专利名称：时间间隔数字量化的事件计数器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于高重复频率卫星激光测距的时间间隔数字量化的事件计数器。 具体地说，通过应用数字化时间间隔测量芯片、高速比较器输入电路、高速数字计数器电路、高速数字接口电路和准确的脉冲产生器电路，构建能够测量事件发生时刻的设备；可广泛应用于卫星激光测距、空间碎片测定、精密的时间事件和时间间隔的测量等领域。
背景技术：
为了测出地面到卫星之间的距离，通过采样测量激光脉冲在地面到卫星之间飞行的往返时间间隔的方法来完成。所测的间隔乘以光速的一半就是地面上该点到卫星这一时刻的距离。对于不同距离的卫星，这一时间间隔一般在几个毫秒到几百毫秒之间；若要测量到月球的距离，这一间隔达到几秒。由于空间目标(卫星等)在不断地运动，测量必须连续地进行。传统的方法是用采样时间间隔计数器来记录激光飞行的间隔时间，必须测量完成一个距离后，才能进行下个距离的测量。也就是说，如果测量月球，最快的重复测量速率也只能几秒钟测一次，对一般卫星，大约为每秒5次测量左右。随着技术水平的提高，激光脉冲的发射速率已经达到每秒几千次，这种时间间隔测量方式已不能满足要求，必须使用事件型计数器完成这种高重复频率的测量。目前，进行这种测量的计数器多使用时间间隔计数器类似的技术，用模拟电路的方法来放大测量时间标度。因此它在每次事件测量后都需要处理数据才能输出结果，有一定时间延迟，难以进一步提高测量频率。此外，测量精度也是一项非常重要的指标，随着科学研究的进一步深入，对测量的精度要求到了毫米级，相应的时间测量分辨率要求达到微微秒(ps)级，这也是目前模拟技术难以达到的。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供双独立通道的高分辨率、高数据率、高事件重复率和高精度脉冲事件发生率的计数器；应用完全数字技术将其小型化和集成化，满足千赫兹重复频率的卫星激光测距的要求，也可以应用在原子谱线测量等高频高精度时间事件记录场合。 事件计数器的功能就是提供每个触发事件发生的时刻值，原理如图1所示，系统中有一个由100MHz时钟参考信号产生的稳定运行的系统时间。如在02:30:00 02:30:01这段时间内发生了 2个事件E工和E2，将这段时间放大。对于事件E"由于我们已经知道每个100MHz参考信号上升沿的时刻值，即tM+2的时刻已知，那么一段通过某种方式得到AI\，则事件E1的时刻值可以表示为
Ei = tM+2_ A I\ 依次类推事件E2的时刻值可以表示为
E2 = tM+n+2_ A Tn
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本发明设计的事件计数器组成框图如图2所示。事件输入后，经过高速的比较电 路1，与预先通过阈值和极性调节单元7产生的信号比较，产生触发信号。然后该信号分为 两路，一路送到小数脉冲产生单元5，在通过时间_数字转换器8测量信号与100MHz时钟的 时间间隔；另外一路送到时钟(整数周期计数器)6得到时钟的整数周期值。整个过程受嵌 入式CPU处理器4控制，并将以上数据综合后经数据接口 IO输出。其中10MHz精密时钟源 10，经过100MHz锁相环单元3倍频后产生系统时钟参考源。同时还提供可编程信号发生器 9，产生随机的事件，用于系统的测试。
本发明有以下特点 1.事件脉冲输入经过高速比较器整形，可以通过该电路保证波形完整，选择输入
信号的极性、阈值、阻抗。 2.双独立通道测量方式 3.具备精密的时钟源保证计数器系统频率的稳定性和准确性。
4.所有设置、控制均在嵌入式CPU的软件操作下运行。
5.具备随机事件发生装置，供系统测试使用。
图1-时间间隔数字量化的事件计数器工作原理2_本发明组成框图；其中l-高速比较器输入电路2-10MHz精密时钟源3-100MHz锁相输出4-嵌入式CPU控制器5-小数脉冲产生电路6-整数时钟记录电路7_输入电平比较阀值、触发边沿比较电路8_时间数字转换单元9-可编程事件脉冲发生器(用于测试系统)io-数据输出接口电路
具体实施例方式
下面结合附图2说明本发明的具体实施方式
。
1.高速比较器输入电路由专用比较电路芯片实现。 2. 10MHz精密时钟源采用压控恒温精密振荡器或铷原子时钟实现。 3.嵌入式CPU控制器采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)嵌入式软核CPU实现。 4.小数脉冲产生电路、整数脉冲记录电路、可编程事件脉冲发生器、数据输出接口
电路基于VHDL语言的现场可编程逻辑阵列(FPGA)电路实现。 5.时间数字转换单元采用时间数字 换芯片TDC(TimeDigitalConverter)芯片 实现。
权利要求
一种时间间隔数字量化的事件计数器，其特征在于由高速比较器输入电路、集成的时间到数字转换器、精密的事件发生器组成。
2. 按权利要求1所述的一种时间数字量化型事件计数器，其特征在于嵌入微电脑由现场可编程逻辑阵列(FPGA)产生。
3. 按权利要求1所述的一种时间数字量化型事件计数器，其特征在于高速数字逻辑电路由现场可编程逻辑阵列(FPGA)产生。
4. 按权利要求1所述的一种时间数字量化型事件计数器，其特征在于时间到数字转换器由集成时间数字转换器芯片(TDC)产生。
全文摘要
一种应用于高重复频率卫星激光测距的时间间隔数字量化的事件计数器。由应用数字化时间间隔测量芯片、高速比较器输入电路、高速数字计数器电路、高速数字接口电路和准确的脉冲产生器电路，构建能够测量事件发生时刻的设备；可广泛应用于卫星激光测距、空间碎片测定、精密的时间事件和时间间隔的测量等领域。
文档编号G04F10/00GK101727068SQ20091027322
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者夏界宁, 朱威, 李欣, 王培源, 谭业春, 邹彤, 郭唐永 申请人:中国地震局地震研究所