磁致伸缩位移传感器位移测量研究与实现
磁致伸缩位移传感器工作原理_磁致伸缩位移传感器使用注意事项
磁致伸缩位移传感器工作原理_磁致伸缩位移传感器使用注意事项1.磁致伸缩材料（MFC）：磁致伸缩位移传感器的核心是一种特殊的材料，称为磁致伸缩材料。
当磁场通过磁致伸缩材料时，会产生应变效应，即材料的长度会发生变化。
这个效应是基于磁性颗粒在外加磁场作用下的定向排列和运动。
2.磁场感应：当外加磁场施加在磁致伸缩材料上时，磁场的强度会影响磁致伸缩材料的长度。
石墨烯可以通过生长在一块多晶硅衬底上的一层石墨进行实现。
由于石墨二维，磁场在它上面的作用导致电子受到强烈的定域束缚和孤对偶，从而使磁致伸缩材料的长度发生微小的改变。
3.引导电流：为了使磁致伸缩材料产生显著的位移，通常需要在材料中通过一定的电流。
这个引导电流是通过一个绕在磁致伸缩材料周围的线圈产生的，在磁致伸缩材料上产生一个磁场，并改变材料的长度。
4.位移测量：磁致伸缩位移传感器测量的是磁致伸缩材料的长度变化，依靠测量线圈的电感变化来实现。
通常，传感器中的线圈和一个补偿线圈组成一个桥电路。
当位移发生时，线圈中的电感将发生变化，从而引起桥电路的不平衡。
通过测量桥电路的不平衡程度，可以得到磁致伸缩材料的位移。
1.温度影响：磁致伸缩位移传感器的性能受到温度的影响较大，应尽量避免将传感器暴露在过高或过低的温度环境中。
同时，应注意传感器的温度补偿特性，以确保测量结果的准确性。
2.磁场干扰：磁致伸缩位移传感器是通过磁场来产生位移的，因此传感器周围的外部磁场会对传感器的测量结果造成干扰。
应尽量将传感器远离强磁场或者通过屏蔽措施来减小磁场干扰。
3.安装位置：传感器的安装位置对测量结果的准确性有很大影响。
应尽量避免传感器受到过大的外力或振动，同时保持传感器与被测物体之间的固定距离。
4.防护措施：磁致伸缩位移传感器通常是一种精密仪器，应注意防护措施，避免传感器受到湿度、灰尘等外部环境的影响。
5.线路连接：在连接传感器的线路时，应注意正确连接线圈和桥电路，避免接触不良或短路等问题。
磁致伸缩位移传感器原理
磁致伸缩位移传感器原理磁致伸缩位移传感器（Magnetorestrictive Displacement Sensor）是一种能够测量物体位移的传感器。
它基于磁致伸缩效应，通过测量由磁体产生的磁场中磁器件的变化，来确定物体的位移。
磁致伸缩效应是指当磁性材料处于外加磁场中时，会发生形状和尺寸的变化。
这种变化是由于外加磁场引起磁性材料的磁矩重新排列所致。
具体来说，在磁场的作用下，磁性材料的磁矩会由于磁场的作用而重新排列，导致材料的长度和体积发生微小的变化。
当磁致伸缩杆处于外加磁场中时，磁致伸缩效应会导致磁致伸缩杆的长度发生微小的变化。
这个变化会导致探头上的磁场也发生相应的改变。
探头上的磁场是通过电流在传感器内部流过时在磁体上产生的。
测量磁致伸缩位移传感器的位移需要使用一个传感器电路进行分析。
这个电路主要由一个驱动电路和一个接收电路组成。
驱动电路主要负责通过传递电流来产生磁场，而接收电路则是负责测量探头上的磁场的变化。
驱动电路通常会通过在磁致伸缩杆上施加短脉冲电流来产生磁场。
这个磁场会沿着磁致伸缩杆的长度方向扩展。
同时，接收电路会测量探头上的磁场，这个磁场是受到磁致伸缩杆长度变化的影响的。
测量位移时，接收电路会测量磁致伸缩杆上磁场的两个特征：主磁场和包络线。
主磁场是磁致伸缩杆上磁场的强度，它与磁致伸缩杆的长度成比例。
包络线则是磁场的分布情况，它的变化与磁致伸缩杆的形状变化有关。
通过测量主磁场和包络线的变化，可以确定磁致伸缩杆的位移。
具体的测量方法可以通过对接收电路输出信号的分析来实现。
一些常见的分析方法包括使用频谱分析器、放大器和数据采集系统来测量磁场的变化。
总之，磁致伸缩位移传感器是一种基于磁致伸缩效应的传感器。
通过测量磁致伸缩杆上的磁场的变化，可以确定被测物体的位移。
这种传感器在很多领域中都有广泛的应用，例如测量机械运动、控制系统和自动化设备。
《磁致伸缩直线位移传感器的机理研究与应用》
《磁致伸缩直线位移传感器的机理研究与应用》篇一一、引言磁致伸缩直线位移传感器是一种基于磁致伸缩效应原理工作的精密测量装置，它具有高精度、高分辨率和良好的重复性等特点，在机械、自动化控制、机器人、精密测量等领域有着广泛的应用。
本文将对磁致伸缩直线位移传感器的机理进行深入研究，并探讨其在实际应用中的效果。
二、磁致伸缩直线位移传感器的工作原理磁致伸缩直线位移传感器主要由磁致伸缩材料、传感器探头和电子电路三部分组成。
当外部磁场作用于磁致伸缩材料时，材料会产生伸缩变形，从而改变其长度。
通过测量这一长度变化，即可得到被测物体的位移信息。
1. 磁致伸缩材料磁致伸缩材料是磁致伸缩直线位移传感器的核心部分，它具有优异的磁致伸缩性能和良好的稳定性。
常见的磁致伸缩材料有镍基合金、铁基合金等。
这些材料在磁场作用下会产生明显的伸缩变形，从而为测量位移提供了基础。
2. 传感器探头传感器探头是用于检测磁致伸缩材料长度变化的装置。
它通常由两个部分组成：一是固定的非磁性外壳，用于安装和固定磁致伸缩材料；二是与外部电子电路连接的输出信号端子。
3. 电子电路电子电路是用于将传感器的信号转换为数字信号并输出的部分。
通过外部控制器发送的电流信号可以驱动传感器探头产生磁场，进而引起磁致伸缩材料的伸缩变形。
同时，电子电路还能对传感器输出的信号进行放大、滤波和数字化处理，以便于后续的信号处理和分析。
三、磁致伸缩直线位移传感器的应用磁致伸缩直线位移传感器具有高精度、高分辨率和良好的重复性等特点，在许多领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景：1. 机械制造领域在机械制造领域，磁致伸缩直线位移传感器被广泛应用于各种精密测量和控制系统。
例如，在机床的加工过程中，需要实时检测工件的尺寸和位置信息，以便进行精确的控制和调整。
这时，磁致伸缩直线位移传感器就能发挥出其高精度测量的优势，提高机床的加工精度和生产效率。
2. 自动化控制领域在自动化控制领域，磁致伸缩直线位移传感器也得到了广泛的应用。
磁致伸缩位移传感器研制
早期磁致伸缩位移传感器的研制磁致伸缩位移传感是利用磁致伸缩效应研制的传感器。
该传感器可以实现非接触、绝对式测量，具有高精度、大量程的特点，特别是由于磁铁和传感器并无直接接触，因此传感器可应用在恶劣的工业环境，如易燃、易爆、易挥发、有腐蚀的场合。
此外，传感器能承受高温高压和高振荡的环境。
传感器输出信号为绝对数值，所以即使电源中断重接也不会对数据收构成问题，更无尖重新调整零位。
由于传感器组件都是非接触的，所以即使测量过程理不断重复的，也不会对传感器造成任何磨损。
研制中涉及的关键技术有：（1）大电流周期激发电路的设计；（2）微弱信号的检测、信号的滤波、放大、电压比较、峰值检验波、电压限幅等一系列电路的设计；（3）基于单片机的高精度时间量测量。
技术要求：测量范围0～8cm，精度0.1mm。
测量范围不是很大，主要是受到实验所用波导钢丝本身长度的限制。
1位移传感器的原理磁致旋转波位移传感器，如图1所示。
除位置磁铁外，所有其他元器件都安装在传感器壳体内，组成传感器的主体。
位置磁铁通常装在一个运动部件A上，而传感器主体则装在一个固定的部件B上。
传感器工作时，电子信号和处理系统发给磁致波导钢丝间隔为T的激励脉冲电流ie 该脉冲电流将产生一个围绕波导钢丝的旋转磁场。
位置磁铁也产生一个固定的磁场。
根据Widemanm效应，金属随其瞬间变形产生波导扭曲，使波导钢丝产生磁致弹性伸缩，即形成一个磁致旋转波。
磁致旋转波的传播速度为式中：G为波导管的剪切弹性模量；ρ为波导管密度。
由于G和ρ均为恒定（对于一定的波导管来说）的，所以传播速度也恒定。
经过计算该旋转波沿着波导钢丝以2 800 m/s的速度向两边传播。
当它传到波导钢丝一端的波检测器时被转换成电信号ua·通过测量磁致旋转波从位置磁铁传到波检测器的时间tL就能确定位置磁铁和波检测器之间的距离。
这样，当部件A和B产生相对运动，通过磁致旋转波位移传感器就可以确定部件A的位置和速度。
MTS磁致伸缩位移传感器介绍
MTS磁致伸缩位移传感器介绍MTS磁致伸缩位移传感器是一种用于测量机械系统中位置或位移变化的传感器。
该传感器利用磁致伸缩（Magnetorestrictive）效应的原理，实现对线性位移的测量。
以下是对MTS磁致伸缩位移传感器的详细介绍。
1.磁致伸缩效应磁致伸缩效应是指当一些磁性材料处于磁场中时，它们会发生尺寸变化的现象。
MTS磁致伸缩位移传感器利用这种效应来测量位移。
传感器本身包含一个磁性杆或磁性线圈和一个磁致伸缩材料（通常是铁镍合金）构成的测量杆。
当传感器施加外部磁场时，磁致伸缩材料会发生长度的微小变化，这个变化可以被传感器测量出来。
2.传感器构造MTS磁致伸缩位移传感器通常由测量杆、螺母、固定杆和电子单元组成。
测量杆是由磁致伸缩材料制成的，能够伸缩并测量位移。
螺母连接在测量杆的一端，用于支撑和调整测量杆的位置。
固定杆连接在螺母的另一端，将传感器固定在测量对象上。
电子单元位于传感器的一端，负责接收和处理传感器测量的位移信号。
3.工作原理当外部磁场作用在磁致伸缩传感器上时，测量杆中的磁致伸缩材料会产生微小的变化。
这种变化由电子单元感应，并转换为电信号输出。
电子单元中的传感器电路会测量和记录这个位移信号，并将其转换为数字信号或模拟信号用于后续数据处理。
4.优点和应用-高精度：磁致伸缩效应本身具有很高的精度，因此MTS传感器能够提供高度准确的位移测量。
-可靠性：传感器的构造简单且稳定，具有较高的可靠性和长寿命。
-多功能：传感器可用于各种不同的应用领域，如机械工程、汽车制造、航空航天等。
-机械工程：用于测量机械系统的位置或位移变化，监控机械结构的偏差和拉伸等参数。
-汽车制造：用于车辆悬挂系统的位移测量、转向系统的位置反馈等。
-航空航天：用于测量飞机机翼、尾翼等部件的位移和形变，确保飞行器的稳定性和安全性。
-建筑工程：用于测量建筑物结构的振动和变形，确保结构的稳定性和安全性。
总之，MTS磁致伸缩位移传感器具有高精度、可靠性和多功能的特点，广泛应用于多个不同领域中的位移测量和控制方面。
磁致伸缩位移传感器的设计原理
磁致伸缩位移传感器的设计原理
磁致伸缩位移传感器的测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。
测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。
由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。
由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。
磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。
它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。
此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。
磁致伸缩位移传感器工作原理
磁致伸缩位移传感器工作原理
一、磁致伸缩位移传感器
磁致伸缩位移传感器是利用它的特性：根据外加磁场的变化而发生位移变化，从而测量外加磁场的强度以及方向。
也就是说，磁致伸缩位移传感器，是一种利用外加磁场的变化而发生位移变化的传感器，从而来记录和测量外加磁场的强度和方向，从而来确定它在磁场中的位置和方向。
磁致伸缩位移传感器的原理：磁致伸缩位移传感器基于磁致变形效应（MRD）来测量位移。
MRD效应是一种由电场在金属材料表面产
生的本质变化，是通过外加磁场对金属材料表面能量的影响而导致的。
具体来说，当外加一个恒定的磁场时，金属材料表面的原子会发生细微的变形，而这些变形会导致整个材料表面的厚度发生变化，进而会导致材料表面的磁场发生变化。
二、磁致伸缩位移传感器运行原理
磁致伸缩位移传感器的原理是利用外加磁场对金属材料表面能
量的影响而产生的本质变化，也就是磁致变形效应（MRD），来进行位移的测量和确定。
具体来说，当外加一个恒定的磁场时，金属材料表面的原子会发生细微的变形，而这些变形会导致材料表面的厚度发生变化，进而会导致材料表面的磁场发生变化。
再举一个例子，就是当一个磁体置于一个外加磁场中时，磁体会发生细微的变形，这种变形会导致磁体表面的磁场发生变化，进而会导致磁体表面上发生位移。
所以，通过测
量外加磁场的变化，就可以测量和确定磁体表面上发生的位移。
因此，利用磁致伸缩位移传感器，可以测量外加磁场的变化，从而确定外加磁场的强度和方向，用来测量位移的大小和方向。
磁致伸缩位移传感器原理
磁致伸缩位移传感器原理磁致伸缩位移传感器是一种常用于测量微小位移的传感器，它利用磁致伸缩效应来实现对被测物体位移的测量。
该传感器具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，因此在工业自动化控制、机械制造、航空航天等领域得到了广泛的应用。
磁致伸缩位移传感器的原理是利用磁致伸缩效应来实现对位移的测量。
磁致伸缩效应是指当磁性材料处于外加磁场中时，其长度会发生变化的现象。
这种现象是由于磁性材料内部的磁矩在外加磁场的作用下重新排列而引起的。
当外加磁场增大时，磁性材料的长度会随之增加，反之则会减小。
利用这一原理，磁致伸缩位移传感器可以通过测量磁性材料的长度变化来实现对位移的测量。
磁致伸缩位移传感器通常由磁性材料、线圈和测量电路组成。
磁性材料可以是铁氧体、镍铁合金等材料，它们具有较大的磁致伸缩效应。
线圈通常被包裹在磁性材料的外部，当线圈中通以电流时，会在磁性材料中产生磁场，从而引起磁性材料的长度变化。
测量电路则用于测量线圈中的电流变化，进而计算出磁性材料的长度变化，从而得到被测物体的位移信息。
磁致伸缩位移传感器的工作原理可以简单概括为，当被测物体发生位移时，磁性材料的长度会发生变化，从而导致线圈中的电流发生变化；测量电路通过测量线圈中的电流变化来得到位移信息。
由于磁致伸缩效应的特性，磁致伸缩位移传感器具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的特点，因此在工业自动化控制系统中得到了广泛的应用。
总之，磁致伸缩位移传感器利用磁性材料的磁致伸缩效应来实现对位移的测量，具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，适用于工业自动化控制、机械制造、航空航天等领域。
希望本文对磁致伸缩位移传感器的工作原理有所帮助。
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磁致伸缩位移传感器位移测量研究与实现李庆山 潘日敏 戴曙光 杨永才(上海理工大学光学与电子信息工程学院 上海 200093)摘要 基于磁致伸缩位移传感器的位移测量原理,讨论了位移测量的方法与实现:通过测量发射脉冲与回波脉冲的时间差计算活动磁铁的位置。
基于FPGA器件设计了数字移相脉冲计数方式对时间进行精确测量,该方法对于提高测量位移精度,降低测量系统对高频的要求,对提高系统稳定性和抗干扰能力有重要意义。
关键词 磁致伸缩 数字移相 时间测量 FPGAResearch and Rea l iza tion of the D isplacem en t M ea surem en t for M agnetostr ic-tive D isplacem en t Sen sorL i Q ingshan Pan R i m in D ai Shuguang Yang Yongcai(Colleg e of Op tical and E lectronics Inf or m ation E ng ineering,U niversity of S hang hai f or S cience and T echnology,S hang hai200093,Ch ina)Abstract Basing on the m easurem ent p rinci p le of m agneto stritive disp lacem ent senso r,the m ethod and realiza2 ti on of disp lacem ent m easurm ent are introduced.M easurem ent on the interval betw een trigger i m pulse and re2 turn i m pulse co rresponds to the po siti on of the moving m agnet.T he p recise ti m e interval m easurem ent w ith digi2 tal phase sh ift counting is designed by using FPGA device.T h is m ethod can enhance the system atic p recisi on, reduce the system atic dem and on h igh frequency.It has great significance in p romo ting system stability and anti2 jamm ing.Key words M agneto strictive D igital phase sh ift T i m e m easurem ent FPGA1 引 言磁致伸缩位移传感器是一种以磁致扭转波为传播媒介的传感器,这种传感器安装简单、方便,能承受高温、高压和高振荡的环境。
广泛应用于易爆、易燃、易挥发、有腐蚀的场合,但在国内设计和应用的都比较少。
文中基于磁致伸缩位移传感器的原理,阐述了一种可以提高磁致伸缩位移传感器精度的位移测量方法。
2 磁致伸缩位移传感器的原理磁致伸缩位移传感器(M agneto strictive Po siti on Senso r)如图1所示,主要由波导钢丝1,位置磁铁4,波检测器3和电子系统5组成。
位置磁铁通常装在一个运动部件A上,而传感器主体则装在一个固定的部件B上。
传感器工作时,电子信号和处理系统5以时间间隔为T1发给磁致波导钢丝1的激励脉冲电流i e。
该脉冲电流将产生一个围绕波导钢丝1的旋转磁场。
位置磁铁4也产生一个固定的磁场。
在这两个磁场的正交作用下,波导钢丝产生磁致弹性伸缩,形成一个磁致旋转波2。
该旋转波沿着波导钢丝以2800m s的速度向两边传播。
当它传到波导钢丝一端的波检测器3时被转换成电信号u a。
通过测量磁致旋转波从位置磁铁4传到波检测器3的时间T0就能确定位置磁铁和波检测器之间的距离。
这样,当部件A和B产生相对运动,通过磁致旋转波位移传感器就可以确定部件A的位置和速度。
3 位移测量原理和常规方法分析磁致伸缩位移传感器的位移计算非常简单,将所第26卷第8期增刊 仪 器 仪 表 学 报 2005年8月1波导钢丝 2磁致旋转波 3波检测器4位置磁铁 5电子信号和处理系统 6波反射器7减波元件 8回线 9传感器壳体图1 磁致旋转波位移传感器的测量原理测量的时间差乘以磁致伸缩扭转波的传播速度:位置=时差×扭转波传播速度-零点位置(零点位置为零区与死区之和)。
由于磁致伸缩材料采用圆形截面丝,根据Pochhamm er的三维弹性理论,扭转波在圆截面杆中的传播形式是关于圆柱中心轴对称的,其扭转波速c1=(G Θ)1 2 其中:G为磁致伸缩材料的切变模量,Θ为磁致伸缩材料的密度值。
那么位移L=c13T0-L0(其中:c1为应变波的传播速度,T0为时间间隔,L0为零点位置,零点位置等于零区与死区之和)。
可知,位移测量误差∃L=∃c13T0 +∃T03c1,其中对具体的波导管来说,在一定温度范围内,G和Θ都是恒定的,因此c1是恒定的,即∃c1=0,那么位移测量的误差主要由时间量检测的误差决定,∃L=∃T03c1,因而时差的测量是计算位置精度的关键。
电子技术及计算机技术的发展为精确测量提供了大量高性能、小体积的器件和众多算法。
利用现代计算机计数及电子技术,可对脉冲声波的传播时间进行精确测量。
通常采用数字电路容易达到低噪声和高精度的特点。
电子电路由外置控制器提供触发信号。
传感器电子接收电路利用触发脉冲和回波脉冲调制产生一个宽脉冲,调制后的脉冲宽度与磁铁位置成正比。
利用数字计数方式来对宽脉冲进行测量,计数功能的实现就是要保证在触发脉冲开始时计数,而在接收到回波信号后停止计数。
通过计数器的计数值就可以计算位移。
时间差测量原理如图2所示。
图中两个窄脉冲信号分别为触发脉冲和回波脉冲。
利用这两个窄脉冲信号调制出来的脉冲宽度分别为T2和T3。
触发信号的时间T1已知。
如果计数器的时钟频率为f,周期为T。
若对于T2段,计数器的计数值为m2,对于T3段的计数值为m3,那么T0=(m2+ m3)3T 2+T1 2;由于采用数字计数方式测量,计数误差为±1,时间误差为±T,时间分辨力越高,位移测量误差越小,所以高分辨力的时间量检测对传感器实现高精度测量很关键。
如果要提高时间分辨力,提高计数器的时钟频率是有效办法,由∃L=∃T03c1=c1 f图2 时间差测量原理图其中:f为计数器的计数频率。
对于本传感器的材料,c1=2800m s,如果系统要求位移最大误差为20Λm,则:f=28003106 20=140M H z如果系统计数时钟频率为50M H z,则时间误差为±20ns,位移最大误差为56Λm。
由此可见,如果达到系统高精度要求,这种简单的计数方式需要很高的时钟频率,而在这样的高频状态下,系统抗电磁辐射干扰能力又对系统的成本提出了更高的要求。
如果不使设计陷入两难境地,应该寻求新的测量方式。
4 数字相移脉宽时间测量方法所谓移相是指对于两路同频信号,以其中一路为参考信号,另一路相对于该参考信号做超前或滞后的移动形成相位差。
数字移相通常采用延时方法,以延时的长短来决定两数字信号间的相位差,以四相移为例,阐述数字相移脉宽的测量,如图3所示。
图3 数字相移脉宽时间测量原理图时钟信号CL K0依次进行90°移相,得到CL K, CL K1和CL K2,这四路时钟信号驱动四个相同的计数15 第8期增刊磁致伸缩位移传感器位移测量研究与实现器对待测信号进行计数。
设时钟频率为f,周期为T,四个计数器的计数值分别为m0,m,m1,m2,则最后的脉宽测量值为:T0=(m0+m+m1+m2)3T 4。
可以看到,这种计数方式的时钟频率相当于将原始计数时钟进行4倍频,以4f的频率进行测量,因而将测量精度也提高到原来的四倍。
将数字相移脉宽时间测量方法用于测量图2中的两个已调制信号,则可以极大的提高系统精度,改善系统性能。
如果原来的系统时钟为50M H z,系统的等效时钟为200M H z,如果不考虑各路计数时钟间的相对延迟时间误差,其测量的最大误差降为原来的四分之一,仅为5Λm。
同时,这种方法保证了整个电路的最大工作频率仍为f,避免了时钟提高带来的一系列问题。
5 数字相移时间测量的实现由于传感器器件有效长度为150mm,则最长时差为T m ax=15mm 2800m(s)=53.57Λs系统采用50M H z 时钟,则最大计数值为M max≈2680,为了便于与数字处理系统接口,采用八位计数器异步串连计数,则对于每一路时钟需要4个计数器。
在系统读取时,依次从高到低读取8位计数值。
由于时钟为50M H z,产生90°的相移需要的时间延时为5ns。
数字相移脉宽时间测量的基本点在于时钟信号的相位延迟,而相位延迟在实际实现中是通过时间波形的延迟来实现,因而实现准确的和确定的电路延迟对于该模型的完整性有重要作用。
实现延时有多种方法,如采用分立元件实现,但这种方法存在电路复杂、可靠性差等缺点。
文中采用FPGA器件实现高精度的延时具有电路简单、功能强、修改方便和可靠性高等优点。
R T EX2II系列FPGA器件有4～12个数字时钟管理器DCM,每个DCM都提供了应用范围广、功能强大的时钟管理功能。
如时钟去时滞、频率合成及移相等。
它利用延时锁定环DLL,消除时钟焊盘和内部时钟引脚间的摆动,同时它还提供多种时钟控制技术,实现时钟周期内任意位置的精确相位控制,非常适合时序微调应用,对设置和保持时序对准非常关键。
DCM相移具有可变相移和固定相移两种模式。
设计中,由于延时量由用户外部输入提供,故采用可变相移模式。
在可变相移模式中,用户可以动态地反复将相位向前或向后移动输入时钟周期的1 256。
可变相移模式中,相移控制针如表1所示。
表1 相移控制针控制针方 向功 能PS I N CD EC输入相增加或者减少PSEN输入使能加减相移PSCL K输入相移时钟PSDON E输出移相完成后使能 当PSEN信号有效,则相移值可以由与相移时钟PSCL K同步的PS I N CD EC信号决定动态地增加或减少。
设计中相移时钟由输入时钟提供,PSDON E输出信号与相移时钟同步,它输出一个相移时钟周期的高电平表示相移已经完成,同时表示一个新的相移可以开始。
输入时钟经过DCM移相电路移相后,得到所需延时之后的时钟输出。