專利名稱：基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信測量技術(shù)，特別涉及一種基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊。
背景技術(shù)：
調(diào)制域是信號頻率和時間構(gòu)成的平面域，直接反映信號頻率或相位隨時間變化的情況，可直接測量復(fù)雜信號的調(diào)制特性，也可用于測量信號的脈沖間隔?，F(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制域分析原理框圖如圖1所示，它包括兩個零等待時間(ZDT)計數(shù)器、時間閘門控制單元、誤差脈沖測量電路——即內(nèi)插模塊(圖中所示為內(nèi)插器)，以及高速緩存和數(shù)據(jù)處理單元。調(diào)制域分析的性能主要取決于對誤差脈沖進(jìn)行測量的內(nèi)插模塊的性能。
調(diào)制域分析的誤差脈沖的測量主要有游標(biāo)內(nèi)插法和斜坡內(nèi)插法。
游標(biāo)內(nèi)插法模擬游標(biāo)卡尺的思路，采用兩個不同的時鐘——參考時鐘和游標(biāo)時鐘，工作過程中游標(biāo)時鐘不斷跟蹤參考時鐘，測量誤差與時鐘周期成正比，故要求很高頻率的時基信號，以及高精度頻率控制技術(shù)控制游標(biāo)時鐘的頻率和相位，電路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度大。
斜坡內(nèi)插法的機(jī)理類似于螺旋測微器原理，是將相對短的不易量化的時間段線性地轉(zhuǎn)化成相對大的、容易量化的時間段。具體是通過精密充放電電路，以一個固定的相對大的電流充電，以一個固定的相對小的電流放電，即將時間放大后，用內(nèi)插時鐘對放大后的時間段計數(shù)。此方法的精度由充放電電流比決定，對模擬電路精度要求很高，由于受器件漏電電流和電容的精度，尤其是小電流放電的非線性的影響，斜坡內(nèi)插法的測試精度相對較低。
游標(biāo)內(nèi)插法和斜坡內(nèi)插法都存在內(nèi)插計數(shù)脈沖產(chǎn)生±1的系統(tǒng)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，以消除系統(tǒng)誤差，提高測試精度。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，包括兩個零等待時間計數(shù)器、時間閘門邏輯控制單元、誤差脈沖充放電電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，其中，零等待時間計數(shù)器包括事件計數(shù)器和時基計數(shù)器；所述的事件計數(shù)器接收被測信號進(jìn)行連續(xù)計數(shù)，時基計數(shù)器接收時基信號進(jìn)行連續(xù)計數(shù)，產(chǎn)生兩個計數(shù)值送入高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元；所述的時間閘門邏輯控制單元接收被測信號和時基信號產(chǎn)生兩個同步閘門信號，分別控制兩個零等待時間計數(shù)器并分別輸入誤差脈沖充放電電路；所述的誤差脈沖充放電電路接收兩個同步閘門信號產(chǎn)生誤差脈沖信號、充電脈沖信號、清零信號和模數(shù)采樣信號，并對整個調(diào)制域分析模塊進(jìn)行邏輯時序控制；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收誤差脈沖信號將其轉(zhuǎn)換為誤差脈沖的數(shù)字量，送入高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元；所述的高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元對接收到的兩個計數(shù)值和誤差脈沖的數(shù)字量進(jìn)行處理，計算出信號的瞬時頻率或相位，或計算出脈沖信號的脈沖間隔，完成調(diào)制域分析。
所述的事件計數(shù)器和時基計數(shù)器由同一觸發(fā)器控制，構(gòu)成一組基本計數(shù)器，利用一個觸發(fā)器的兩個互補(bǔ)信號控制兩組基本計數(shù)器交替計數(shù)，當(dāng)其中一組基本計數(shù)器采樣計數(shù)時，另一組基本計數(shù)器可進(jìn)行讀數(shù)、清零。
所述的誤差脈沖充放電電路中的充電電壓與誤差脈沖寬度相關(guān)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行測量。
所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用12位器件AD9433。
所述的誤差脈沖充放電電路采用精密步進(jìn)電流源和橋式二極管充放電電路。
本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)1、在誤差脈沖充放電電路中，直接用誤差補(bǔ)償脈沖控制恒定電流源對一精密電容充電，并用高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器對充電后的電容電壓采樣，得到誤差脈沖的數(shù)字量，消除了系統(tǒng)誤差。
2、選用較大的充電電流，避免了漏電電流和溫度變化對充電電路精度的影響；3、數(shù)據(jù)處理部分將ZDT計數(shù)值和通過模數(shù)轉(zhuǎn)換測量的誤差脈沖的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理計算，可計算出輸入信號的頻率或脈沖間隔，被測信號頻率范圍大大擴(kuò)展；4、采用了大電流高精度充電電路和12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，測試精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于斜坡內(nèi)插法；解決了小電流放電的非線性的影響，且電路大大簡化；5、不要求很高頻率時基信號，控制較為簡單易行。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)調(diào)制域分析原理框圖；圖2為本發(fā)明基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊原理框圖；圖3為本發(fā)明模塊的信號處理流程圖；圖4為本發(fā)明模塊的調(diào)制域?qū)崿F(xiàn)波形圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊可結(jié)合圖2、圖3說明如下，其中，圖2為本發(fā)明基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊原理框圖；圖3為本發(fā)明模塊的信號處理流程圖。
被測信號FX經(jīng)信號預(yù)處理后，一路送入兩個零等待時間(ZDT)計數(shù)器中的事件計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，另一路送入時間閘門邏輯控制單元；時基信號CLK一路送入兩個零等待時間(ZDT)計數(shù)器中的時基計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，另一路送入時間閘門邏輯控制單元。時基信號CLK在時間閘門邏輯控制單元通過分頻器產(chǎn)生閘門信號，稱為原始閘門信號G，原始閘門信號G分別經(jīng)被測信號及時基信號觸發(fā)后得到兩個同步閘門信號Gf和Gc，兩個同步閘門信號Gf和Gc一路用來控制兩個零等待時間(ZDT)計數(shù)器，另一路送入誤差脈沖充放電電路。
同步閘門信號Gf和Ge通過誤差脈沖充放電電路產(chǎn)生誤差脈沖信號E、充電脈沖信號Ec、清零信號和模數(shù)采樣信號等控制信號，并對整個調(diào)制域分析模塊進(jìn)行邏輯時序控制。
兩個零等待時間(ZDT)計數(shù)器分別對被測信號和時基信號計數(shù)產(chǎn)生兩個計數(shù)值，直接經(jīng)過高速數(shù)據(jù)緩沖送入微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而產(chǎn)生的誤差脈沖信號則經(jīng)過誤差補(bǔ)償電路的處理，并由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)高速數(shù)據(jù)緩沖送入微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。最后由微機(jī)對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出不同時刻的頻率、相位值或脈沖間隔等測量結(jié)果。
零等待時間(ZDT)計數(shù)器技術(shù)的關(guān)鍵是要保證計數(shù)器連續(xù)工作不受讀數(shù)的影響，精確的事件和時間數(shù)據(jù)結(jié)合在一起就可以描述被測信號的頻率、相位及其它特征參數(shù)。本發(fā)明采用雙計數(shù)器相關(guān)計數(shù)法，其事件計數(shù)器和時基計數(shù)器由同一觸發(fā)器控制，構(gòu)成一組基本計數(shù)器。利用一個D觸發(fā)器的兩個互補(bǔ)信號控制兩組基本計數(shù)器交替計數(shù)，當(dāng)其中一組基本計數(shù)器采樣計數(shù)時，另一組基本計數(shù)器可以進(jìn)行讀數(shù)、清零等操作，對計數(shù)精確度沒有影響。
誤差脈沖充放電電路是整個調(diào)制域分析中的關(guān)鍵部分，它直接決定整個系統(tǒng)的測量精度。時基信號和被測信號與同步的閘門信號Gf和Gc之間的相位差就是所要測量的誤差脈沖信號E，誤差脈沖的范圍是0到一個時鐘信號周期，直接用它來充電就有可能出現(xiàn)脈沖極窄的情況，從而導(dǎo)致誤差很大，因此實(shí)際方案中將E增加了一個時鐘周期后得到Ec信號。在Ec信號控制下對電容充電，模數(shù)信號控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器在充電的過程中采樣，避開了開始與結(jié)束時可能出現(xiàn)的尖峰與毛刺。
通過以上處理將相對短的不易量化的時間段通過精密的誤差脈沖充放電電路，線性地轉(zhuǎn)化成相對大的、容易量化的電壓量，可使時間或頻率測量分辨率得到有效提高。具體實(shí)施方案中誤差脈沖形成由FPGA實(shí)現(xiàn)。誤差脈沖充放電電路采用精密步進(jìn)電流源和橋式二極管充放電電路來實(shí)現(xiàn)，既能控制溫度影響又可改變電流來調(diào)整工作點(diǎn)。
本發(fā)明的關(guān)鍵部分是采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用模擬和數(shù)字電路的結(jié)合，使測量精度和分辨率大大提高。實(shí)際方案設(shè)計中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD公司的12位器件模數(shù)9433，理論上分辨率可達(dá)到1.96ps。實(shí)際工作范圍留有余量，實(shí)際測量分辨率達(dá)到8ps左右，遠(yuǎn)高于采用游標(biāo)內(nèi)插法和斜坡內(nèi)插法的測量方法。
圖4為本發(fā)明模塊的調(diào)制域?qū)崿F(xiàn)波形圖。
權(quán)利要求
1.基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，其特征在于包括兩個零等待時間計數(shù)器、時間閘門邏輯控制單元、誤差脈沖充放電電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，其中，零等待時間計數(shù)器包括事件計數(shù)器和時基計數(shù)器；所述的事件計數(shù)器接收被測信號進(jìn)行連續(xù)計數(shù)，時基計數(shù)器接收時基信號進(jìn)行連續(xù)計數(shù)，產(chǎn)生兩個計數(shù)值送入高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元；所述的時間閘門邏輯控制單元接收被測信號和時基信號產(chǎn)生兩個同步閘門信號，分別控制兩個零等待時間計數(shù)器并分別輸入誤差脈沖充放電電路；所述的誤差脈沖充放電電路接收兩個同步閘門信號產(chǎn)生誤差脈沖信號、充電脈沖信號、清零信號和模數(shù)采樣信號，并對整個調(diào)制域分析模塊進(jìn)行邏輯時序控制；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收誤差脈沖信號將其轉(zhuǎn)換為誤差脈沖的數(shù)字量，送入高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元；所述的高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元對接收到的兩個計數(shù)值和誤差脈沖的數(shù)字量進(jìn)行處理，計算出信號的瞬時頻率或相位，或計算出脈沖信號的脈沖間隔，完成調(diào)制域分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，其特征在于所述的事件計數(shù)器和時基計數(shù)器由同一觸發(fā)器控制，構(gòu)成一組基本計數(shù)器，利用一個觸發(fā)器的兩個互補(bǔ)信號控制兩組基本計數(shù)器交替計數(shù)，當(dāng)其中一組基本計數(shù)器采樣計數(shù)時，另一組基本計數(shù)器可進(jìn)行讀數(shù)、清零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，其特征在于所述的誤差脈沖充放電電路中的充電電壓與誤差脈沖寬度相關(guān)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用12位器件AD9433。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，其特征在于所述的誤差脈沖充放電電路采用精密步進(jìn)電流源和橋式二極管充放電電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于模數(shù)轉(zhuǎn)換的調(diào)制域分析模塊，它包括兩個零等待時間計數(shù)器、時間閘門邏輯控制單元、誤差脈沖充放電電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元。零等待時間計數(shù)器連續(xù)計數(shù)產(chǎn)生計數(shù)值，誤差脈沖充放電電路產(chǎn)生誤差脈沖信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為誤差脈沖的數(shù)字量，由高速緩沖和微機(jī)數(shù)據(jù)處理單元對計數(shù)值和誤差脈沖的數(shù)字量進(jìn)行處理，計算出信號的瞬時頻率或相位，或計算出脈沖信號的脈沖間隔。本發(fā)明的方法大幅減低了電路的復(fù)雜性，提高了測試精度?？捎糜谕ㄐ艤y量儀器中，也可用于其它需要對信號頻率或相位連續(xù)測量、以及信號脈沖間隔測量等應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號H04L29/14GK1791124SQ20041009317
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者楊成, 李玉濤, 楊文舉, 向浩 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十研究所