數(shù)目;一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器;其中采樣定時(shí)器分別接至被測(cè)量脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器和脈沖同步電路;本發(fā)明克服了現(xiàn)有的頻率測(cè)量方法的缺點(diǎn),使得在寬的信號(hào)頻率范圍內(nèi)對(duì)信號(hào)的頻率和周期的測(cè)量具有極高測(cè)量分辨率和較為穩(wěn)定的采樣周期。
文檔編號(hào)G01R23/02GK1355434SQ0013365
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者呂鐵良 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子中心
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