专利名称：具有高时间精度的用信号检测阈值跨越瞬间的方法
技术领域：
本发明涉及由电子装置利用电信号对阈值跨越瞬间(threshold crossinginstant)的检测。具体地，本发明涉及能够以高时间精度检测以数字形式转换的电信号的阈值跨越瞬间的方法和装置。
背景技术：
在许多电子系统中，必须检测电信号跨越阈值电平(threshold level)或阈值的瞬间。在不同应用范围中，阈值跨越可以代表不同事件例如，其可以与数字逻辑电平的变化相关，或者其可以将信号“不存在”(off)的条件与信号“存在”(on)的条件相区分， 反之亦然。具体地,对于具有单调前沿或后沿(leading or trailing edge)的电信号，阈值的跨越瞬间可以表示信号的“到达时间”(TOA)或“传送时间”(Τ0Τ)。TOA和TOT的这种定义在相关技术领域中是公知的，特别是在信号的到达时间或传输时间对其至关重要的系统环境下例如，在用于雷达信号的接收和发送系统中，或者在定位(诸如GPS系统)或同步系统中，这是确切的。应当注意的是，在这些系统中，对于检测必须是时间上精确的，S卩，其应当在相对于例如由模拟接收器在物理上接收到信号的瞬间具有已知的具有高精度和高稳定性固定延迟的瞬间中发生。换句话说，用于检测到达时间的系统需求不太涉及检测的瞬时性，而是涉及检测的时间精度。从数学观点来看，可将例如阶跃或脉冲形式的信号的到达时间定义为其前沿跨越取决于信号自身最大振幅的阈值的瞬间，其中，可以线性标度(scale)或对数标度来定义阈值。典型地，为便于检测，选择信号的时间导数很高或甚至最大处的电平作为阈值。例如，在线性表示中，经常选择相当于最大信号振幅的50%的水平作为阈值水平，而在对数表示中其相当于设定在相对于能达到的最大峰值的_6dB处的水平。在上述实例中，若事先不知道最大信号振幅，则不可能立即确定阈值跨越；在该情况下，需要一种模拟或数字形式的信号记录，其允许评估信号振幅，并从而计算阈值(在该实例中，相当于振幅的50%)，确定信号跨越该阈值的瞬间以及发出相对于到达时间具有固定且已知的延迟的到达时间检测信号。因此，在该实例中，用于确定信号达到时间的已知方法包括检测信号峰值(B卩，能达到的最大振幅)，将该峰值除以2 (即，将其衰减6dB)以生成恒定的减半峰值信号，并将该恒定的减半峰值信号与滞后了 TO延迟的原始信号相比较，而该TO延迟至少等于由信号从其峰值电平的50%上升至100%所用的时间。减半峰值信号与原始迟滞信号之间的第一跨越发生在原始迟滞信号的峰值电平的50% (B卩，在_6dB)处。在该跨越发生的瞬间生成到达时间的检测信号或“触发器”，其中，触发器与具有与影响信号的延迟TO相等的延迟的到达时间同步。
可由模拟电子装置来实施上述方法。然而，在该情况下，到达时间的检测精度与所使用的模拟电路的噪声和热漂移特性有关。实际上，因为由上述原因引起的精度限制，模拟检测法使用的越来越少。此外，该方法的模拟特性不允许具有数值结果和输出，因此其不能用于时下占主流的数字电子装置领域。为此，现有技术水平正展望将上述用于确定到达 时间的同样功能的方法转换为可通过数字电路(具体可以是FPGA (现场可编程门阵列)电路)实施的数学算法。为此，采用模数转换器(ADC)来获取输入信号，并通过数值计算来执行所有以下处理。让我们这样考虑用于检测到达时间的，或者更一般地，用于通过电信号来检测阈值跨越瞬间的所述数字方法。由于其数字特性，所述方法本质上表现出时间离散，这限制了在检测中可以获得的精度。实际上，用来确定阈值跨越瞬间的分辨率和由此而得的精度从属于系统时钟的选择，而选择实际上受限于用于实施该方法的电子装置的严格设计要求。理想地，以非常高的频率(因此具有非常短的时钟周期)工作的时钟将确保好的分辨率，但也将导致与实际解决方案不兼容的电路复杂性、信号完整性问题、能耗以及成本问题。另一方面，具有与所考虑范围兼容的成本和复杂性的时钟(例如，具有IOns量级的时钟周期)的使用限制了检测阈值跨越瞬间的时间分辨率该分辨率的数量级与时钟周期可比拟。结果，与时钟周期可比拟的检测误差容限可能对于许多应用(诸如已经提到的用于雷达或用于GPS定位器的接收和发送系统)不尽人意。本发明的目的在于设计并提供一种以这样一种方式进行改善的用于通过电信号来检测阈值跨越瞬间的方法和装置，其中，至少部分避免了上述关于现有技术的缺陷。具体地，提出了一种表现出很高时间精度的用于检测阈值跨越瞬间的方法，以使得时间检测误差远小于实施所述方法的装置的时钟的时钟周期。更具体地，提出了一种用于产生与电信号边沿相比具有较快边沿的触发器的方法，该触发器具有已知的延迟和这样一种精度，以致使其利用电信号以预期分辨率来指示阈值跨越瞬间。
发明内容
本发明提供了一种用于通过电子检测装置来检测电信号跨越阈值的阈值跨越瞬间的方法，包括通过时钟信号限定离散时钟瞬间序列，使得序列中的两个相继的时钟瞬间在时间上彼此隔开一个时钟周期；在属于时钟瞬间序列的多个采样瞬间，以等于时钟周期的采样周期对电信号采样；检测第一采样瞬间和其后相继的第二采样瞬间，使得在第一采样瞬间和第二采样瞬间中的一个内，采样信号值具有小于或等于阈值的第一信号值，以及在第一采样瞬间和第二采样瞬间中的另一个内，采样信号值具有大于阈值的第二信号值；基于第一信号值、第二信号值和阈值，计算第一时间间隔，其表示阈值跨越瞬间与第一采样瞬间之间的时间间隔；针对基准标度，设置具有表示第一时间间隔的基准振幅的基准电信号；向包括在电子检测装置中的比较模块的输入端提供基准电信号；在相对于属于时钟瞬间序列的基准瞬间延迟了第二时间间隔的阈值跨越检测瞬间，由比较模块生成阈值跨越检测信号，第二时间间隔取决于基准振幅；以第二时间间隔在长度上大致等于第一时间间隔的方式来校准基准振幅的基准标度。本发明还提供了一种用于检测电信号跨越阈值的阈值跨越瞬间的装置，包括模数转换模块，被配置用于在属于时钟瞬间序列的采样瞬间，以采样周期对电信号采样，以及用于向转换模块输出端提供在每个采样瞬间中均包括采样信号值的采样信号值序列；检测模块，其具有第一检测模块输入端，第一检测模块输入端可操作性地连接至转换模块输出端，用于接收采样信号值序列；以及第二检测模块输入端，其用于接收阈值；检测模块被配置用于检测第一采样瞬间和其后相继的第二采样瞬间，使得在第一采样瞬间和第二采样瞬间中的一个内，采样信号值具有小于或等于阈值的第一信号值，以及在第一采样瞬间和第二采样瞬间中的另一个内，采样信号值具有大于阈值的第二信号值；检测模块还被配置用于输出第一信号值、第二信号值和阈值；时间间隔计算模块，其可操作性地连接至检测模块，用于接收第一信号值、第二信号值和阈值；计算模块被配置用于基于第一信号值、第二信号值和阈值来进行计算，并在输出中提供第一时间间隔值，第一时间间隔值表示阈值跨 越瞬间与第一采样瞬间之间的时间间隔；基准电信号设置模块，其可操作性地连接至计算模块，用于接收第一时间间隔值；设置模块被配置用于针对基准标度设置具有表示第一时间间隔值的基准振幅的基准电信号；比较模块，其可操作性地连接至设置模块，用于接收基准电信号；比较模块被配置用于在阈值跨越检测瞬间生成阈值跨越检测信号，阈值跨越检测瞬间相对于属于时钟瞬间序列的基准瞬间延迟了第二时间间隔，第二时间间隔取决于基准振幅；校准模块，其可操作性地连接至设置模块和比较模块；校准模块被配置用于校准基准振幅的基准标度，使得第二时间间隔等于第一时间间隔；同步单元，被配置用于生成具有等于采样周期的时钟周期的时钟信号，以限定时钟瞬间序列；同步单元可操作性地连接至转换模块、检测模块、计算模块、设置模块以及比较模块，以提供时钟信号。
从对参照附图以非限定性实例方式给出的本发明的优选示例性实施方式的以下描述中，将更清晰地呈现根据本发明的用于检测阈值跨越瞬间的方法和电子装置的其他特征和优势，其中图I示出了根据本发明一个实例的检测装置的框图；图2示出了根据本发明另一实例的检测装置的框图；图3示出了根据本发明另一实例的检测装置的电路布局；图4A、图4B、图4C和图5是示出在根据本发明一个实例的方法的一些步骤期间的一些信号的时间图。
具体实施例方式参照图I，描述了根据本发明一个实例的用于检测电信号V跨越阈值S的阈值跨越瞬间TOA的电子装置I。电子装置I包括具有转换模块的输入端101和输出端102的模数转换模块100。转换模块100配置为用于以采样周期T对提供给输入端101的电信号V采样，以及用于向输出端102提供采样信号值序列Vn。
应当注意的是，以彼此在时间上由采样周期T等间距隔开的采样瞬间Ts进行采样，其中，采样瞬间Ts属于由具有与采样周期T相等的时钟周期T的时钟信号CL限定的更一般的时钟瞬间序列Τη。因此，米样信号值序列Vn在每一个米样瞬间Ts中均包括米样信号值Vn。如图3所示，转换模块100可由例如本身已知的模数转换器(ADC)组成。时钟信号CL由包括在检测装置I中的同步单元800生成。具体地，同步单元800配置为用于生成具有与采样周期T相等的时钟周期T的时钟信号CL，以限定时钟瞬间序列Tn ;此外，同步单元可操作性地连接至转换模块100和下文将描述的装置I的其他模块(例如，检测模块200、计算模块300、设置模块400和比较模块500)，以提供时钟信号CL。检测装置I还包括检测模块200，其具有第一检测模块输入端201，该输入端201可操作性地连接至转换模块输出端102，用于接收采样信号值序列Vn ;以及第二检测模块 输入端202，其用于接收表示阈值S的值(下文中也将其定义为“阈值”)。检测模块200配置为用于检测第一采样瞬间Tsl和其后相继的第二采样瞬间Ts2，使得在所述第一采样瞬间Tsl和第二采样瞬间Ts2中的一个内，采样信号值具有小于或等于阈值S的第一信号值VI，并且在所述第一采样瞬间Tsl和第二采样瞬间Ts2中的另一个内，采样信号值具有大于该阈值的第二信号值V2。若信号V增大，则值Vl是在瞬间Tsl的采样信号值，而且值V2是在瞬间Ts2的采样信号值；以及若信号V减小，反之亦然。检测模块200还配置为用于在输出端提供第一信号值VI、第二信号值V2和阈值S0根据一种实施方式，检测模块200还在输出端指定哪些是所检测的第一采样瞬间Tsl和第二采样瞬间Ts2。例如，检测模块200可由本身已知的数字电路组成。图4A中示出了例证上述内容的时间图，其中，具体示出了作为检测模块200的输出的米样信号值Vn,以及所检测的第一米样瞬间Tsl和第二米样瞬间Ts2与相应的第一信号值Vl和第二信号值V2。图4A还示出了待检测的阈值跨越瞬间Τ0Α，其必定位于所述第一采样瞬间Tsl与第二采样瞬间Ts2之间。再次参照图1，应当注意的是，装置I还包括时间间隔计算模块300，其可操作性地连接至检测模块200，用于接收第一信号值VI、第二信号值V2和阈值S。计算模块300配置为用于基于第一信号值VI、第二信号值V2和阈值S来进行计算，并在输出端提供第一时间间隔At的值，该值表示阈值跨越瞬间TOA与第一采样瞬间Tsl之间的时间间隔。为此，计算模块300可由例如本身已知的逻辑数字电路组成，或者其可通过存在于装置I中的处理器来实施。值得注意的是，第一时间间隔At是关于采样周期T的分数，这是因为，如已经指出的那样，阈值跨越瞬间TOA位于第一与第二采样瞬间之间。为此，由装置I计算该第一时间间隔，而并不直接检测。应当指出的是，在用于检测到达时间的现有技术装置中，其分辨率不能低于其时钟周期，阈值跨越瞬间TOA将与所检测的第一采样瞬间Tsl或第二采样瞬间Ts2近似。相反地，如下文将进一步说明的那样，在本发明的装置中，对分数间隔At的识别(identification)旨在更精确的检测。根据一种示例性实施方式，关于At的计算，可基于线性插值来进行。在该实例中，假定信号V的演化(evolution)在两个相继的采样瞬间之间是线性或近似线性的；除了例外情况，同时还根据采样周期T足够短以致要考虑香农(Shannon)采样定理的事实，该假设几乎总是以良好的近似出现。这允许以良好的近似来线性推算两个相继的样本之间的中间值，具体地，阈值跨越瞬间Τ0Α。在线性插值的假设中，第一时间间隔At被计算为与在阈值S与第一信号值Vl之间的差和第二信号值V2与第一信号值Vl之间的差之间的比值成比例。根据更具体的实例，使用已经描述的符号，用于计算At的公式为
At=T* [(S-Vl)/(Vl - V2) ] (I)根据不同实施方式，计算模块300配置为用于基于其他类型的插值或其他类型的函数At=f(Vl，V2，S)来计算At，其中，若与典型的线性演化不同，则该函数取决于阈值S的区域中的信号V的实际形状。根据不同的示例性实施方式，计算模块300配置为用于以线性标度或对数标度来进行上述计算。再次参照图1，检测装置I还包括基准振幅设置模块400，其可操作性地连接至计算模块300，用于接收第一时间间隔At的计算值，且还配置为用于针对基准标度设置具有表示第一时间间隔值At的基准振幅VR的基准电信号VR (下文也将其定义为“基准信号VR”)。因此,设置模块400具有双重功能以彼此一对一的对应关系将第一时间间隔值At变换成相应的基准振幅值VR ;且因此生成具有与基准振幅VR相等的振幅的基准电/[目号。在本文所述实施方式中，该基准电信号优选为电压；在其他实施方式中，其可以是另一类型的信号，例如电流。根据一种实施方式，设置模块400由此包括逻辑数字电路，其用于从At变换至VR所需的处理；以及自身公知的电压发生器，其由所述处理电路驱动，用于生成具有与VR相等的振幅的基准电信号。下文示出了定义基准振幅VR的基准标度的一些具体实例和第一时间间隔At与基准振幅VR之间关系的一些实例。同样如图I所示，检测装置I还包括比较模块500，其可操作性地连接至设置模块400，用于接收基准信号VR。比较模块500配置为用于在阈值跨越检测瞬间TTOA (下文也将其定义为“检测瞬间ΤΤ0Α”)处生成阈值跨越检测信号VT0A，使得检测瞬间TTOA取决于基准振幅VR，即，取决于在输入端接收到的基准电信号VR的振幅。基准振幅VR与相应的检测瞬间之间的关系已知，并且是比较模块500的特性，从而检测瞬间TTOA相对于属于时钟瞬间序列Tn的基准瞬间Tr延迟了第二时间间隔At’。例如，比较模块500可由模拟或数字电路、或者模拟和数字电路的组合组成。下文将在描述图2的同时说明比较模块500的优选实施方式。
基准瞬间Tr取决于处理时间以及由检测装置I的处理链的元件(例如，图I所示元件)引入的延迟。一旦限定了装置I的结构，就由此知道了该基准瞬间Tr相对于第一采样瞬间Tsl的延迟。应当看到，得益于瞬间Tr属于时钟信号序列Tn (其支配着整个系统的运行)的事实，在任何情况下，Tr与第一采样瞬间Tsl之间的时间间隔都是时钟周期T的倍数。另一方面，阈值跨越检测瞬间TTOA不一定属于序列Tn，且其通常不属于。下文将更好的看到，这方面允许解除由时钟周期影响的分辨率，并有利地提高检测的时间精度。换句话说，第二时间间隔At’，即瞬间TTOA相对于瞬间Tr的延迟，是关于时钟周期T的分数。应当注意的是，如图I所示，检测装置I还包括校准模块700，其可操作性地在一侧与设置模块400相连接并在另一侧与比较模块500相连接。 校准模块700配置为用于校准基准振幅VR的基准标度，使得第二时间间隔At’大致等于第一时间间隔At。以下将更好地说明在装置I的不同实施方式中执行该校准的不同方法。具体地，将限定基准振幅VR与第二时间间隔△ t’之间的相关性的实例以及如何控制该相关性的实例。在此事先注意到，所述校准可通过设置模块400和比较模块500的运行测试；或利用基于以所述模块的实际实施为基础预先定义的关系进行的计算；或基于所述两种方法的组合来执行。在所有以上情况中，校准模块700例如可利用逻辑数字电路来实施。应当指出的是，校准模块700允许确保阈值跨越检测瞬间TTOA以已知且固定的延迟相对于阈值跨越瞬间TOA同步。实际上，基于以上描述，使用以下关系TTOA=Tr+At’ (2)TOA=Tsl+At (3)此外，得益于校准模块700，At= At’。因此TTOA-TOA=Tr-Tsl (4)如已经提到的那样，差Tr-Tsl，即Tr与Tsl之间的延迟，是时钟时间的倍数，从而它是固定且已知的延迟。因此，基于公式(4)，结论是瞬间TTOA相对于瞬间TOA的延迟也是固定且已知的。这实现了检测装置的目的。实际上，假定如根据本发明的装置确保的那样，这种延迟是已知且固定的，则在检测到阈值跨越的瞬间TTOA与已跨越阈值的瞬间TOA之间经过的延迟程度对检测装置而言不是问题。由于阈值跨越检测信号VTOA以已知且固定的延迟与阈值跨越瞬间同步，所以其因此是信号V阈值跨越的有效指示。应当注意的是，在纯数字的已知装置中，跨越瞬间的检测信号可仅在系统的时钟瞬间Tn出现时改变状态，因此，其精度受这种离散化粒度的限制。相反地，在根据本发明的检测装置I中，检测信号VTOA的生成并不与时钟信号序列Tn的瞬间绑定，而是可在任何瞬间发生，并从而能够以比装置的时钟周期更高的精度来检测阈值跨越瞬间。现参照图2，将描述根据本发明的装置的其他实施方式。根据一种示例性实施方式，比较模块500包括比较信号发生电路550，其具有配置为用于在激活瞬间Ta处接收电激活信号VA的输入端551。比较信号发生电路550配置为用于响应电激活信号VA而生成电比较信号VC，该比较信号VC从比较开始瞬间Tc开始以及在长于时钟周期T的比较周期ATC期间，随时间具有大致线性的演化，从而覆盖了周期等于时钟周期T的比较信号范围AVC。应当注意的是，如下文将描述的那样，该比较信号范围Δ VC必须以已知方式与基准振幅VR的基准标度相关。根据一种实施方式，比较模块500还包括比较器电路600，其具有第一比较器电路输入端601，该输入端601可操作性地连接至比较信号发生电路550，用 于接收比较信号VC ；以及第二比较器电路输入端602，该输入端602可操作性地连接至设置模块400，用于接收基准信号VR。比较器电路600配置为用于在比较器输出信号瞬间TTOA处提供比较器输出信号VT0A，比较器输出信号瞬间TTOA以标称的固定延迟相对于跨越瞬间Ti同步，其中，比较信号VC在跨越瞬间Ti处达到等于基准电信号VR的振幅。以下将给出关于对所述基准标度的适当选择如何可以使比较器输出信号VTOA恰好是阈值跨越检测信号VT0A，以及使比较器输出信号瞬间TTOA恰好是检测瞬间TTOA的细节。根据一种实施方式，设置模块400提供了数字格式的基准振幅。在该情况下，比较模块500还包括数字模拟转换器模块450，其配置为将数字格式的基准振幅转换成模拟格式的基准振幅。数字模拟转换器模块450可操作性地连接至设置模块400，用于接收数字格式的基准振幅VR，以及连接至比较器电路600的第二输入端，用于提供模拟格式的基准振幅。现参照图5，描述了在图2所示的实施方式中执行的比较信号VC与基准电信号VR之间的比较。在该情况下，比较器输出信号VTOA是阈值跨越检测信号VT0A，以及比较器输出信号瞬间TTOA是检测瞬间TTOA。针对在比较信号VC与基准信号VR之间的所述跨越瞬间，以典型比较器电路的已知标称延迟发出检测信号V0TA。在图3所示实施方式中，比较信号发生器电路550是模拟电路550，其包括电阻器r和电容器C，并具有长于采样周期T的时间常数rc。在该情况下，激活信号VA通常是具有给电容器c充电的目的的阶跃电压信号。随着时间的推移，在模拟电路550的输出端，电容器c的充电产成对于第一部分具有近似线性演化的可以用作比较信号VC的电压信号。根据一种示例性实施方式，同步单元800还被配置为用于在激活瞬间Ta中生成激活信号VA，并进一步可操作性地连接至比较信号发生器电路550的输入端551，用于提供该激活信号VA。应当注意的是，根据公知的标准来设定模拟电路550的激活信号VA、电阻r、电容c以及由此而得的时间常数rc的大小，以在长于时钟周期T的周期内获得比较信号VC的近似线性的上升。具体地，如图5所示，可以设定比较信号发生器电路550的大小，以确定从激活瞬间Ta之后的比较开始瞬间Tc开始以及在所述整个比较周期ATC期间的具有良好近似的线性区。
比较周期ATC长于时钟周期T，且有利地，长于两个时钟周期。参照图2所示的装置I的实施方式以及图5所示的显著信号的时间图，现将通过比较信号VC更详细地描述基准振幅VR的基准标度的定义，具体地，第一时间间隔△ t与基准振幅VR之间的关系，以及基准振幅VR与第二时间间隔At’之间的进一步关系。首先，应当注意的是，在比较周期Λ TC中，比较信号VC从在比较开始瞬间Tc处取得的最小比较信号值VCmin线性上升至在比较周期末端的瞬间Tc+ATC处取得的最大比较信号值VCmax。校准模块700和设置模块400配合，以便基于最小基准振幅VRmin与最大基准振幅VRmax之间的基准振幅范围Λ VR，将基准振幅VR的基准标度定义为线性标度，从而出现以下情况在比较周期ATC内包括的瞬间TRmin处，发生比较信号VC与最小基准振幅VRmin之间的跨越；在比较周期ATC内包括的瞬间TRmax处，发生比较信号VC与最大基准振幅VRmax之间的跨越；基准振幅范围AVR等于比较信号范围Δ VC,使得TRmin与TRmax 之间的时间间隔的长度等于采样周期T ;对于在所述值VRmin与VRmax之间包括的每个基准振幅值VR，在所述瞬间TRmin与TRmax之间包括的跨越瞬间Ti处发生比较信号VC与所述振幅VR之间的跨越。应当看到，最小基准振幅VRmin等于或闻于最小比较彳目号值VCmin ;最大基准振幅VRmax等于或小于最大比较信号值VCmax。由上述可知，作为一个重要结果，比较信号VC达到在VRmin与VRmax之间包括的振幅VR的跨越瞬间Ti，以相对于振幅VR的线性方式在瞬间TRmin与TRmax之间的时间周期T中变化。换句话说，给定振幅VR，从以下计算中产生由比较模块500确定的所产生的跨越瞬间Ti (如图5所示)(Ti-TRmin) /T= (VR-VRmin) / Δ VR (5)实际上，可以确定，在输出中，与时钟信号序列Tn同步的所述基准瞬间Tr相当于瞬间TRmin，其中，瞬间Tr相对于瞬间Trmin具有简单地与比较器电路600的固定处理延迟相等的延迟。由于检测瞬间TTOA (在比较器电路600的输出中)相当于具有与比较器电路600的相同的固定处理延迟相等的延迟的跨越瞬间Ti，因此，公式(5)可以反映在针对检测瞬间和第二时间间隔At’的类似公式中At’ /T= (ΤΤ0Α - Tr) /T= (VR - VRmin) /AVR (6)在这一点上，可以通过限定第一时间间隔At与基准振幅VR之间的关系来完成关系链。基于时间间隔Λ t来计算基准振幅VR，使得在基准振幅VR与最小基准振幅VRmin之间的基准差和基准振幅范围AVR之间的比大致等于第一时间间隔At与时钟周期T之间的比。具体地，根据一种示例性实施方式，采用以下公式(VR - VRmin) / Δ VR= Δ t/T (7)可以很容易地看出，通过结合公式(6)和(7)，关系At= At’在该实施方式中同样有效。在本发明的不同实施方式中，在存在比较模块500的不同实施方式的情况下，假定确保第二时间间隔At’与第一时间间隔At标称相等，则不同于上述给定公式(5)、(6)、
(7)的其他计算公式可用于限定所述量之间的关系。根据一种示例性实施方式，由校准模块700来执行相当于上述公式(7)的用于确定基准振幅VR的计算。根据另一示例性实施方式，由设置模块400来执行相当于上述公式(7)的用于确定基准振幅VR的计算。根据另一实施方式，检测装置I还包括配置为用于存储对应表的存储单元900，该对应表包括一对用于多个时间间隔At中的每一个的对应字段,该对对应字段包括第一字段，其包括相应的时间间隔值At ;以及第二字段，其包括例如基于公式(7)计算的相应基准振幅VR。在该情况下，校准模块700还配置为用于例如通过公式(7)来为对应表的每个基 准振幅VR计算基准振幅。校准模块700还可操作性地连接至存储单元900，用于将这样计算的基准振幅存储至存储单元的对应表。最终，存储单元900可操作性地连接至设置模块400，用于从其接收时间间隔值At,以及用于响应其而提供在一对对应字段的第二字段中存储的相应基准振幅VR，其中，该对对应字段在第一字段中包括所述接收到的时间间隔值(At)。以此方式，设置模块400可以设置正确的基准振幅VR。当量At与VR之间的数学关系不同于公式(7)，例如是非线性关系时，当然也可以提供存储单元900的类似使用。应当注意的是，在上述实施方式中，已再次引入了可检测的阈值跨越瞬间的离散化。然而，这种离散化可具有比时钟周期T更精细的粒度。实际上，对应表提供了 N对对应字段(其中，N可以是任意数字，例如，通常为100)，而且这意味着单个时钟周期T包括限定了可用以检测第一时间间隔At的精细粒度的N个子周期。换句话说，可用以检测阈值跨越瞬间的精度相对于时钟周期T增大了因子N(例如100，S卩，两个数量级)。现再次参照图2，描述了检测装置I的另一实施方式，采用了假设电信号V是上升或下降的脉冲或阶跃信号，具有大致单调的前沿或后沿，以及还具有峰值Vmax的实例；且其中，阈值S通过包括在O与I之间的乘法参数f与峰值(Vmax)相关。通常，该乘法参数取值O. 5，其对应于将阈值限定为峰值Vmax的50%的情况。在该实施方式中，检测装置I还包括电信号V的接收模块50，其可操作性地连接至转换模块100，用于提供电信号V。此外，检测装置I包括阈值计算模块150，其可操作性地连接至转换模块100，用于接收在输出端102处提供的数字格式的采样电信号，并配置为用于检测峰值Vmax以及用于将该峰值衰减乘法参数f，从而获得阈值S。阈值计算模块150也可操作性地连接至检测模块200的输入端202，用于提供所计算的阈值S。阈值计算模块150还配置为用于对采样的电信号引入初始延迟T0，以在与采样信号值Vn比较之前由检测模块200提供阈值电平S。为此，例如阈值计算模块150包括数字延迟模块(图2中未示出)。根据不同的示例性实施方式，可由接收模块50对模拟格式的电信号V弓丨入初始延迟TO。根据另一不例性实施方式，对于模拟格式的电信号V,由接收模块50执行峰值Vmax和阈值S的计算。在该情况下，未配置阈值计算模块150，且接收模块50可操作性地连接至检测模块200，用于提供阈值S。应当指出的是，在检测装置I的实施方式中，阈值计算模块150、检测模块200、计算模块300、设置模块400、校准模块700以及存储单元900包括在检测装置I的处理模块10中(图3所示)。根据另一示例性实施方式，处理模块10由FPGA (现场可编程门阵列)数字电路组成。在该情况下，FPGA数字电路的分区也可与装置I的功能分区不同，但一般执行同样功倉泛。检测装置I的其他功能块包括模拟部分，其包括模拟电路例如，这些是比较信号发生电路550和比较器电路600。 该模拟部分的特性有时可能具有这样的容差，以至于至少部分降低了检测的时间精度。此外，这些特性中的某些取决于温度，且可能随时间缓慢变化。为避免这些可能的弊端，在检测装置I的另一实施方式中，校准模块700还配置为用于执行以下进一步的校准操作向比较模块500提供测试基准电信号的序列；随后，确定比较模块500针对其生成与基准瞬间Tr同步的阈值跨越检测信号TTOA的最小测试基准信号振幅；而后，确定比较模块500针对其生成关于基准瞬间Tr的具有等于时钟周期T的延迟的阈值跨越检测信号VTOA的最大测试基准信号振幅；最终，基于所述最大测试基准信号振幅和最小测试基准信号振幅来限定基准振幅VR的基准标度。例如，可将基准标度限定为线性标度，其具有作为最小基准振幅VRmin的所述最小测试基准信号振幅，以及作为最大基准振幅VRmax的所述最大测试基准信号振幅。一旦限定了最小VRmin和最大VRmax基准振幅以及由此也限定了基准振幅范围AVR,则例如可以使用公式(6)和(7)来计算关于其他基准振幅VR的关系。根据另一实施方式，基于上述进一步的校准操作序列来更新存储单元900的对应表具体地，更新对应于Δ t=0的基准振幅VRmin和对应于Δ t=T的基准振幅VRmax ;并例如通过根据公式(7)的线性插值来计算对应于包括在表中的第一时间间隔At的其他值的基准振幅。 参照图5,应当注意的是,上述计算允许在从VCmin至VCmax的更宽间隔内，将振幅的间隔从VRmin移动至VRmax ;因此，这允许在更宽的比较时间周期ATC内，在瞬间TRmin与TRmax之间移动时间周期T，使得对应其Λ t等于O的检测瞬间TTOA保持与基准瞬间Tr相关。根据一种实施方式，以与检测装置I的正常运行周期不同的周期，周期性执行进一步的校准操作序列。有利地，该序列的周期短于装置I的模拟参数的平均稳定时间，而其波动将会被补偿，从而这些波动决不会损坏检测精度。在上述实施方式中，校准模块700包括禁用输出端705，且配置为用于通过该禁用输出端705向置于装置I后续的使用检测信号VTOA的电路提供禁用信号VDIS。该禁用信号VDIS在执行所述进一步的校准操作序列期间被激活，在此期间，检测装置不执行标准的检测操作。
应当注意的是，所述进一步的校准操作序列的主要目的在于排除装置I的无源模拟部件可能随机经受的老化和温度漂移；此外，其允许检验比较信号发生电路550继续在线性区工作，且没有因可能的退化或损耗而表现出过度的变化。下文将描述根据本发明的用于检测阈值跨越瞬间的方法。具体地，将概括与已针对根据本发明的装置描述的实施方式对应的各种示例性实施方式。根据第一实施方式，本发明包括一种用于通过电子检测装置I来检测电信号V跨越阈值S的阈值跨越瞬间TOA的方法，其包括以下步骤由时钟信号CL来限定离散时钟瞬间序列Tn，使得该序列的两个相继的时钟瞬间在时间上彼此隔开一个时钟周期T ;随后，以与时钟周期T相等的采样周期T在多个属于时钟瞬间序列Tn的采样瞬间Ts中对电信号V采样；而后，检测第一采样瞬间Tsl和其后相继的第二采样瞬间Ts2，使得在所述第一 Tsl和第二 Ts2采样瞬间中的一个处，采样信号值具有小于或等于阈值S的第一信号值Vl，以及在所述第一 Tsl和第二 Ts2采样瞬间中的另一个处，采样信号值具有大于阈值S的第二信号值V2 ;此外，基于第一信号值Vl、第二信号值V2和阈值S，计算作为关于时钟周期T的分 数的指示阈值跨越瞬间TOA与第一采样瞬间Tsl之间的时间间隔的第一时间间隔At ;之后，针对基准标度设置具有表示第一时间间隔At的基准振幅VR的基准电信号VR ;随后，提供基准信号VR作为比较模块500的输入信号，其中，比较模块500配置为根据所述输入信号生成具有所控制的延迟的信号；而后，在相对于属于时钟瞬间序列Tn的基准瞬间Tr延迟了第二时间间隔At’的阈值跨越检测瞬间TTOA处，利用比较模块500生成阈值跨越检测信号VT0A，所述第二时间间隔Λ t’取决于基准振幅VR ;最终，校准基准振幅VR的基准标度，使得所述第二时间间隔At’长度上大致等于所述第一时间间隔At。根据第二实施方式，该方法提供的校准步骤还包括以下步骤首先，向具有所控制的延迟的模块500提供测试基准电信号序列；随后，确定比较模块500针对其生成与基准瞬间Tr同步的阈值跨越检测信号TTOA的最小测试基准信号振幅；类似地，确定具有所控制的延迟的模块500针对其生成相对于基准瞬间Tr具有等于时钟周期T的延迟的阈值跨越检测信号TTOA的最大测试基准信号振幅；最终，基于所述测试基准的最大振幅和最小振幅来定义基准振幅VR的基准标度。根据第三实施方式，相反地，该方法提供的校准步骤还包括以下步骤基于最小基准振幅VRmin与最大基准振幅VRmax之间的基准振幅范围AVR来定乂基准振幅VR的基准标度；随后，根据时间间隔Λ t来计算基准振幅VR，从而基准振幅VR和最小基准振幅VRmin限定了基准差，使得所述基准差与基准振幅范围AVR之间的比大致等于第一时间间隔At与时钟周期T之间的比。此外，根据该实施方式，比较模块500配置为用于生成具有与基准振幅VR线性相关的延迟的阈值跨越检测信号VT0A。应当注意的是，在该方法的这一实施方式中，使用上述公式(7)。根据本发明的方法的另一实施方式包括上述第二和第三实施方式两者的步骤。在该情况下，最小基准振幅VRmin等于最小测试基准信号振幅；最大基准振幅VRmax等于最大测试基准信号振幅；基准振幅的基准标度是包括在最小基准振幅VRmin与最大基准振幅VRmax之间的线性标度；基于公式(7)来进行取决于第一时间间隔Λ t的基准振幅VR的计
笪
ο根据另一实施方式，根据本发明的方法提供的计算基准振幅的步骤包括计算多个基准振幅VR，每一个都对应于多个第一时间间隔△ t中的一个，从而每个基准振幅VR和最小基准振幅VRmin限定了相应的基准差，使得每个基准差与基准振幅范围AVR之间的比大致等于相应的第一时间间隔At与采样周期T之间的比。应当看到的是，在该情况下，也基于公式(7)来进行上述计算。根据一种实施方式，该方法还提供了用于在电子检测装置I的存储单元900中建立对应表的步骤,该对应表包括一对用于所述多个第一时间间隔At中的每一个的对应字段；该对对应字段包括第一字段，其包括相应的第一时间间隔值At，以及第二字段，其包括相应计算的基准振幅VR;且最终，该方法提供了用于由电子检测装置I的设置模块400来查询对应表的步骤，以针对给定的第一时间间隔值△ t来确定相应的基准振幅VR。在另一实施方式中，该方法包括在对应表中存储基于公式(7)计算的基准振幅，并随后在周期性执行在上述方法的第二实施方式中提供的步骤之后，周期性更新该振幅。根据另一实施方式，该方法提供的计算第一时间间隔At的步骤包括以下步骤 进一步计算阈值S与第一信号值Vl之间的第一差；进一步计算第二信号值V2与第一信号值Vl之间的第二差；最终，计算所述第一差与所述第二差之间的比，并将该比值与时钟周期T相乘，以获得第一时间间隔At。应当注意的是，在该方法的这一实施方式中，使用上述公式(I )。根据又一实施方式，该方法提供的生成阈值跨越检测信号VTOA的步骤包括以下步骤利用比较模块500生成电比较信号VC，该电比较信号VC从比较开始瞬间Tc开始以及在长于时钟周期T的比较周期ATC期间，具有随时间大致线性的演化，从而覆盖周期等于时钟周期T的比较信号范围AVC (应当注意的是，该比较信号范围AVC与基准振幅VR的基准标度相关)；随后，进行基准振幅VR与电比较信号VC之间的比较；最终，基于所述比较生成阈值跨越检测信号VT0A。根据一种特殊的示例性实施方式，所述基准振幅VR的基准标度与比较信号VC之间的相关性规定了基准振幅范围AVR等于比较信号范围AVC;以及还规定了最小基准振幅VRmin等于或大于由比较信号VC在比较周期Λ TC期间取得的最小比较信号值VCmin，而且最大基准振幅VRmax等于或小于由比较信号VC在比较周期Λ TC期间取得的最大比较信号值VCmax。根据另一示例性实施方式，该方法提供的生成电比较信号VC的步骤还包括以下步骤配置比较信号发生电路550，其配置为用于响应在比较开始瞬间Tc之前的激活瞬间Ta处向比较信号发生电路550的输入端551提供的电激活信号VA,生成电比较信号VC ;随后，在激活瞬间Ta处向比较信号发生电路550的输入端551提供电激活信号VA，以便在比较信号发生电路550的输出端生成电比较信号VC。根据一种示例性实施方式，该方法提供的执行比较的步骤还包括以下步骤配置比较模块500的比较器电路600 ;随后，向比较器电路600的第一输入端601提供比较信号VC,以及向比较器电路600的第二输入端602提供电基准信号VR。在该示例性实施方式中，生成检测信号的步骤包括在相对于跨越瞬间Ti延迟了标称固定延迟的检测瞬间ΤΤ0Α，由比较器电路600生成阈值跨越检测信号VT0A，其中，比较信号VC在跨越瞬间Ti达到与基准电信号VR的振幅相等的振幅。应当注意的是，包括在该示例性实施方式中的量之间的关系用上述公式(6)和(7)来表示。根据又一实施例，该方法规定，电信号V是上升或下降的脉冲或阶跃信号，具有大致单调的前沿或后沿，以及还具有峰值Vmax ;并且阈值S通过包括在O与I之间的乘法参数f与峰值Vmax相关。在该情况下,检测步骤还包括检测电信号V的峰值Vmax ;随后,将该峰值Vmax衰减乘法参数f，以获得相当于阈值S的阈值电平；而后，对电信号V引入初始延迟TO，以在与采样信号值Vn比较之前提供阈值电平；最终，将每个采样信号值Vn与阈值电平相比较。可以注意，通过检测装置I及上述检测方法，凭借其特性实现了本发明的目的。实际上，本发明的用于检测阈值跨越瞬间的方法允许很高的时间精度，以使得时间检测误差远小于实施该方法的装置的时钟的时钟周期。
其出现得意于权利要求I中给出的特征的组合可利用计算来检测包括在两个时钟信号之间的检测瞬间；通过电学变量中的适当关系来变换与该检测瞬间对应的时间值，该电学变量通过时间变量中的另一关系被依次变换，而该时间变量允许依次生成包括在两个时钟信号之间的检测信号。因此，阈值跨越瞬间和阈值跨越检测瞬间与属于时钟瞬间序列的瞬间不同，从而提供了对由时钟影响的分辨率限制的解除。此外，使阈值跨越瞬间和阈值跨越检测瞬间同步，即，利用所述的适当校准，由已知、固定的且为时钟周期倍数的延迟来隔开时间。应当注意的是，相比于时钟分辨率，该方法的应用实际上允许确保精度的提高，通常能提高至少一个数量级，而且如果电输入信号特别稳定，那么可以提高两个数量级。让我们考虑以下的典型使用范围。在保持有限的复杂度和成本的同时，本发明在信号的到达时间或传送时间是基本要素的系统范围内尤为有用例如，这出现在用于雷达信号的接收和发送系统中以及在定位(诸如GPS)或同步系统中。实际上，在这些系统中，表示相关信息的量只是信号的到达时间TOA或传送时间Τ0Τ。在上述系统中，可能需要Ins,或优选地,分数ns量级的时间检测精度。因此，具有等于时钟周期的分辨率的常规数字检测装置应当包括具有Ins或甚至O. Ins的时钟周期的时钟。然而，这将导致有时与该类型装置不兼容的成本和复杂性。得益于本发明的方法，如上所述，检测装置能够确保比时钟分辨率可以好一到两个量级的精度。该装置因此能实现例如通常O. 7-0. 8ns并在某些情况下高达O. Ins的精度，而具有IOns的时钟周期的时钟，这完全能与中低复杂度和成本的时钟兼容。在不背离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员可以用其他功能上等价的元件对上述检测方法和检测系统的实施方式进行一些元件的更换、调整和替代，并同时结合现有技术来进行混合式实施，以满足附加需求。描述为属于一种可能的实施方式的每个特征，均可独立于所述的其他实施方式而获得。同时，应当注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，术语“一个”或“一种”并不排除多个。附图不一定是按照比例的，因为通常重点是对本发明的原理给予说明。
权利要求
1.一种用于通过电子检测装置(I)来检测电信号(V)跨越阈值(S)的阈值跨越瞬间(TOA)的方法，包括 通过时钟信号(CL)限定离散时钟瞬间序列(Tn)，使得所述序列中的两个相继的时钟瞬间在时间上彼此隔开ー个时钟周期(T)； 在属于所述时钟瞬间序列(Tn)的多个采样瞬间(Ts)，以等于所述时钟周期(T)的采样周期(T)对电信号(V)采样； 检测第一采样瞬间(Tsl)和其后相继的第二采样瞬间(Ts2)，使得在所述第一采样瞬间(Tsl)和所述第二采样瞬间(Ts2)中的ー个内，采样信号值具有小于或等于阈值(S)的第一信号值(VI)，以及在所述第一采样瞬间(Tsl)和所述第二采样瞬间(Ts2)中的另ー个内，所述采样信号值具有大于所述阈值的第二信号值(V2)； 基于所述第一信号值(VI)、所述第二信号值(V2)和所述阈值(S)，计算第一时间间隔(At)，其表示所述阈值跨越瞬间(TOA)与所述第一采样瞬间(Tsl)之间的时间间隔； 针对基准标度，设置具有表示所述第一时间间隔(At)的基准振幅(VR)的基准电信号(VR)； 向包括在所述电子检测装置(I)中的比较模块(500)的输入端提供所述基准电信号(VR)； 在相对于属于所述时钟瞬间序列(Tn)的基准瞬间(Tr)延迟了第二时间间隔(A t’)的阈值跨越检测瞬间(TT0A)，由所述比较模块(500)生成阈值跨越检测信号(VT0A)，所述第ニ时间间隔(At’)取决于所述基准振幅(VR)； 以所述第二时间间隔(At’)在长度上大致等于所述第一时间间隔(At)的方式来校准所述基准振幅(VR)的所述基准标度。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述计算第一时间间隔(At)的步骤包括 计算所述阈值(S)与所述第一信号值(Vl)之间的第一差； 计算所述第二信号值(V2)与所述第一信号值(Vl)之间的第二差； 计算所述第一差与所述第二差之间的比值，并将所述比值与所述时钟周期(T)相乘，以获得所述第一时间间隔(At)。
3.根据权利要求I或2之一所述的方法，其中，所述校准步骤包括 向所述比较模块(500)提供测试基准电信号序列； 确定最小测试基准信号振幅，其中，所述比较模块(500)针对所述最小测试基准信号振幅生成与所述基准瞬间(Tr)同步的所述阈值跨越检测信号(VTOA)； 确定最大测试基准检测信号振幅，其中，所述比较模块(500)针对所述最大测试基准检测信号振幅生成相对于所述基准瞬间(Tr)具有等于所述时钟周期(T)的延迟的所述阈值跨越检测信号(VTOA)； 基于所述最大测试基准信号振幅和所述最小测试基准信号振幅来限定所述基准振幅(VR)的所述基准标度。
4.根据权利要求I或2之一所述的方法，其中，所述校准步骤包括 基于最小基准振幅(VRmin)与最大基准振幅(VRmax)之间的基准振幅范围(A VR)来限定所述基准振幅(VR)的所述基准标度； 根据所述时间间隔(At)来计算所述基准振幅(VR)，从而所述基准振幅(VR)与所述最小基准振幅(VRmin)限定了基准差，使得所述基准差与所述基准振幅范围(AVR)之间的比值等于所述第一时间间隔(At)与所述时钟周期(T)之间的比值； 以及其中，所述比较模块(500)被配置用于生成具有与所述基准振幅(VR)线性相关的延迟的所述阈值跨越检测信号(VTOA)。
5.根据权利要求3和4所述的方法，其中， 所述最小基准振幅(VRmin)等于最小测试基准信号振幅； 所述最大基准振幅(VRmax)等于最大测试基准信号振幅； 所述基准振幅的所述基准标度是包括在所述最小基准幅度(VRmin)与所述最大基准振幅(VRmax)之间的线性标度。
6.根据权利要求I或4之一所述的方法，其中，所述生成阈值跨越检测信号(VTOA)的步骤包括 利用所述比较模块(500)生成电比较信号(VC)，所述电比较信号(VC)从比较开始瞬间(Tc)开始以及在长于所述时钟周期(T)的比较周期(ATC)期间，随时间具有线性的演化，以覆盖在等于所述时钟周期(T)的周期内的比较信号范围(AVC)，所述比较信号范围(A VC)与所述基准振幅(VR)的所述基准标度相关； 执行所述基准信号(VR)与所述电比较信号(VC)之间的比较； 基于所述比较，生成所述阈值跨越检测信号(VT0A)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中 所述基准振幅范围(AVR)等于所述比较信号范围(A VC); 所述最小基准振幅(VRmin)等于或大于在所述比较周期(ATC)期间所述比较信号(VC)所采取的最小比较信号值(VCmin)，以及所述最大基准振幅(VRmax)等于或小于在所述比较周期(ATC)期间所述比较信号(VC)所采取的最大比较信号值(VCmax)。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述生成电比较信号(VC)的步骤包括 设置所述比较模块(500 )的比较信号发生电路(550 )，所述比较信号发生电路(550 )被配置用于响应在所述比较开始瞬间(Tc)之前的激活瞬间(Ta)向所述比较信号发生电路(550)的输入端(551)提供的电激活信号(VA)，生成所述电比较信号(VC)； 在所述激活瞬间(Ta)向所述比较信号发生电路(550)的输入端(551)提供所述电激活信号(VA)，从而在所述比较信号发生电路(550)的输出端生成所述电比较信号(VC)；以及其中，所述执行比较的步骤包括 设置所述比较模块(500)的比较器电路(600)； 向所述比较器电路(600)的第一输入端(601)提供所述比较信号(VC)； 向所述比较器电路(600)的第二输入端(602)提供所述基准电信号(VR)； 以及其中，所述生成检测信号的步骤包括 在相对于跨越瞬间(Ti)延迟了标称固定延迟的检测瞬间(TT0A)，利用所述比较器电路(600)生成所述阈值跨越检测信号(VT0A)，其中，所述比较信号(VC)在所述跨越瞬间(Ti)达到与所述基准电信号(VR)的振幅相等的振幅。
9.根据权利要求4或5之一所述的方法，其中，所述计算基准振幅(VR)的步骤包括 计算多个基准振幅(VR)，其每ー个均对应于多个第一时间间隔(At)中的ー个，从而每个基准振幅(VR)和所述最小基准振幅(VRmin)限定了相应的基准差，使得每个基准差与所述基准振幅范围(AVR)之间的比值等于相应的第一时间间隔(At)与所述采样周期(T)之间的比值； 在所述电子检测装置(I)的存储单元(900)中建立对应表，所述对应表包括一对用于所述多个第一时间间隔(At)中的每ー个的对应字段，所述字段对包括第一字段，其包括相应的第一时间间隔值(At)，以及第二字段，其包括所计算的相应基准振幅(VR);通过所述电子检测装置(I)的设置模块(400)来查询所述对应表，以基于所述第一时间间隔(At)来确定所述基准振幅(VR)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中 所述电信号(V)是上升或下降的脉冲或阶跃信号，其具有基本上单调的前沿或后沿，以及还具有峰值(Vmax)； 所述阈值(S)通过包括在0与I之间的乘法參数(f)与所述峰值(Vmax)相关。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述检测步骤还包括 检测所述电信号(V)的所述峰值(Vmax)； 将所述峰值(Vmax)衰减所述乘法參数(f)，以获得与所述阈值(S)对应的阈值电平；对所述电信号(V)引入初始延迟(T0)，以在与所述采样信号值(Vn)比较之前提供所述阈值电平； 将每个所述采样信号值(Vn)与所述阈值电平相比较。
12.—种用于检测电信号(V)跨越阈值(S)的阈值跨越瞬间(TOA)的装置，包括 模数转换模块(100),被配置用于在属于时钟瞬间序列(Tn)的米样瞬间(Ts),以米样周期(T)对所述电信号(V)采样，以及用于向转换模块输出端(102)提供在每个所述采样瞬间(Ts)中均包括采样信号值(Vn)的采样信号值序列(Vn)； 检测模块(200),其具有第一检测模块输入端(201),所述第一检测模块输入端(201)可操作性地连接至所述转换模块输出端(102)，用于接收所述采样信号值序列(Vn);以及第ニ检测模块输入端(202)，其用于接收所述阈值(S);所述检测模块(200)被配置用于检测第一采样瞬间(Tsl)和其后相继的第二采样瞬间(Ts2)，使得在所述第一采样瞬间(Tsl)和所述第二采样瞬间(Ts2)中的ー个内，所述采样信号值具有小于或等于所述阈值(S)的第一信号值(VI)，以及在所述第一采样瞬间(Tsl)和所述第二采样瞬间(Ts2)中的另ー个内，所述采样信号值具有大于所述阈值的第二信号值(V2);所述检测模块(200)还被配置用于输出所述第一信号值(Vl)、所述第二信号值(V2)和所述阈值(S)； 时间间隔计算模块(300)，其可操作性地连接至所述检测模块(200)，用于接收所述第一信号值(VI)、所述第二信号值(V2)和所述阈值(S);所述计算模块(300)被配置用于基于所述第一信号值(VI)、所述第二信号值(V2)和所述阈值(S)来进行计算，并在输出中提供第一时间间隔值(At)，所述第一时间间隔值(At)表示所述阈值跨越瞬间(TOA)与所述第ー采样瞬间(Tsl)之间的时间间隔； 基准电信号设置模块(400)，其可操作性地连接至所述计算模块(300)，用于接收所述第一时间间隔值(A t);所述设置模块(400)被配置用于针对基准标度设置具有表示所述第ー时间间隔值(At)的基准振幅(VR)的基准电信号(VR)； 比较模块(500)，其可操作性地连接至所述设置模块(400)，用于接收所述基准电信号(VR);所述比较模块(500)被配置用于在阈值跨越检测瞬间(TTOA)生成阈值跨越检测信号(VTOA)，所述阈值跨越检测瞬间(TTOA)相对于属于时钟瞬间序列(Tn)的基准瞬间(Tr)延迟了第二时间间隔(At’)，所述第二时间间隔(At’)取决于所述基准振幅(VR)； 校准模块(700)，其可操作性地连接至所述设置模块(400)和所述比较模块(500);所述校准模块(700)被配置用于校准所述基准振幅(VR)的所述基准标度，使得所述第二时间间隔(At’)等于所述第一时间间隔(At); 同步单元(800)，被配置用于生成具有等于采样周期(T)的时钟周期(T)的时钟信号(CL)，以限定时钟瞬间序列(Tn);所述同步単元可操作性地连接至所述转换模块(100)、所述检测模块(200)、所述计算模块(300)、所述设置模块(400)以及所述比较模块(500)，以提供所述时钟信号(CL)。
13.根据权利要求12所述的装置(I)，其中，所述比较模块(500)包括 比较信号发生电路(550)，其具有被配置用于在激活瞬间(Ta)接收电激活信号(VA)的输入端(551);所述比较信号发生电路(550)被配置用于响应所述电激活信号(VA),生成电比较信号(VC)，所述电比较信号(VC)从比较开始瞬间(Tc)开始以及在长于所述时钟周期(T)的比较周期(ATC)期间，随时间具有线性的演化，以覆盖在等于所述时钟周期(T)的时间周期内的比较信号范围(AVC);所述比较信号范围(AVC)与所述基准振幅(VR)的所述基准标度相关； 比较器电路(600)，其具有第一比较器电路输入端(601)，所述第一比较器电路输入端(601)可操作性地连接至所述比较信号发生电路(550)，用于接收所述比较信号(VC)，以及第二比较器电路输入端(602)，所述第二比较器电路输入端(602)可操作性地连接至所述设置模块(400 )，用于接收所述电基准信号(VR);所述比较器电路被配置用于在比较器输出信号瞬间(TTOA)提供比较器输出信号(VT0A),所述比较器输出信号瞬间(TTOA)以标称固定延迟相对于跨越瞬间(Ti)同步，其中，所述比较信号(VC)在所述跨越瞬间(Ti)达到与电基准"[目号(VR)的振幅相等的振幅。
14.根据权利要求12所述的装置(1)，还包括被配置用于存储对应表的存储单元(900)，所述对应表包括一对用于多个时间间隔(At)中的每ー个的对应字段，所述字段对包括第一字段，其包括相应的时间间隔值(At)，以及第二字段，其包括相应的计算出的基准振幅(VR);所述存储単元(900)可操作性地连接至所述设置模块(400)，用于接收时间间隔值(△ t)，以及用于提供所述相应基准幅度(VR)，所述相应基准幅度(VR)存储在在所述第一字段中包括所述接收的时间间隔值(At)的一对字段的所述第二字段中； 以及其中，所述校准模块(700)还被配置用于为所述对应表的每个所述基准振幅(VR)计算更新后的基准振幅，且可操作性地连接至所述存储単元(900 )，用于将所述更新后的基准振幅存储到所述存储単元(900)的所述对应表中。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置(I)，还包括阈值计算模块(150)，被配置用于检测所述电信号的峰值(Vmax)，以及用于将所述峰值衰减乘法參数(f)，以获得阈值(S);所述阈值计算模块(150)可操作性地连接至所述转换模块(100)，用于接收电信号(V)的采样信号值序列(Vn)，以及连接至所述检测模块(200)，用于提供所述阈值(S)。
全文摘要
本发明涉及具有高时间精度的用信号检测阈值跨越瞬间的方法。该方法包括由时钟信号限定离散时钟瞬间序列，使两个相继时钟瞬间在时间上隔开一个时钟周期；在多个采样瞬间以采样周期对电信号采样；检测第一和第二采样瞬间，使得在它们中的一个内采样信号值具有第一信号值，在它们中的另一个内采样信号值具有第二信号值；基于第一信号值、第二信号值和阈值计算第一时间间隔；针对基准标度设置基准电信号；提供基准信号作为比较模块的输入信号，该模块被配置为生成具有延迟的信号；在阈值跨越检测瞬间通过比较模块生成阈值跨越检测信号，第二时间间隔取决于基准振幅；校准基准振幅的基准标度，使得第二时间间隔长度上大致等于第一时间间隔。
文档编号G01R29/027GK102818940SQ20121018547
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月6日 优先权日2011年6月6日
发明者毛里齐奥·卡斯蒂 申请人:泰利斯意大利股份公司