專利名稱：一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，特別是一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
為了滿足不同應(yīng)用需求，人們發(fā)展了不同的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，現(xiàn)有的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法主要有數(shù)字計數(shù)法、模擬法、插值法和延遲線法。數(shù)字計數(shù)法原理簡單，直接使用基準時鐘計數(shù)，測量范圍很大，但基準時鐘頻率很難做到很高，測量精度差；模擬法將時間間隔與某些物理變化量(如電壓、電荷、頻率和相位等) 相對應(yīng)，通過測量物理變化量間接計算出時間間隔，雖然測量精度很高，但測量范圍受到限制；插值法結(jié)合數(shù)字計數(shù)法和模擬法的優(yōu)點，使用模擬法縮小數(shù)字計數(shù)法中存在的誤差，彌補了二者的不足。延遲線法利用信號在介質(zhì)中延遲特性，可以獲得較高精度的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)模擬法中存在的諸多缺點，本發(fā)明借鑒插值法思想，提供了一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，利用正弦波電壓模擬信號的特性，先將被測時間間隔轉(zhuǎn)換為正弦波電壓模擬信號的電壓信息，然后根據(jù)正弦波電壓模擬信號的電壓信息計算出正弦波電壓模擬信號的相位信息，然后處理獲取的相位數(shù)據(jù)，最終得到時間數(shù)字轉(zhuǎn)換的結(jié)果。本發(fā)明提供的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用如下技術(shù)方案一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用正弦波發(fā)生裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)接收與處理裝置測量第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿的時間間隔，其特征在于所述正弦波發(fā)生裝置包括正弦波發(fā)生器及其控制電路；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括A/D轉(zhuǎn)換器、反三角函數(shù)計算器和信號波峰波谷計數(shù)器；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置與數(shù)據(jù)計算裝置；所述正弦波發(fā)生器在控制電路的控制下輸出正弦波電壓模擬信號；所述數(shù)據(jù)采集裝置采集所述正弦波發(fā)生器輸出的正弦波電壓模擬信號；所述第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿或所述第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿到來時，所述A/D轉(zhuǎn)換器獲取并保持此刻的正弦波電壓模擬信號的電壓值，經(jīng)反三角函數(shù)計算器得到對應(yīng)的相位角；所述第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿到所述第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿的時間間隔內(nèi)，所述信號波峰波谷計數(shù)器記錄正弦波電壓模擬信號的波峰和波谷信息；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置接收并處理所述數(shù)據(jù)采集裝置獲取的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置把所述數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后傳給所述數(shù)據(jù)計算裝置，計算得到第一觸發(fā)信號觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號觸發(fā)沿的時間間隔。其中，所述正弦波發(fā)生器輸出正弦波電壓模擬信號，要求輸出信號的頻率穩(wěn)定性高，諧波失真小。
其中，所述正弦波發(fā)生器控制電路控制正弦波發(fā)生器的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)所輸出的正弦波電壓模擬信號的頻率和峰峰電壓值。其中，所述A/D轉(zhuǎn)換器有兩個，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度滿足時間數(shù)字轉(zhuǎn)換精度的要求，模數(shù)轉(zhuǎn)換速度滿足時間數(shù)字轉(zhuǎn)換速度的要求，且具備外觸發(fā)控制功能，通過第一觸發(fā)信號或第二觸發(fā)信號控制A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。其中，所述反三角函數(shù)計算器有兩個，使用查表法或CORDIC法，將A/D轉(zhuǎn)換器獲取的正弦波電壓模擬信號的電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的相位角。其中，所述信號波峰波谷計數(shù)器記錄信號波峰數(shù)和波谷數(shù)并區(qū)分記錄的第一個計數(shù)的類型(無計數(shù)或波峰或波谷)，且具備計數(shù)控制功能，通過第一觸發(fā)信號和第二觸發(fā)信號控制信號波峰波谷計數(shù)器的工作狀態(tài)。本發(fā)明的主要特色具有時間數(shù)字轉(zhuǎn)換精度高和時間間隔的測量范圍大的優(yōu)點。
本發(fā)明的效益與應(yīng)用前景本發(fā)明在模擬法的基礎(chǔ)上，充分利用正弦波電壓模擬信號的特性，實現(xiàn)了高精度和寬時間間隔測量范圍的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明可以應(yīng)用到激光測距和激光三維測量相關(guān)領(lǐng)域。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖I為本發(fā)明的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信號時序圖
具體實施例方式圖I顯示了本發(fā)明的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖，在發(fā)明實施方案中，包括正弦波發(fā)生裝置I、數(shù)據(jù)采集裝置2和數(shù)據(jù)接收與處理裝置3。正弦波發(fā)生器12在控制電路11的控制下，輸出正弦波電壓模擬信號SGN-OJtS A/D轉(zhuǎn)換器21和A/D轉(zhuǎn)換器22以及信號波峰波谷計數(shù)器23的數(shù)據(jù)輸入信號。第一觸發(fā)信號SGN-I與A/D轉(zhuǎn)換器21的外觸發(fā)控制端及信號波峰波谷計數(shù)器23的計數(shù)控制端相連；當?shù)谝挥|發(fā)信號SGN-I的觸發(fā)沿到來時，信號波峰波谷計數(shù)器23清零后開始計數(shù)，A/D轉(zhuǎn)換器21采集并保持該時刻正弦波波電壓模擬信號SNG-O的電壓值，經(jīng)反三角函數(shù)計算器24得到對應(yīng)的相位角。第二觸發(fā)信號SGN-2與A/D轉(zhuǎn)換器22的外觸發(fā)控制端及信號波峰波谷計數(shù)器23的計數(shù)控制端相連；當?shù)诙|發(fā)信號SGN-2的觸發(fā)沿到來時，信號波峰波谷計數(shù)器23停止計數(shù)，A/D轉(zhuǎn)換器22采集并保持該時刻正弦波電壓模擬信號SNG-O的電壓值，經(jīng)反三角函數(shù)計算器25得到對應(yīng)的相位角。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置31將數(shù)據(jù)采集裝置2輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后傳輸給數(shù)據(jù)計算裝置32，計算出第一觸發(fā)信號SGN-I的觸發(fā)沿到第二觸發(fā)信號SGN-2的觸發(fā)沿的時間間隔。圖2顯示了一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信號時序圖，設(shè)正弦波電壓模擬信號SGN-O的周期為T，峰值為Vpp。h時刻，第一觸發(fā)信號SGN-I的觸發(fā)沿到來，A/D轉(zhuǎn)換器21開始工作，采集并保持正弦波電壓模擬信號SGN-O的電壓值，記為V1 ；t2時刻，第二觸發(fā)信號SGN-2的觸發(fā)沿到來，A/D轉(zhuǎn)換器22開始工作，采集并保持正弦波電壓模擬信號SGN-O的電壓值，記為V2。h時刻到t2時刻，信號波峰波谷計數(shù)器23記錄的正弦波電壓模擬信號SGN-O的波峰數(shù)為npl，波谷數(shù)為np2 ;使用type表示信號波峰波谷計數(shù)器在h時刻到t2時刻，第一個計數(shù)的類型如果沒有計數(shù)，則type=0 ;如果第一個計數(shù)為波峰，則type=l;如果第一個計數(shù)為波谷，則type=2。使用查表法或CORDIC法，根據(jù)獲取的正弦波電壓模擬信號的電壓值V1和V2，計算出對應(yīng)的相位角01和θ2。綜上所述，可以計算得到&時刻到t2時刻的時間間隔tm
權(quán)利要求
1.一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用正弦波發(fā)生裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)接收與處理裝置測量第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿的時間間隔，其特征在于所述正弦波發(fā)生裝置包括正弦波發(fā)生器及其控制電路；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括A/D轉(zhuǎn)換器、反三角函數(shù)計算器和信號波峰波谷計數(shù)器；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置與數(shù)據(jù)計算裝置；所述正弦波發(fā)生器在控制電路的控制下輸出正弦波電壓模擬信號；所述數(shù)據(jù)采集裝置采集所述正弦波發(fā)生器輸出的正弦波電壓模擬信號；所述第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿或所述第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿到來時，所述A/D轉(zhuǎn)換器獲取并保持此刻的正弦波電壓模擬信號的電壓值，經(jīng)反三角函數(shù)計算器得到對應(yīng)的相位角；所述第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿到所述第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿的時間間隔內(nèi)，所述信號波峰波谷計數(shù)器記錄正弦波電壓模擬信號的波峰和波谷信息；所述數(shù)據(jù)接收與處理裝置接收并處理所述數(shù)據(jù)采集裝置獲取的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置把所述數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后傳給所述數(shù)據(jù)計算裝置，計算得到第一觸發(fā)信號觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號觸發(fā)沿的時間間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述正弦波發(fā)生器輸出正弦波電壓模擬信號，要求輸出信號的頻率穩(wěn)定性高，諧波失真小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述正弦波發(fā)生器控制電路控制正弦波發(fā)生器的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)所輸出的正弦波電壓模擬信號的頻率和峰峰電壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換器有兩個，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度滿足時間數(shù)字轉(zhuǎn)換精度的要求，模數(shù)轉(zhuǎn)換速度滿足時間數(shù)字轉(zhuǎn)換速度的要求，且具備外觸發(fā)控制功能，通過第一觸發(fā)信號或第二觸發(fā)信號控制A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述反三角函數(shù)計算器有兩個，使用查表法或CORDIC法，將A/D轉(zhuǎn)換器獲取的正弦波電壓模擬信號的電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的相位角。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述信號波峰波谷計數(shù)器記錄信號波峰數(shù)和波谷數(shù)并區(qū)分記錄的第一個計數(shù)的類型(無計數(shù)或波峰或波谷)，且具備計數(shù)控制功能，通過第一觸發(fā)信號和第二觸發(fā)信號控制信號波峰波谷計數(shù)器的工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于時間-相位變換法的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用正弦波發(fā)生裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)接收與處理裝置測量第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿與第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿的時間間隔，其特征在于正弦波發(fā)生裝置輸出正弦波電壓模擬信號；第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿或第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿到來時，數(shù)據(jù)采集裝置的A/D轉(zhuǎn)換器采集并保持此刻的正弦波電壓模擬信號的電壓值，然后經(jīng)反三角函數(shù)計算器得到對應(yīng)的相位角；第一觸發(fā)信號的觸發(fā)沿到第二觸發(fā)信號的觸發(fā)沿的時間內(nèi)，數(shù)據(jù)采集裝置的信號波峰波谷計數(shù)器記錄正弦波電壓模擬信號的波峰和波谷信息；數(shù)據(jù)接收與處理裝置接收并處理上述數(shù)據(jù)，得到時間數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果。本發(fā)明可以應(yīng)用到激光測距和激光三維測量相關(guān)領(lǐng)域。
文檔編號H03M1/50GK102832944SQ201210293039
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者陳瑞強, 江月松, 唐華, 屈曉聲, 何云濤 申請人:北京航空航天大學(xué)