专利名称：用于精确数字测定信号脉冲序列的时间或相位位置的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于精确数字测定信号脉冲序列相对于某固定时间或参考频率的时间或相位位置的方法和装置。测量时，本发明的装置可给出相应于某一时间的测量值的相应的数字，并在其输出端直接给出所说的测量值。
在已有技术中，主要有两种测定信号脉冲序列的时间或相位位置的方法，它们分别是零交叉测时法和复合矢量法。
使用零交叉法时，是通过在脉冲序列发生符号变化的那些时刻，用参考分频器链记录它们的位置，从而获得所需的时间信息。
采用这种方法所获得的时间分辨率，仅仅是产生在参考分频器链输入端的最高参考频率信号的一个周期。例如，若要测定重复频率为1兆赫、分辨率为1度的脉冲序列的相位位置，就必须在分频器链的输入端施加频率为360兆赫的信号。因此，即使对于具有中等分辨率的低频脉冲序列，也需要使用动作非常快的逻辑组件来测定其相位。
使用复合矢量法时，若所需的信息包含在脉冲序列的正弦基频分量中，则需通过平衡混频器分析正、余弦参考频率的相关性，从而滤出这个正弦分量并把其分解成两个正交分量。因此，为了测定相位，接下来需要对这两个结果进行数字化处理，并用计算机计算它们之比的反正切。
上述第一种方法存在的问题是，即使在进行相对简单的相位测量时，也需要使用非常高级的逻辑组件。
上述第二种方法存在的问题是，由于模拟相关器自身的不完善，使该方法的使用受到很大的限制，而且，该方法还需要在计算机中计算反正切，从而大大增加了该方法的复杂性。
本发明的装置的特征在于权利要求所述的那些创造性特点和对上述问题的解决。本发明的装置的特征还在于，在使用时，是将脉冲序列提供至脉冲形成器(限制器)，后者给出传号/空号比约为50/50的方波;该方波和N个(比如说，4个)参考频率方波信号一起提供给N个异或电路，这些参考信号在时间上依次相差N分之一个周期;或是从高频开始对所说的频率向下进行分频，或是使用延迟线，都能得到所需的依次的时间差，至于采用这些方法中的哪一个，是不重要的;用比较电路对异或电路给出的N个输出信号的传号/空号比进行相互比较，以确定信号相位位于N个相位区中的哪一个;随后，选择脉冲传号/空号比最接近50/50的信号，通过低通滤波器滤波，并通过模数转换器进行数字化处理以形成二进制码，该二进制码给出在已确定的相位区内的更精细的相位信息。本发明的装置所具有的超过已有技术的优点是，它能够以比参考时钟所可能达到的最高频率的一个周期更大的精确度来测量或测定时间，同时，无需配置特别高速的逻辑组件就能够提高该装置的工作频率，而且，参考时钟频率可以不与被测脉冲序列的频率精确相应。
一种精确数字测定电信系统中信号脉冲序列的时间或相位位置的方法，其特征在于对信号(WT)进行脉冲形成以形成方波脉冲序列;将该脉冲序列与多个相互有时间偏移的方波参考信号(RCL0-RCL3)进行比较，以便根据所说的比较结果形成新信号(MS0-MS3);通过所谓的比较最大值中的最小值(MINofMAX)的运算对所说的各新信号进行相互比较;对其脉冲传号/空号比最接近预定脉冲传号/空号比的信号进行模/数转换，以把所说的数字形式信号转换成二进制码，所说的转换是结合在所说的模数转换前从所说的信号中选取的数字(B1-B3)一起进行的;通过添加或扣除预定的数字序列的方式，所说的二进制码能够对由脉冲序列的取样频率和/或参考频率和该频率之间的频率差所导致的系统误差进行修正。
下面，参考本发明的实施例和附图，对本发明的装置进行更详细的描述。
图1示出的是信号的脉冲形成和时间偏移。
图2示出的是在异或电路的输出端脉冲传号/空号比(占空比)的变化。
图3示出了本发明的比较电路的示意图。
图4示出了本发明的装置的方框图。
正如图1所明显示出的那样，模拟形式的脉冲序列WT提供至限制器L的输入端，由限制器形成脉冲型信号，以便在限制器的输出端产生脉冲传号/空号比为50/50的方波。该方波提供给N个异或门的每一个的第一输入端，在这一实施例中为4个门，其参考标记分别为OR0-OR3。参考时钟信号RCL0-RCL3提供至所说每一个门的第二输入端。各参考时钟信号均为方波信号，而且在时间上依次相差1/N个周期。正如图2所明显示出的那样，每一个异或门的输出信号均为方波信号MS0-MS3中的一个，且其频率为相应门的输入信号频率的两倍，其传号/空号比取决于该异或门的两个输入信号的相互间的时间。该图示出了由各异或门OR0-OR3输出的信号MS0-MS3的传号/空号比的变化，该变化是脉冲序列计时与参考时钟计时间关系的函数。
由于尚不能明确确定包含该相位的180度的范围，所以要从一个信号异或门的输出信号中获得两个输入信号间的时间，尚有一些不确定的因素。但是，通过对多个异或门的输出信号进行比较，可以解决这个问题。例如在这一实施例中，N＝4，因而能够立刻确定出在参考时钟计时周期的哪八分之一周期中发生有输入信号的转变。这是通过下述的比较最大值中的最小值(MINofMAX)的运算，对各门OR0-OR3的输出信号的传号/空号比进行比较来实现的。
表1若MS0＞MS2，则取B1＝0，否则，取B1＝1;
若MS1＞MS3，则取B2＝0，否则，取B2＝1;
若MAX(MS0，MS2)＞MAX(MS1，MS3)，则取B3＝0，否则，取B3＝1。在通过适当的代码转换把格雷码转换为二进制码或其它输出信号码之后，在所需时间测量过程中，B1、B2、B3确定着三个最高有效位。
在信号的零交叉计时所在的八分园内，三位数位B1、B2、B3与该八分园1∶1相对应。
借助如图3所示的这种NPN和PNP射极跟随器的组合电路能够实现上述所谓的比较最大值中的最小值的运算，尽管借助比较电路(比较器)、开关和逻辑电路也能够实现上述的运算。因此，图3示出了一种根据表1确定有效测量值的三个最高有效位的方法。
在测量时，为了能够确定三个最低有效位LSB，需要更加精确地确定在异或门OR0-OR3中的至少一个门输出的输出信号的传号/空号比。实际上，选择其信号传号/空号比尽可能接近50/50的门是有益处的，因为这种脉冲形式对于由慢速逻辑硬件的有限上升时间所导致的失真不太敏感。在这种情况下，根据上述方法而确定的三个最高有效位B1、B2、B3可以用来选择具有这种特性的、可进行更精细分析的脉冲，该脉冲是在进行比较最大值中的最小值的运算后得到的脉冲。
正如图4所示，对传号/空号比的更精细的测量，是利用低通滤波器LP0-LP3获取信号的平均值，然后利用模/数转换器AD进行模数转换来实现的。在应用于高速运行的情况下，可以使用，比如说，“FLASH”型这样的4位模数转换器。各低通滤波器的输入端与相应的异或电路OR0-OR3的输出端相连。滤波器的输出端与比较电路CO的输入端相连接，并与多路调制器M的输入端相连接。比较电路的输出，即最高有效位B1、B2、B3，提供至多路调制器M的输入端，以控制对脉冲传号/空号比最接近于50/50的异或门输出信号(MS0-MS3)的选择。最高有效位的值还提供至代码转换器CC的输入端。代码转换器可以由分立的逻辑门构成，亦可以由ROM存储器中的查找表构成。该存储器地址包括三个数位B1、B2、B3和用于所说模/数转换结果的数位(第四位或更多的位)。存储器的内容包括与每一可能的输入位阵形式相对应的所需的输出码。多路调制器输出的信号提供给所说模/数转换器AD的输入端，模/数转换器的输出端与所说代码转换器CC相应的输入端相连，而代码转换器的输出为二进制代码信号。当四位模/数转换器以这种方式与三个最高有效位B1、B2、B3相结合时，在相位测量过程中能够得到7个数位的精度。因此，无需采用高于1兆赫的参考时钟频率，就能够以1/128微秒(8毫微秒)的时间分辨率测定重复频率为1兆赫的脉冲序列的运行时间。
如果需要用常规的二进制码给出时间测量的结果，三个最高有效位需要由格雷码转换成二进制码，而且需要在交变八分园(alternatingoctanes)内补足三个最低有效位LSB。这一工作可以通过常规的逻辑运算、查存储表或软件来实现。
对于脉冲序列的预计频率和参考计时频率之间的任何差异，二进制代码输出将有助予输出值的修正。若假设脉冲序列的预计正常频率为1000003赫兹，而所用的参考计时频率恰好为1000000赫兹。为简单起见，假设测量精度为7个数位，每秒测量128次。那么，在修正前，二进制数值的序列将有如下的排列……59，62，65……，122，125，0，3，6，9……这表明由于所说的频率差为3，所以每步增量为3，模为128。若采用其内容在每次采样时增量为3，模为128的7位外存储器，则能够对其加以修正，即在输出信号输出之前，从测量值中将这个值扣除掉。
当采样周期与参考时钟偏置之间的关系更为复杂时，亦可以采用类似的技术进行处理，该技术包括，比如说，在存储器中存储整个周期的修正值，或是增加具有部分参数的存储器的字长。
这表明，能够使用已物化在逻辑软件或硬件中的算术运算来补偿脉冲序列的测量频率(取样率)、参考时钟和中频之间的非整数关系。
正如上面已明显示出的那样，本发明的装置无需使用非常高速的逻辑组件，就能够有效的提高所获得的测量精度。
权利要求
1.一种用于精确数字测定在电信系统中的信号脉冲序列的时间或相位位置的方法，其特征在于对信号(WT)进行脉冲形成以形成方波脉冲序列，将该脉冲序列与多个相互有时间偏移的方波参考信号(RCL0-RCL3)进行比较，以便由所说的比较结果形成新信号(MS0-MS3)；通过所谓的比较最大值中的最小值运算对所说的各新信号进行相互比较；对脉冲传号/空号比最接近于预定脉冲传号/空号比的信号进行模/数转换，以便把所说的数字形式信号转换成二进制码，所说的转换是结合在所说的模/数转换前从所说的信号中选取的数字(B1-B3)一起进行的；通过添加或扣除预定的数字序列的方式，所说的二进制码能够对由脉冲序列的取样频率和/或参考频率和该频率之间的频率差所导致的系统误差进行修正。
2.一种采用如权利要求1所述方法精确数字测定电信系统中的信号脉冲序列的时间或相位位置的装置，其特征在于将信号(WT)提供给用于脉冲形成的限制器(L)的输入端;所得到的方波形脉冲序列由限制器的输出端传输给多个异或门(OR0-OR3)的第一输入端，参考时钟信号(RCL0-RCL3)提供至每一个门的第二输入端，所说时钟信号彼此之间在时间上依次有偏移，各门电路的每一输出端产生具有一定频率和一定传号/空号比的输出信号，所说的脉冲传号/空号比随所说的第一和第二输入端的输入信号之比的不同而不同;从所说的门电路(OR0-OR3)输出的信号(MS0-MS3)提供至多路调制器(M)和比较电路(CO)的输入端，在该比较电路中进行比较最大值中的最小值(MIN of MAX)的运算;比较各输出信号(MS0-MS3)的脉冲传号/空号比;随后，所说输出信号中其脉冲传号/空号比最接近预定脉冲传号/空号比的信号，从所说脉冲序列的输出端，通过所说的多路调制器(M)，提供至模/数转换器(AD)的输入端，并且还以数字形式提供至代码转换器(CC)的第一输入端;代码转换器的第二输入端接收由在所说的模/数转换前的脉冲序列确定的信号数位(B1-B3);从代码转换器的第一和第二输入端输入的信号将转换成二进制形式，并由转换器的输出端输出。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所说的已确定的信号数位(B1-B3)构成该脉冲序列的三个最高有效位。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于所说的预定脉冲传号/空号比的值为50/50。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于当具有参考频率的信号的总数为N时，所说的各参考频率信号间的时间偏移为N分之一个计时周期。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于为了更精确地测定所说的脉冲传号/空号比，门电路(OR0-OR3)的输出端与相应的低通滤波器(LP0-LP3)的输入端相连，而滤波器的输出端再与比较电路(CO)和多路调制器(M)的输入端相连。
全文摘要
在多个异或门(OR0-OR3)中将脉冲序列与多个在时间上有相互偏移的参考时钟信号(RCLO-RCL3)进行比较，各门的输出信号(MS0-MS3)送入比较电路(CO)以比较各信号的脉冲传号/空号比，由转换器(AD)对所选出的信号进行模数转换，由代码转换器(CC)对该数字形式的脉冲序列和三个最高有效数位进行代码转换。通过添加或扣除预定的数字序列，所给出的二进制码能够对由脉冲序列的取样频率和/或参考频率和该频率之间的频率差所导致的系统偏差进行修正。
文档编号G01R25/00GK1046607SQ9010246
公开日1990年10月31日 申请日期1990年4月20日 优先权日1989年4月20日
发明者保罗·威尔金森·登特 申请人:艾利森电话股份有限公司