基于时间数字转换技术的超短时间间隔测量

合集下载

高精度短时间间隔测量方法及应用

总第170期2008年第8期舰船电子工程S hi p E lectronic Engineering V ol .28N o .8 175 高精度短时间间隔测量方法及应用3袁湘辉　吴文全(海军工程大学电子工程学院　武汉　430033)摘　要　介绍了一种通过积分将短时间间隔扩展为长时间的测量方法,并对测量误差进行了分析。

结果表明,应用本方法采用普通器件就可以对短时间间隔进行高精度测量,可应用于高精度小相位差测量等场合。

关键词　测量;短时间;积分中图分类号　TN 707A High Precision M easurem ent M ethod for L ittle Tim eIn terval and Its App licationYuan X ian ghu i W u W enquan(Coll ege of E lectronic E nginee ri ng,N ava l U nive rsity of E nginee ring,W uhan 430033)A b s tra c t A m e t hod of m easuring little ti m e inte rva l through int egral circuit is introduced in this paper,and the m easured e rrors is analyzed by t his m ethod .Based on thi s m ethod,a hi gh p recision can be obtained using ordinary devices in the field of m easuring little phase difference .Ke y w o rd s m easure m ent,little ti m e interva l ,integral C l a s s N um be r TN 7071　引言通用时间间隔测量是采用电子计数器测量,在要测量的时间间隔内电子计数器进行计数,根据计数的个数就可以得到时间间隔。

雷达测量技术在低介电常数料位测量中的应用

雷达测量技术在低介电常数料位测量中的应用王进;朱洪平;张伟【摘要】主要阐述如何实现低介电常数的料位精确测量.剖析了脉冲雷达测量技术如何通过把回波脉冲与参考脉冲进行混频处理,把测量时间从ps级扩展到μs级,成功实现了mm级的测量精度;介绍了如何根据具体工况选择合适的雷达天线种类和尺寸;引入先进的Plus Master eXact应用软件和EOP算法,其屏蔽干扰信号通过底部回波偏移来反推出料位高低,解决了回波信号小且不稳定对准确测量的影响问题.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2013(049)006【总页数】4页(P21-24)【关键词】雷达;飞行时间;Plus Master eXact应用软件;EOP算法【作者】王进;朱洪平;张伟【作者单位】宁波万华聚氨酯股份有限公司,浙江宁波315812;上海恩德斯豪斯自动化设备有限公司,上海200241;上海恩德斯豪斯自动化设备有限公司,上海200241【正文语种】中文【中图分类】TH816整套雷达系统包括带天线的发射器、微波传送通道、微波反射面、带天线的接收器。

在物位测量中，通常发射和接收天线是相同的。

超声波频率大约在40～70kHz，属于机械波。

而微波频率在GHz数量级上，属于电磁波。

超声波的反射机理是密度差，而微波的反射机理是波阻的变化。

反射度R 是反射能量与发射能量之间的比值，其负对数的10倍称为反射信号强度，R与介质的介电常数εr的关系如式（1）所示：由式（1）可知，εr越高则R越高。

表1给出了R与εr的关系。

如果反射面有波动，则反射度将相应降低。

表1 εr与R反射信号强度的关系εr 1.4 1.9 4.0 10.0 R，% 0.7 2.5 11.0 27.0反射信号强度／dB －22 －16 －10 －6微波测量的优点是它不需要任何传送介质，在各种介质中的传送速率c可以通过式（2）算出：式中：c0——真空中的光速，微波在各种气体介质中的c与c0几乎一样，而且受压力或者温度变化的影响很小。

时间数字转换技术在三维海流计中的应用

ｔｅＴｈＤＣ—Ｇ２ｃｉｈｃｓｍａｅｕｅｏＤＣｔｃｎｌｇｎｒｄｃｄｂｒｎＭＡｏＰｈｐｗｉｈｉｋｓｆＴｅｈｏｏｙａｄｐｏｕｅｙＧｅｍａｙＡＣＣ．Ａｎａｅｎｔｅｃｉ，ｗｅｄｓｇｄｂｓｄｏｈｈｐｅｉｎａｓｉｏｉｕｔｆｒｕｒｓｎｃｈｅ —ｄｍｅｓｎｌｗｔｒｓｓｍ．Ａｆｒｅｐｒｍｅｔｎｔｓ，ｗａｇｔｈｓｂａｏｅｏｄｔｒ — ｕｔｆｃｒｉｏｈａｏｉｃｔｒｅｉｎｉｆｍｅｅｙｔｏｏｅｔｘｅｉｎａｄｅｔｅｃｎｅｔｅｕｎｎｓｃｎｉｅｍｅｅ
海洋流速测量对于研究海洋洋流变化对气候、渔
业、境的影响等有着重要的意义。随着电子技术的发环
发展。其在超声波时差测量上具有显著优势。应用该使
芯片技术设计实现的三维海流流速计系统具有较高的
ｓｌｉｇｐｏｒｏｖｎｗｅｗｈｎｅｍｅｓｒｔｔｍｅｎｅｖｌｆｔｐｌｅ．Ｔｈｐｅｉｉｎｆｔｒｅ—ｄｍｅｓｏｆｏａｕｅｈｅｉｉｔｒａｏｗｏｕｓｅｒｃｓｏｏｈｅｉｎｉｎｌｗｍｅｓｒｍｅｕｔ ±３ａｕｅｎｔｐｏｍｍ／．ｓ
ＡｂｔａｔＷｉｔｅｅｅｏｍｅｔｏｌｃｒｎｃｅｈｏｏ，ｉｉｏｓｂｅｏｓｒｃ：ｔｈｄｖｌｐｎｆｅｅｔｏｉｔｃｎｌｇｈｙｔｓｐｓｉｌｔｍｅｓｒｔｅｉｎｄｆｅｅｔｔｂｉｉｌｉｕｔａｕｅｈｔｙｉｒｎｉｎｍｅｙｄｇｔｃｒｉ．ａｃ

基于T—V转换的极短时间间隔测量方法

ｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ－ｃｙｃｌｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｏｇｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＡｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔＯｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｂｙｕｓｉｎｇＤｆｌｉｐ — ｆｌｏｐａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒ — ｉｎｇｍｏｄｕｌｅｒｅｇａｒｄｌｅｓｓｏｆｔｈｅｃｌｏｃｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｃｈｉｅｖｅｄ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔＯ０．０２，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｂｙｔｈｅｖｅｒｙｓｈｏｒｔｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｏｒｔｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌ；ｍｕｌｔｉ — ｃｙｃｌｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉ０ｎ；ａｎａｌｏｇｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ；ｔｉｍｅｔＯｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｖｅｒｔ

基于TDC-GP2的时间间隔测量模块

0 引言
时间间隔在很多领域有着广泛的应用。高精度的时间间隔测量技术，尤其是皮秒量级的测量技术尤为重要，在原子物理、天文实验、激光测距、定位定时、航天遥测遥控、自动检测设备以及数字通信中的角度调制信号解调和数字示波器等领域有着广泛的应用。本文目的是提高磁致伸缩位移传感器的精度，对于通过测量时间来计算位移原理的位移传感器，时间间隔测量的准确性决定了磁致伸缩位移传感器的精度。本文介绍了 ACAM 公司产生的第二代 TDC－GP2 芯片，详细叙述了基于 TDC－GP2 芯片的时间间隔测量方法及硬件结构设计，为解决短时间间隔高精度测量提供了一种实际可行的方法。
140
Sheji yu Fenxi◆设计与分析
即 1.81 μs。校准测量采用图 4 所示的数学计算模型来计算。
由于门电路延时受温度和电压的影响，因此 4 MHz 晶振是
计数测量值 Cal2
REGX
Cal1
为了校准而设置的一个基准。当使用陶瓷晶振时，由于其频率的误差非常大，所以需要在测量时用 32.768 kHz 的晶振对高速晶振进行校准。若选用温度稳定性非常高的石英晶振，在测量时就不用对高速晶振进行校准，因为这种晶振能够完全满足系统测量的要求。该系统使用 C8051F340 单片机作为系统控制器。其
用户 B 时间信号
图 2 时间测量示意图非校准结果计算这种方式可直接读取转换寄存器的值，将对应的数据值乘以 65 ps，则得到非校准的时间测量值。校准测量计算这种方式的目的在于消除芯片由于电压和温度等环境因素变化带来的测量误差。TDC－GP2 通过测量门电路的传输延迟计算时间间隔，在电路芯片内部，传输延迟受当前温度和工作电压的影响，测量芯片会将周围环境相关的因素引入测量结果。温度、电压等变化的随机性，带来测量结果的随机性，并且不具有重复性和结果重现性，不能准确得到实际的时间间隔值。为保证不同环境条件下对同一个值的多次测量得到同样的测量结果，必须对测量结果进行某种校准计算， TDC－GP2 的校准计算采用在对外部脉冲测量的同时测量一个已知的时间间隔，测量完成后根据高稳定时间值的测量结果，对外部测量结果与已知时间间隔的测量值进行比对，消除因为温度和电压变化而带来的误差。TDC－GP2 的校准测量要求芯片由一个外部相对稳定的时钟信号，校准测量时 TDC－GP2 测量参考时钟的一个和两个参考时钟信号来获得校准基准值。测量过程如图 3 所示，Cal1 和 Cal2 分别表示用来进行校准的一个和两个时钟周期的测量结果。

基于TDC技术的高精度时差测量系统设计

第３卷３
第２期
制导与引信
ＧＵＩＤＡＮＣ＆ＦＵＺＥＥ
Ｖｏ．３Ｎｏ２１３．ＪＤ２１Ｕ．０２
２１０２年６月
文章编号：６１０７（０２０ —０００１７ —５６２１）２０２— ５
基于ＴＣ技术的高精度时差测量系统设计Ｄ
１ＴＤＣＧＰ功能描述 — Ｘ
为了获取高精度的时间间隔值，一种方法是
产生足够高的频率计数，射脉冲启动计数、发回
第２期
王艳平，：于ＴＤ等基Ｃ技术的高精度时差测量系统设计
２１
波脉冲终止计数，后读出计数值。如果测量分最
式有Ｉｄ模式、Ｍｏｅ模式、 — ｄ — ＭｏｅＧ— ｄＲＭｏｅ模式、Ｍ— ｄ模式四种。Ｍｏｅ根据测量精度和量程的要求，用了Ｒ选 —
辨率要达到０５ｎ，计数器的频率要达到２．ｓ则ＧＨｚ不易于实现；二种方法对方法一进行了，第
模式，一种是２ｉ模式。本次设计选用１另８ｂｔ６
ｂｔ式。１ｉ模式可以节约管脚，ｉ模６ｂｔ但对寄存器要进行两次读写操作。ＴＤ — ＰＣＧＸ芯片的工作模
王艳平，宋丽娜，陶坤宇
（海无线电设备研究所，上上海２０９）０００
摘要：传统的基于脉冲计数的方法难以实现高精度时差测量，电路的规模较大、噪且抗

一种新的短时间间隔测量方法

一种新的短时间间隔测量方法嘿，朋友们！今天我要给你们分享一种超神奇的短时间间隔测量方法，就像是发现了时间的小秘密一样。

你看啊，这个方法就像一个超级精准的小魔法师。

首先呢，我们得找一个像闪电侠一样快的计时工具。

不是那种慢吞吞的老古董时钟哦，得是那种能捕捉到瞬间的超敏捷计时设备，就好像是一只眼睛能眨得超级快的小动物，任何短暂的时间间隔都逃不过它的法眼。

然后呢，我们要像布置一个神秘的魔法阵一样，设定好起始点和终点。

这起始点和终点啊，就像是两座魔法城堡，我们要测量的时间间隔就是从一座城堡到另一座城堡之间的神秘旅程。

比如说，从你按下手机屏幕到屏幕亮起的那一瞬间，这中间的时间间隔就像是一个小精灵在两座城堡之间快速穿梭的时间。

在这个过程中，我们的计时工具就像一个超级侦探，紧紧盯着这两座城堡之间的动静。

它不会放过任何一个小细节，哪怕这个时间间隔短得就像蚂蚁打个喷嚏的时间，它也能精确测量出来。

而且哦，这个方法还像是一场超级刺激的短跑比赛。

时间间隔就是选手从起跑线到终点线的冲刺时间，而我们的计时工具就是那个拿着秒表、眼睛都不眨一下的裁判，绝对公正又超级敏锐。

我们还可以把这个测量方法想象成捕捉流星的瞬间。

流星划过夜空的短暂时间就像我们要测量的短时间间隔，而我们的计时设备就像一个准备好捕捉流星每一个闪耀瞬间的天文爱好者，绝不会错过任何一毫秒。

要是把这个短时间间隔比喻成一滴水滴落的时间也很有趣呢。

从水滴开始脱离到它落入小水洼的那一小段时间，我们的计时方法就像一个微观世界的观察者，能精准地记录下这短暂而美妙的瞬间。

这个方法在测量那些像小火花闪烁一样短暂的事件时也特别厉害。

就好比小火花从诞生到消失的那刹那间的时间间隔，在这个方法面前就像一个透明的小秘密，被轻易地揭开。

它也像是测量一只小蜜蜂扇动一次翅膀的时间。

小蜜蜂的翅膀扇动得那么快，那超短的时间间隔，这个测量方法却能像一个有着超级感知力的小精灵一样，准确地测量出来。

最后啊，这个短时间间隔测量方法就像一把神奇的时间小剪刀，能把那些极短的时间片段从时间的长河里精准地剪裁出来，让我们清楚地看到它们到底有多短，就像在时间的蛋糕上切下最微小的一块，还能精确知道它的大小呢。

基于时间数字转换技术的超短时间间隔测量

Ｃ接口，成ＴＩ完）Ｃ的控制和测量结果的当要求脉冲激光在近距离（米范围内）几进行高片机与ＴＤ读取与处理；）２可实现时间间隔最小到２ｎ的超短ｓ精度测距时，将会遇到纳秒级时间间隔测量的问题。
崔景霖，荣刚，马Fra bibliotek 明，颖郭
（西安机电信息研究所。陕西西安７０６）１０５
摘要：当要求脉冲激光在近距离（几米范围内）进行高精度测距时，将会遇到纳秒级超短时间间隔测量的问
题。采用时间数字转换技术（简称ＴＩ：实现了时间间隔最小到２ｎ的超短间隔的时间测量，能实现皮秒级Ｘ）ｓ并
Ｕｌｒ－ｈｒｎｔｒａｅｓｒｍｅｔＢａｅｎＴＤＣｃｎｉｅｔａｓｏｔＩｅｖｌＭａｕｅｎｓｄｏＴｅｈｑｕＣＵＩＪｎｑｉ，ｉｇｎＲ０ＮＧｎ，Ａｉｇ，ＧａｇＭＭｎＧＵｏｎＹｉｇ
的测量分辨率，解决了传统的脉冲计数法在超短时间间隔测量领域无法适用的问题，可应用于近距离下精确定
距或连续测距。
关键词：激光测距；超短时间间隔测量；时间数字转换中图分类号：Ｊ３．文献标志码：文章编号：０８１９｛０９０－１－４Ｔ４４２Ａ１０－１４２０｝４０９０－０
ｇｎｔｉｈｒａｅｉｗｈｎｓｏｔｒｎ．ｇｉｇ
Ｋｅｒｓ：ａｅａｇｎ；ｌａｓｏｔｉｔｒａｅｓｒｍｅｔＴＤＣｙｗｏｄｌｓｒｒｎｉｕｔ－ｈｒｎｅｖｌａｕｅｎ；ｇｒｍ

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

～一一一一
４讨论
本文引入Ａｇｉｌｅｎｔ８１１１０Ａ码形发生器，即
所谓时间数字转换技术，其是一种基于信号和逻辑门电路绝对传输时间的新型时间间隔测量方法。时间数字转换技术测量时，被测短时间间隔开启信号穿过非门链，此时被测时间间隔结束信号会把各延时单位此刻的状态转存入配套的动态存储器内，而此状态信息会被数据预处理，再被传人单片机，最后经单片机处理后求出被测时间间隔。该技术测量时间间隔具有如下特点：时间值无需经Ｄ／Ａ转换而直接转换到数字码；ＴＤＣ与单片机接口可实现ＴＤＣ测量控制和ＴＤＣ测量结果的获取即处理；ＴＤＣ可完成２ｎｓ的超短时间间隔测量；ＴＤＣ测量具备６５ｐｓ的分辨率，即０．９８ｃｍ的单次测量精度。现就时间数字转换技术（ＴＤＣ）的具体计算做
ＴＤＣ的校准要求测量１个／２个参考时钟周期，且需把测量数据以ＣＡＬ１／ＣＡＬ２的形式存储到指定位置。此时，ＴＤＣ内部计算单元ＡＬｕ便可做相应的校准计算，其计算＝ＡＨＩＴ（ＣＡＬ２一ＣＡＬ１）
测距往往遭遏纳秒级超短时间间
和温度，需就ＴＤＣ做校准测量，而ＴＤＣ的校准测量多由ＴＤＣ内部的标定电路和锁相电路
完成。
３．５定５￣ＡＬＵ的计算方式
ＴＤＣ的脉冲信号输入通道包括ｓｔｏｐｔ／２通道和ｓｔａｒｔ通道，且可就任何两个通道信号间的时差做自由定义。较为常见的计算方式包括ｓｔｏｐ１・ｓｔａｒｔ和ｓｔｏｐ１一ｓｔｏｐ２，其中ｓｔｏｐＩｓｔａｔｒ为计算脉冲开始信号与停止信号问的时差；ｓｔｏｐ１一ｓｔｏｐ２计算方式的脉冲开始信号为ｓｔｏｐ２通道、脉冲停止信号为ｓｔｏｐＩ通道、触发信号为ｓｔａｒｔ通道（仅用作ＴＤＣ测量过程的启动）。后者可通过平均法实现测量精度的提高，但其输出频率较前者低。
ＣＡＬ２ＣＡＬｌ＝ｇｒａｄｉｅｎｔ
７７ｍｅ：ＲＥＳ
—
Ｘ
ｒｅｆ毒２Ｃｖ
上述方程式中：
【关键词】时间数字转换技术（ＴＤＣ）超短时
间间隔测量校准测量
～
一
～
～
—
—
ＴＤｃ校准计数结果；被测时间间隔内门电路计数值；１个参考时钟周期内ＴＤＣ的电路计
３．１选择／输入触发方式
基于两个被测脉冲信号间的时间测量要将其生成的两路标准时间间隔脉冲信号传向ＤＣ测量电路，再就该两路脉冲信号做相应求，选定两个脉冲起始信号的触发方式，即前Ｔ的测量，此次测量结果表明，ＴＤＣ测量时间沿触发或后沿触发。间隔误差的波动区间为－Ｏ．４７ — ０．４５ｎｓ；时间间３．２选择测量范围隔与测量结果问呈正相关，究其原因：ＴＤＣ的时间测量分辨率为定值，则时间问隔的不同基于两个被测脉冲信号间的时间间隔，会引起测量精度间存在某种差异，进而导致被选定适宜的ＴＤＣ测量范围，而ＴＤＣ测量范围测量值与对应的测试结果间呈正相关。总而分为两大量程，￣ｐ／ｎ），Ｕ量范围Ｉ（２ｎｓ１．８ｇｓ）和言之，时问数字转换技术（ＴＤＣ）可完成≥２ｎｓ
ｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・计算机技术应用
基于时间数字转换技术的超短时间间隔测量
文／崔培奎李正矗。许春影。
对脉冲激光的近距离高精度
～
数值；
…
待ＴＤＣ中断信号被传人单片机后，其会立即就ＴＤＣ的状态寄存器作出判断，并确定中断标志位，再基于标志位的状态判定单片机的继续操作。一般而言，ＴＤＣ应基于定义的ＡｕＬ计算方式就时间间隔的逻辑门计数结果予以计算，待ＴＤＣ结果寄存器接收到计算结果后，ＡＬＵ空闲中断便会产生，待此中断信号被传人单片机后，在就时间间隔做时间级单位处理。时间级单位处理方法如下：上述方程式中：单片机时间级单位处理结果；ＴＤｃ逻辑门计数结果；参考时钟；参考时钟的分频因子。
３．６片机数据处理
隔测量等问题，而时间数字转换技术（ＴＤＣ）可支持２ｎｓ超短时间间隔测量，且可获得皮秒级测量分辨率，并有效攻克了传统脉冲计数法难以满足超短时间问隔测量的尴尬事实。本文从ＴＤＣ测量原理、ＴＤＣ校准测量、ＴＤＣ测量的实现三个方面剖析基于ＴＤＣ的超短时间间隔测量。
～
数值；
～
一
般而言，测量对象的脉冲与对应的时
２个参考时钟周期内ＴＤＣ门电路计
钟频率和对芯片性能要求呈负相关，即脉冲随被测时间间隔；着时钟频率的增高而变窄，此时对芯片性能的参考时钟的分频因子。要求也变的更高。若要有效攻克上述测量难点，时间数值转换技术（ＴＤＣ）便可提供有效的解３ＴＤＣ测量的实现决办法，即ＴＤＣ可完成皮秒级时间分辨率和时间数字转换技术（ＴＤＣ）的测量流程超短时间间隔的测量。本文就基于时间数字转主要包括如下环节：选择／输入触发方式一选换技术（ＴＤＣ）的超短时间间隔测量展开讨论。择测量范围一选择参考时钟一选择校准测量一１时间数字转换技术（ＴＤＯ）的测量原理定义ＡＬｕ计算方式一单片机数据处理。