一种精确测量跳变沿到达时刻的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种精确测量跳变沿到达时刻的方法和装置，包括如下步骤：(1)：校准：提供多个不同的标准到达时刻信号，对一个标准到达时刻信号进行多段延时，在标准特定时刻对每段延时后的信号进行电压采集并排列得到特征电压值组，得到其他的标准到达时刻信号的特征电压值组；多个特征电压值组、多个标准到达时刻与所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，组成校准表格；(2)：测量待测跳变沿到达时刻：得到待测特征电压值组，利用校准表格查表得待测到达时刻与所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，待测跳变沿到达时刻由时间差和待测到达时刻所在CLK时钟周期的前沿的时刻相加得到。本发明专利技术所述的方法测量精度高、测量时间间隔大，装置结构简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及时间测量领域，具体涉及一种精确测量跳变沿到达时刻的方法及装置。
技术介绍
激光测距是激光的一种应用之一，这项技术经过多年的发展已经成功应用于军事、航天等多个重要领域。其基本原理是：激光器发射光电子，光电子在空中飞行，遇到障碍物反射回激光器，通过探测器内部时间间隔测量装置测量光电子在空中的飞行时间，从而测出激光器与障碍物之间的距离。在这种方法中，时间间隔测量装置起着至关重要的作用。目前，人们一般采用将待测信号(单脉冲信号)通过延迟线来精确测量时间，待测信号的上升沿表示开始时间(start)，下降沿表示结束时间(stop)。整条延迟线由一组延迟单元组成，每个延迟单元配合一个触发器，触发器的时钟由待测信号的下降沿(stop)提供，当时钟脉冲结束后，触发器可以记录信号延迟多少个时钟周期，即stop相对于start落后的时间，从而实现将时间转化为数字的测量，参考申请公布号为CN1045329288A的专利技术专利。但是这种方案存在以下缺陷：1、这种测量方法的精度取决于延迟单元的延迟时间，延迟单元的延迟时间越短，精度越高，但仍然无法测量PS(皮秒)级的时间间隔。2、该测量法能够测量的时间间隔取决于整条延迟线的总延时时间，同时为了追求最大的测量时间间隔，必须增加延迟单元的个数，从而增加了芯片的面积，无法适用于激光器发射光电子和接受光电子的时间间隔很大的探测器装置中。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种精度高的精确测量跳变沿到达时刻的方法，及一种电路复杂度大幅度降低、集成度高、占有面积小的精确测量跳变沿到达时刻的装置。为实现上述目的，本专利技术提供一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其技术方案为：一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)：校准：提供参考时钟信号CLK，提供多个不同的标准到达时刻信号，对一个标准到达时刻信号进行多段延时，选取一标准特定时刻对每段延时后的信号进行电压采集，采集到的电压值排列得到所述标准到达时刻信号的特征电压值组，对其他的标准到达时刻信号采用上述同样的方法得到相应的特征电压值组；将所述多个特征电压值组、多个标准到达时刻与标准到达时刻所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，对应放入校准表格；(2)：测量待测跳变沿到达时刻：提供步骤(1)中的参考时钟信号CLK，对待测到达时刻信号采用步骤(1)中的方法得到待测到达时刻信号的待测特征电压值组，利用校准表格查所述待测特征电压值组对应的所述待测到达时刻与待测到达时刻所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，所述待测跳变沿到达时刻由所述时间差和所述待测到达时刻所在CLK时钟周期的前沿的时刻相加得到。优选地，所述每个标准到达时刻信号可以包含一个跳变沿，所述待测到达时刻信号可包含一个跳变沿，所述跳变沿表示信号的到达时刻。优选地，所述参考时钟信号CLK的周期可以以相邻上升沿或相邻下降沿为边缘。优选地，所述标准特定时刻可以位于所述标准到达时刻信号的标准到达时刻所在CLK时钟周期的后沿之后。优选地，所述参考时钟信号CLK的周期可以以相邻下降沿为边缘，所述标准特定时刻可位于所述标准到达时刻信号的标准到达时刻对应CLK时钟信号的下一个下降沿和上升沿之间。优选地，所述多个标准到达时刻信号的标准到达时刻与所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差可以各不相同且分布均匀。优选地，所述每段延时时间可以相等。优选地，所述每段延时时间可以小于所述标准到达时间信号跳变沿高低电平之间的变化时间，所述多段延时的总时间可以大于所述标准特定时刻与标准到达时刻所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差。优选地，在步骤(1)中，所述采集到的电压值可以按延时的先后顺序排列。为实现上述方法，本专利技术提供一种精确测量跳变沿到达时刻的装置，其技术方案为：一种精确测量跳变沿到达时刻的装置，包括粗计数模块，用于对输入的参考时钟的周期进行计数，其特征在于，还包括细计数模块、控制模块和计算模块，所述细计数模块包括延时链和电压采集模块，所述延时链由多个延时单元101依次串联组成，所述延时链通过延时单元101对输入的待测到达时刻信号进行延时，每个延时单元后101均接入电压采集模块，所述电压采集模块用于对延时单元延时后的信号进行电压采集，所述控制模块用于控制在特定时刻触发所述电压采集模块获取特征电压值组，所述控制模块还用于控制所述粗计数模块的计数结束时间，所述计算模块连接所述粗计数模块和细计数模块的输出端，所述计算模块内存储有校准表格。优选地，所述粗计数模块可包括计数器201，控制开关202，并行转串行模块203，所述计数器201的输出端与并行转串行模块203的输入端之间通过控制开关202相连，所述计数器201从零时刻点开始对输入的参考时钟的周期进行计数，所述控制模块用于控制控制开关202的开合，所述并行转串行模块203将计数器201的并行输出结果转为串行数据后输入计算模块。优选地，所述细计数模块的延时单元101可为反相器，所述反相器的延时精度可为皮秒级别。优选地，所述细计数模块的电压采集模块可包括采样保持电容103、驱动器104、控制开关102和控制开关105，每个所述延时单元101后均通过一个单独的控制开关102后与二条支路相连，一条支路经过采样保持电容103后接地，另一条支路经过驱动器104和控制开关105后接入所述计算模块，所述控制模块用于控制控制开关102的开合，使控制开关102在所述特定时刻断开。优选地，所述控制开关102为自举开关。本专利技术的原理为：对跳变沿信号进行连续多段延时，在跳变沿到达后的特定时刻，对每段经过延时的跳变沿信号进行电压采样，得到待测特征电压值组，通过设置每段延时的时间保证采集得的待测特征电压值组包括至少一个跳变沿上的电压，所述待测特征电压值组和所述跳变沿到达时刻与跳变沿到达时刻所在参考时钟周期的前沿之间的时间差唯一对应。建立参考时钟一个周期内的多个准确到达时间和多个特征电压值组之间对应的校准表格，利用所述校准表格对待测特征电压值组查表可得到所述跳变沿到达时刻与跳变沿到达时刻所在参考时钟周期的前沿之间的时间差。利用参考时钟信号测量待测到达时刻跳变沿所在的参考时钟周期。本专利技术测量跳变沿到达时刻的精度取决于校准表格中相邻准确到达时间之间的时间差，测量范围无穷大。在现有的技术中，大多将跳变沿到达时刻对应到参考时钟，仅考虑计算待测时间段内的参考时钟周期数，因此存在跳变沿到达时刻与跳变沿到达时刻所在参考时钟周期的前沿之间的时间误差。本专利技术所述的方法找到特征电压值组和时间误差(跳变沿到达时刻与跳变沿到达时刻所在参考时钟周期的前沿之间的时间差)之间一一对应的关系，通过特征电压值组消除该时间误差，提高测量精度。本专利技术所述的装置可采用外部高精度时间测量芯片进行校准，完成复杂度远低于外部高精度时间测量芯片，精度与外部高精度时间测量芯片接近，集成度高、占有面积小，且测量时间范围广的电路设计。附图说明图1为实施例1的细计数模块电路图；图2为实施例1的粗计数模块电路图；图3为实施例1的控制模块电路图；图4-1为图3控制模块的中心控制部分SW信号生成电路图；图4-2为图3控制模块的中心控制部分START_bar信号生成电路图；图4-3为图3控制模块的中心控制部分CLK_Delay本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)：校准：提供参考时钟信号CLK，提供多个不同的标准到达时刻信号，对一个标准到达时刻信号进行多段延时，选取一标准特定时刻对每段延时后的信号进行电压采集，采集到的电压值排列得到所述标准到达时刻信号的特征电压值组，对其他的标准到达时刻信号采用上述同样的方法得到相应的特征电压值组；将所述多个特征电压值组、多个标准到达时刻与标准到达时刻所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，对应放入校准表格；(2)：测量待测跳变沿到达时刻：提供步骤(1)中的参考时钟信号CLK，对待测到达时刻信号采用步骤(1)中的方法得到待测到达时刻信号的待测特征电压值组，利用校准表格查所述待测特征电压值组对应的所述待测到达时刻与待测到达时刻所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，所述待测跳变沿到达时刻由所述时间差和所述待测到达时刻所在CLK时钟周期的前沿的时刻相加得到。

【技术特征摘要】
1.一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)：校准：提供参考时钟信号CLK，提供多个不同的标准到达时刻信号，对一个标准到达时刻信号进行多段延时，选取一标准特定时刻对每段延时后的信号进行电压采集，采集到的电压值排列得到所述标准到达时刻信号的特征电压值组，对其他的标准到达时刻信号采用上述同样的方法得到相应的特征电压值组；将所述多个特征电压值组、多个标准到达时刻与标准到达时刻所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，对应放入校准表格；(2)：测量待测跳变沿到达时刻：提供步骤(1)中的参考时钟信号CLK，对待测到达时刻信号采用步骤(1)中的方法得到待测到达时刻信号的待测特征电压值组，利用校准表格查所述待测特征电压值组对应的所述待测到达时刻与待测到达时刻所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差，所述待测跳变沿到达时刻由所述时间差和所述待测到达时刻所在CLK时钟周期的前沿的时刻相加得到。2.根据权利要求1所述的一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：所述每个标准到达时刻信号包含一个跳变沿，所述待测到达时刻信号包含一个跳变沿，所述跳变沿表示信号的到达时刻。3.根据权利要求1所述的一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：所述参考时钟信号CLK的周期以相邻上升沿或相邻下降沿为边缘。4.根据权利要求1所述的一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：所述标准特定时刻位于所述标准到达时刻信号的标准到达时刻所在CLK时钟周期的后沿之后。5.根据权利要求1所述的一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：所述参考时钟信号CLK的周期以相邻下降沿为边缘，所述标准特定时刻位于所述标准到达时刻信号的标准到达时刻对应CLK时钟信号的下一个下降沿和上升沿之间。6.根据权利要求1所述的一种精确测量跳变沿到达时刻的方法，其特征在于：所述多个标准到达时刻信号的标准到达时刻与所在CLK时钟周期的前沿之间的时间差各不相同且分布均匀。7.根据权利要求1所述的一种精确测量到达时间点的方法，其特征在于：所述每段延时时间相等。8.根据权利要求1所述的一种精确测量到达时间点的方法，其特征在于：所述每段延时时间小于所述标准到达时间信号跳变沿高低电平之间的变化时间，所述多段延时的总时间大于所述标准特定时刻与标准到达时刻所在CLK时...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙向明，许怒，李雅淑，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42