專(zhuān)利名稱(chēng)：用于精確數(shù)字測(cè)定信號(hào)脈沖序列的時(shí)間或相位位置的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于精確數(shù)字測(cè)定信號(hào)脈沖序列相對(duì)于某固定時(shí)間或參考頻率的時(shí)間或相位位置的方法和裝置。測(cè)量時(shí)，本發(fā)明的裝置可給出相應(yīng)于某一時(shí)間的測(cè)量值的相應(yīng)的數(shù)字，并在其輸出端直接給出所說(shuō)的測(cè)量值。
在已有技術(shù)中，主要有兩種測(cè)定信號(hào)脈沖序列的時(shí)間或相位位置的方法，它們分別是零交叉測(cè)時(shí)法和復(fù)合矢量法。
使用零交叉法時(shí)，是通過(guò)在脈沖序列發(fā)生符號(hào)變化的那些時(shí)刻，用參考分頻器鏈記錄它們的位置，從而獲得所需的時(shí)間信息。
采用這種方法所獲得的時(shí)間分辨率，僅僅是產(chǎn)生在參考分頻器鏈輸入端的最高參考頻率信號(hào)的一個(gè)周期。例如，若要測(cè)定重復(fù)頻率為1兆赫、分辨率為1度的脈沖序列的相位位置，就必須在分頻器鏈的輸入端施加頻率為360兆赫的信號(hào)。因此，即使對(duì)于具有中等分辨率的低頻脈沖序列，也需要使用動(dòng)作非?？斓倪壿嫿M件來(lái)測(cè)定其相位。
使用復(fù)合矢量法時(shí)，若所需的信息包含在脈沖序列的正弦基頻分量中，則需通過(guò)平衡混頻器分析正、余弦參考頻率的相關(guān)性，從而濾出這個(gè)正弦分量并把其分解成兩個(gè)正交分量。因此，為了測(cè)定相位，接下來(lái)需要對(duì)這兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化處理，并用計(jì)算機(jī)計(jì)算它們之比的反正切。
上述第一種方法存在的問(wèn)題是，即使在進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的相位測(cè)量時(shí)，也需要使用非常高級(jí)的邏輯組件。
上述第二種方法存在的問(wèn)題是，由于模擬相關(guān)器自身的不完善，使該方法的使用受到很大的限制，而且，該方法還需要在計(jì)算機(jī)中計(jì)算反正切，從而大大增加了該方法的復(fù)雜性。
本發(fā)明的裝置的特征在于權(quán)利要求所述的那些創(chuàng)造性特點(diǎn)和對(duì)上述問(wèn)題的解決。本發(fā)明的裝置的特征還在于，在使用時(shí)，是將脈沖序列提供至脈沖形成器(限制器)，后者給出傳號(hào)/空號(hào)比約為50/50的方波;該方波和N個(gè)(比如說(shuō)，4個(gè))參考頻率方波信號(hào)一起提供給N個(gè)異或電路，這些參考信號(hào)在時(shí)間上依次相差N分之一個(gè)周期;或是從高頻開(kāi)始對(duì)所說(shuō)的頻率向下進(jìn)行分頻，或是使用延遲線，都能得到所需的依次的時(shí)間差，至于采用這些方法中的哪一個(gè)，是不重要的;用比較電路對(duì)異或電路給出的N個(gè)輸出信號(hào)的傳號(hào)/空號(hào)比進(jìn)行相互比較，以確定信號(hào)相位位于N個(gè)相位區(qū)中的哪一個(gè);隨后，選擇脈沖傳號(hào)/空號(hào)比最接近50/50的信號(hào)，通過(guò)低通濾波器濾波，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理以形成二進(jìn)制碼，該二進(jìn)制碼給出在已確定的相位區(qū)內(nèi)的更精細(xì)的相位信息。本發(fā)明的裝置所具有的超過(guò)已有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，它能夠以比參考時(shí)鐘所可能達(dá)到的最高頻率的一個(gè)周期更大的精確度來(lái)測(cè)量或測(cè)定時(shí)間，同時(shí)，無(wú)需配置特別高速的邏輯組件就能夠提高該裝置的工作頻率，而且，參考時(shí)鐘頻率可以不與被測(cè)脈沖序列的頻率精確相應(yīng)。
一種精確數(shù)字測(cè)定電信系統(tǒng)中信號(hào)脈沖序列的時(shí)間或相位位置的方法，其特征在于對(duì)信號(hào)(WT)進(jìn)行脈沖形成以形成方波脈沖序列;將該脈沖序列與多個(gè)相互有時(shí)間偏移的方波參考信號(hào)(RCL0-RCL3)進(jìn)行比較，以便根據(jù)所說(shuō)的比較結(jié)果形成新信號(hào)(MS0-MS3);通過(guò)所謂的比較最大值中的最小值(MINofMAX)的運(yùn)算對(duì)所說(shuō)的各新信號(hào)進(jìn)行相互比較;對(duì)其脈沖傳號(hào)/空號(hào)比最接近預(yù)定脈沖傳號(hào)/空號(hào)比的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，以把所說(shuō)的數(shù)字形式信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，所說(shuō)的轉(zhuǎn)換是結(jié)合在所說(shuō)的模數(shù)轉(zhuǎn)換前從所說(shuō)的信號(hào)中選取的數(shù)字(B1-B3)一起進(jìn)行的;通過(guò)添加或扣除預(yù)定的數(shù)字序列的方式，所說(shuō)的二進(jìn)制碼能夠?qū)τ擅}沖序列的取樣頻率和/或參考頻率和該頻率之間的頻率差所導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正。
下面，參考本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明的裝置進(jìn)行更詳細(xì)的描述。


圖1示出的是信號(hào)的脈沖形成和時(shí)間偏移。
圖2示出的是在異或電路的輸出端脈沖傳號(hào)/空號(hào)比(占空比)的變化。
圖3示出了本發(fā)明的比較電路的示意圖。
圖4示出了本發(fā)明的裝置的方框圖。
正如圖1所明顯示出的那樣，模擬形式的脈沖序列WT提供至限制器L的輸入端，由限制器形成脈沖型信號(hào)，以便在限制器的輸出端產(chǎn)生脈沖傳號(hào)/空號(hào)比為50/50的方波。該方波提供給N個(gè)異或門(mén)的每一個(gè)的第一輸入端，在這一實(shí)施例中為4個(gè)門(mén)，其參考標(biāo)記分別為OR0-OR3。參考時(shí)鐘信號(hào)RCL0-RCL3提供至所說(shuō)每一個(gè)門(mén)的第二輸入端。各參考時(shí)鐘信號(hào)均為方波信號(hào)，而且在時(shí)間上依次相差1/N個(gè)周期。正如圖2所明顯示出的那樣，每一個(gè)異或門(mén)的輸出信號(hào)均為方波信號(hào)MS0-MS3中的一個(gè)，且其頻率為相應(yīng)門(mén)的輸入信號(hào)頻率的兩倍，其傳號(hào)/空號(hào)比取決于該異或門(mén)的兩個(gè)輸入信號(hào)的相互間的時(shí)間。該圖示出了由各異或門(mén)OR0-OR3輸出的信號(hào)MS0-MS3的傳號(hào)/空號(hào)比的變化，該變化是脈沖序列計(jì)時(shí)與參考時(shí)鐘計(jì)時(shí)間關(guān)系的函數(shù)。
由于尚不能明確確定包含該相位的180度的范圍，所以要從一個(gè)信號(hào)異或門(mén)的輸出信號(hào)中獲得兩個(gè)輸入信號(hào)間的時(shí)間，尚有一些不確定的因素。但是，通過(guò)對(duì)多個(gè)異或門(mén)的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，可以解決這個(gè)問(wèn)題。例如在這一實(shí)施例中，N＝4，因而能夠立刻確定出在參考時(shí)鐘計(jì)時(shí)周期的哪八分之一周期中發(fā)生有輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)變。這是通過(guò)下述的比較最大值中的最小值(MINofMAX)的運(yùn)算，對(duì)各門(mén)OR0-OR3的輸出信號(hào)的傳號(hào)/空號(hào)比進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
表1若MS0＞MS2，則取B1＝0，否則，取B1＝1;
若MS1＞MS3，則取B2＝0，否則，取B2＝1;
若MAX(MS0，MS2)＞MAX(MS1，MS3)，則取B3＝0，否則，取B3＝1。在通過(guò)適當(dāng)?shù)拇a轉(zhuǎn)換把格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼或其它輸出信號(hào)碼之后，在所需時(shí)間測(cè)量過(guò)程中，B1、B2、B3確定著三個(gè)最高有效位。
在信號(hào)的零交叉計(jì)時(shí)所在的八分園內(nèi)，三位數(shù)位B1、B2、B3與該八分園1∶1相對(duì)應(yīng)。
借助如圖3所示的這種NPN和PNP射極跟隨器的組合電路能夠?qū)崿F(xiàn)上述所謂的比較最大值中的最小值的運(yùn)算，盡管借助比較電路(比較器)、開(kāi)關(guān)和邏輯電路也能夠?qū)崿F(xiàn)上述的運(yùn)算。因此，圖3示出了一種根據(jù)表1確定有效測(cè)量值的三個(gè)最高有效位的方法。
在測(cè)量時(shí)，為了能夠確定三個(gè)最低有效位LSB，需要更加精確地確定在異或門(mén)OR0-OR3中的至少一個(gè)門(mén)輸出的輸出信號(hào)的傳號(hào)/空號(hào)比。實(shí)際上，選擇其信號(hào)傳號(hào)/空號(hào)比盡可能接近50/50的門(mén)是有益處的，因?yàn)檫@種脈沖形式對(duì)于由慢速邏輯硬件的有限上升時(shí)間所導(dǎo)致的失真不太敏感。在這種情況下，根據(jù)上述方法而確定的三個(gè)最高有效位B1、B2、B3可以用來(lái)選擇具有這種特性的、可進(jìn)行更精細(xì)分析的脈沖，該脈沖是在進(jìn)行比較最大值中的最小值的運(yùn)算后得到的脈沖。
正如圖4所示，對(duì)傳號(hào)/空號(hào)比的更精細(xì)的測(cè)量，是利用低通濾波器LP0-LP3獲取信號(hào)的平均值，然后利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在應(yīng)用于高速運(yùn)行的情況下，可以使用，比如說(shuō)，“FLASH”型這樣的4位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。各低通濾波器的輸入端與相應(yīng)的異或電路OR0-OR3的輸出端相連。濾波器的輸出端與比較電路CO的輸入端相連接，并與多路調(diào)制器M的輸入端相連接。比較電路的輸出，即最高有效位B1、B2、B3，提供至多路調(diào)制器M的輸入端，以控制對(duì)脈沖傳號(hào)/空號(hào)比最接近于50/50的異或門(mén)輸出信號(hào)(MS0-MS3)的選擇。最高有效位的值還提供至代碼轉(zhuǎn)換器CC的輸入端。代碼轉(zhuǎn)換器可以由分立的邏輯門(mén)構(gòu)成，亦可以由ROM存儲(chǔ)器中的查找表構(gòu)成。該存儲(chǔ)器地址包括三個(gè)數(shù)位B1、B2、B3和用于所說(shuō)模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)位(第四位或更多的位)。存儲(chǔ)器的內(nèi)容包括與每一可能的輸入位陣形式相對(duì)應(yīng)的所需的輸出碼。多路調(diào)制器輸出的信號(hào)提供給所說(shuō)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD的輸入端，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與所說(shuō)代碼轉(zhuǎn)換器CC相應(yīng)的輸入端相連，而代碼轉(zhuǎn)換器的輸出為二進(jìn)制代碼信號(hào)。當(dāng)四位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器以這種方式與三個(gè)最高有效位B1、B2、B3相結(jié)合時(shí)，在相位測(cè)量過(guò)程中能夠得到7個(gè)數(shù)位的精度。因此，無(wú)需采用高于1兆赫的參考時(shí)鐘頻率，就能夠以1/128微秒(8毫微秒)的時(shí)間分辨率測(cè)定重復(fù)頻率為1兆赫的脈沖序列的運(yùn)行時(shí)間。
如果需要用常規(guī)的二進(jìn)制碼給出時(shí)間測(cè)量的結(jié)果，三個(gè)最高有效位需要由格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，而且需要在交變八分園(alternatingoctanes)內(nèi)補(bǔ)足三個(gè)最低有效位LSB。這一工作可以通過(guò)常規(guī)的邏輯運(yùn)算、查存儲(chǔ)表或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于脈沖序列的預(yù)計(jì)頻率和參考計(jì)時(shí)頻率之間的任何差異，二進(jìn)制代碼輸出將有助予輸出值的修正。若假設(shè)脈沖序列的預(yù)計(jì)正常頻率為1000003赫茲，而所用的參考計(jì)時(shí)頻率恰好為1000000赫茲。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)測(cè)量精度為7個(gè)數(shù)位，每秒測(cè)量128次。那么，在修正前，二進(jìn)制數(shù)值的序列將有如下的排列……59，62，65……，122，125，0，3，6，9……這表明由于所說(shuō)的頻率差為3，所以每步增量為3，模為128。若采用其內(nèi)容在每次采樣時(shí)增量為3，模為128的7位外存儲(chǔ)器，則能夠?qū)ζ浼右孕拚?，即在輸出信?hào)輸出之前，從測(cè)量值中將這個(gè)值扣除掉。
當(dāng)采樣周期與參考時(shí)鐘偏置之間的關(guān)系更為復(fù)雜時(shí)，亦可以采用類(lèi)似的技術(shù)進(jìn)行處理，該技術(shù)包括，比如說(shuō)，在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)整個(gè)周期的修正值，或是增加具有部分參數(shù)的存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)。
這表明，能夠使用已物化在邏輯軟件或硬件中的算術(shù)運(yùn)算來(lái)補(bǔ)償脈沖序列的測(cè)量頻率(取樣率)、參考時(shí)鐘和中頻之間的非整數(shù)關(guān)系。
正如上面已明顯示出的那樣，本發(fā)明的裝置無(wú)需使用非常高速的邏輯組件，就能夠有效的提高所獲得的測(cè)量精度。
權(quán)利要求
1.一種用于精確數(shù)字測(cè)定在電信系統(tǒng)中的信號(hào)脈沖序列的時(shí)間或相位位置的方法，其特征在于對(duì)信號(hào)(WT)進(jìn)行脈沖形成以形成方波脈沖序列，將該脈沖序列與多個(gè)相互有時(shí)間偏移的方波參考信號(hào)(RCL0-RCL3)進(jìn)行比較，以便由所說(shuō)的比較結(jié)果形成新信號(hào)(MS0-MS3)；通過(guò)所謂的比較最大值中的最小值運(yùn)算對(duì)所說(shuō)的各新信號(hào)進(jìn)行相互比較；對(duì)脈沖傳號(hào)/空號(hào)比最接近于預(yù)定脈沖傳號(hào)/空號(hào)比的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，以便把所說(shuō)的數(shù)字形式信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，所說(shuō)的轉(zhuǎn)換是結(jié)合在所說(shuō)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換前從所說(shuō)的信號(hào)中選取的數(shù)字(B1-B3)一起進(jìn)行的；通過(guò)添加或扣除預(yù)定的數(shù)字序列的方式，所說(shuō)的二進(jìn)制碼能夠?qū)τ擅}沖序列的取樣頻率和/或參考頻率和該頻率之間的頻率差所導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述方法精確數(shù)字測(cè)定電信系統(tǒng)中的信號(hào)脈沖序列的時(shí)間或相位位置的裝置，其特征在于將信號(hào)(WT)提供給用于脈沖形成的限制器(L)的輸入端;所得到的方波形脈沖序列由限制器的輸出端傳輸給多個(gè)異或門(mén)(OR0-OR3)的第一輸入端，參考時(shí)鐘信號(hào)(RCL0-RCL3)提供至每一個(gè)門(mén)的第二輸入端，所說(shuō)時(shí)鐘信號(hào)彼此之間在時(shí)間上依次有偏移，各門(mén)電路的每一輸出端產(chǎn)生具有一定頻率和一定傳號(hào)/空號(hào)比的輸出信號(hào)，所說(shuō)的脈沖傳號(hào)/空號(hào)比隨所說(shuō)的第一和第二輸入端的輸入信號(hào)之比的不同而不同;從所說(shuō)的門(mén)電路(OR0-OR3)輸出的信號(hào)(MS0-MS3)提供至多路調(diào)制器(M)和比較電路(CO)的輸入端，在該比較電路中進(jìn)行比較最大值中的最小值(MIN of MAX)的運(yùn)算;比較各輸出信號(hào)(MS0-MS3)的脈沖傳號(hào)/空號(hào)比;隨后，所說(shuō)輸出信號(hào)中其脈沖傳號(hào)/空號(hào)比最接近預(yù)定脈沖傳號(hào)/空號(hào)比的信號(hào)，從所說(shuō)脈沖序列的輸出端，通過(guò)所說(shuō)的多路調(diào)制器(M)，提供至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)的輸入端，并且還以數(shù)字形式提供至代碼轉(zhuǎn)換器(CC)的第一輸入端;代碼轉(zhuǎn)換器的第二輸入端接收由在所說(shuō)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換前的脈沖序列確定的信號(hào)數(shù)位(B1-B3);從代碼轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸入端輸入的信號(hào)將轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式，并由轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說(shuō)的已確定的信號(hào)數(shù)位(B1-B3)構(gòu)成該脈沖序列的三個(gè)最高有效位。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說(shuō)的預(yù)定脈沖傳號(hào)/空號(hào)比的值為50/50。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于當(dāng)具有參考頻率的信號(hào)的總數(shù)為N時(shí)，所說(shuō)的各參考頻率信號(hào)間的時(shí)間偏移為N分之一個(gè)計(jì)時(shí)周期。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于為了更精確地測(cè)定所說(shuō)的脈沖傳號(hào)/空號(hào)比，門(mén)電路(OR0-OR3)的輸出端與相應(yīng)的低通濾波器(LP0-LP3)的輸入端相連，而濾波器的輸出端再與比較電路(CO)和多路調(diào)制器(M)的輸入端相連。
全文摘要
在多個(gè)異或門(mén)(OR0-OR3)中將脈沖序列與多個(gè)在時(shí)間上有相互偏移的參考時(shí)鐘信號(hào)(RCLO-RCL3)進(jìn)行比較，各門(mén)的輸出信號(hào)(MS0-MS3)送入比較電路(CO)以比較各信號(hào)的脈沖傳號(hào)/空號(hào)比，由轉(zhuǎn)換器(AD)對(duì)所選出的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由代碼轉(zhuǎn)換器(CC)對(duì)該數(shù)字形式的脈沖序列和三個(gè)最高有效數(shù)位進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換。通過(guò)添加或扣除預(yù)定的數(shù)字序列，所給出的二進(jìn)制碼能夠?qū)τ擅}沖序列的取樣頻率和/或參考頻率和該頻率之間的頻率差所導(dǎo)致的系統(tǒng)偏差進(jìn)行修正。
文檔編號(hào)G01R25/00GK1046607SQ9010246
公開(kāi)日1990年10月31日 申請(qǐng)日期1990年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月20日
發(fā)明者保羅·威爾金森·登特 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司