专利名称：一种ns级时间间隔测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及时间测量技术领域，尤其涉及到ns级时间间隔测量。
背景技术：
时间间隔测量技术具有非常重要的作用，在脉冲雷达测距、雷达PRI测量、雷达信号分选识别、无源时差定位以及卫星导航灯领域都有广泛的应用，受到应用领域工程技术人员的关注，如何提高时间间隔测量的精确度是广大工程技术人员和计量测试技术研究人员努力的方向和动力。目前国内外比较成熟的时间间隔测量方法主要有电子计数法、模拟内插法、延迟线内插法、游标法。其中，后三种方法都以电子计数法为基础，是电子计数法的延伸。用电子计数法实现时间间隔Tx测量时，T1和T2与量化时钟的关系及待测脉冲时间间隔Tx为Tx= (N-M) XT0+ T「T2(I)其中，Ttl为量化时钟周期，(N-M)为待测脉冲时间间隔Tx内量化时钟的脉冲数目。电子计数法具有以下特点a.测量范围广，容易实现，且能够进行实时处理。b.存在时标误差与原理误差，限制了其测量精度。比较分析其它三种时间间隔测量方法，其总体思路都是对T1和T2进行扩展之后，重新计数。其中，模拟内插法是对T1和T2进行k倍扩展之后，采用时钟再次进行计数；延迟线内插法的本质是采用多个延迟单元对TJPT2进行计数；游标法是利用主副时钟的频率差值得到一个扩展系数。它们都是在电子计数法基础上发展起来的，若要获得较高的测量精 确度，必须提高量化时钟的频率，对实际电路工艺的要求高，付出的代价大，难以实现等问题。
发明内容本实用新型要解决的技术问题提供一种ns级时间间隔测量装置，以解决利用电子计数法为基础的时间间隔测量如果要获得较高的测量精确度，必须提高量化时钟频率对实际电路工艺要求高，付出的代价大，难以实现等问题。本实用新型的技术方案一种ns级时间间隔测量装置，它包括电源单元，为充放电单元提供电源，对充放电单元进行充电，与充放电单元导线连接;输入单元，接收输入信号，完成输入信号的整形处理，保证待测脉冲的真实性，提取待测时间间隔信息，同时隔离前后级电路，与输入脉冲信号和充放电单元导线连接；充放电单元，在输入单元和控制单元的控制下，完成充放电过程，与控制单元和输出单元导线连接；控制单元，完成充电启动信号、充电时间长度控制信号和采样保持控制信号的产生，与输入信号和输出单元导线连接；输出单元，输出单元隔离充放电单元与后级电路，使之不影响充放电单元充电过渡过程，使充电电压真实地反映时间间隔携带的时间信息，提供电压放大倍率，将充电电压放大k倍，从而降低后级模数转换器的转换位数。充放电单元包含电容、电阻和隔离二极管，电源单元输出端接开关A输入端，开关B与电阻串联后，并联在开关A的输出端与电源单元的输入端，电容并联在开关A的输出端与电源单元的输入端，隔离二极管的输入端接到开关A的输出端，其输出端接下一级电路。控制单元包含同步信号获取电路，同步信号获取电路的输出端接整形延时放大电路的输入端，整形延时放大电路的输出端接采样控制信号产生电路的输入端和启动控制信号产生电路与充电时间控制电路的输入端。输出单元包括隔离放大器和采样保持器，隔离放大器输出端接采样保持器输入端。本实用新型的有益效果本实用新型中，若待测量是前后两个脉冲之间的时间间隔，将所述前一脉冲前沿作为起始触发，接通开关A，启动电源单元给电容充电，当所述后一脉冲前沿到来时，断开开关A，电源单元停止给电容充电，电容上的电压保持一段时间后，接通开关B，电容通过电阻快速放电，放尽电容上的电量，为下次测量做好准备，等待下一个测量周期。若待测量是一个脉冲前沿和后沿之间的时间间隔，将所述脉冲前沿作为起始触发，接通开关A，启动电源单元给电容充电，当所述脉冲后沿到来时，断开开关A，电源单元停止给电容充电，电容上的电压保持一段时间后，接通开关B，电容通过电阻快速放电，放尽电容上的电量，为下次测量做好准备，等待下一个测量周期。为了测量低重复频率甚至单脉冲信号的脉冲宽度，保证每次测量时起始电压一样，必须随时给电容充电。所述时间控制电路经过巧妙设计，能够随时充电，做好测量的准备，能够实现单脉冲信号的测量。本实用新型的优点采用常温环氧灌封工艺，封装形式是20引脚双列直插结构，引脚间距是5. 08mm,外形尺寸是53_X40_X8_。可实现单脉冲时间测量或低重复频率的脉冲时间测量。适用于5niTlmS时间间隔测量及单脉冲和连续脉冲频率IOOkHz的时间脉冲间隔的测量，分辨力优于lOOps，正好弥补了电子计数法在小时间测量的不足。在电路中没有高频信号，电路工艺和元器件的要求不高，易于实现。能满足通信、雷达、卫星及导航定位等领域中时间计量检测仪器仪表、继电器和连接器等生产检测与质量检验的要求，具有良好的应用前景。本实用新型解决了利用电子计数法为基础的时间间隔测量如果要获得较高的测量精确度，必须提高量化时钟频率对实际电路工艺要求高，付出的代价大，难以实现等问题。
图I为本实用新型的电路原理组成框图；图2为本实用新型时间间隔测量等效原理图；图3为本实用新型控制单元原理框图；图4为本实用新型输出单元原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明 见附图I和2，一种ns级时间间隔测量装置，它包括电源单元1，为充放电单元3提供电源，对充放电单元3进行充电，与充放电单元3通过导线连接，电源单元(I)采用恒流源；输入单元2，接收输入脉冲信号，完成输入脉冲的整形处理，保证待测脉冲的真实性，提取待测时间间隔信息，同时隔离前后级电路，与输入脉冲信号和充放电单元3导线连接;充放电单元3，在输入单元2和控制单元4的控制下，完成充放电过程，与控制单元4和输出单元5导线连接； 控制单元4，完成充电启动信号、充电时间长度控制信号和采样保持控制信号的产生，与输入脉冲信号和输出单元(5)导线连接；输出单元5，输出单元5隔离充放电单元3与后级电路使之不影响充放电单元3充电过渡过程，使充电电压真实地反映时间间隔携带时间信息，提供电压放大倍率，将充电电压放大k倍，从而降低后级模数转换器的转换位数，在同等输入下提高测量灵敏度。充放电单元3包含电容6、电阻7和隔离二极管8，电源单元I输出端接开关A9输入端，开关BlO与电阻7串联后，并联在开关A9的输出端与电源单元I的输入端上，电容6并联在开关A9的输出端与电源单元I的输入端，隔离二极管8的输入端接到开关A9的输出端，其输出端接下一级电路。控制单元4包含(见图3)同步信号获取电路11、整形延时放大电路12、采样控制信号产生电路13和启动控制信号产生电路与充电时间控制电路14。输出单元5包括隔离放大器15和采样保持器16 (见图4)，其作用是隔离充放电单元3与后级电路；隔离放大器15主要有两方面作用，一个是隔离电容与后级电路，使后级电路的介入不会影响到电容的充电过程，即不影响电容充电过渡过程，使充电电压真实地反映时间间隔携带时间信息，另一个作用是在需要时提供一定的电压放大倍率，将充电电压放大k倍，从而降低后级模数转换器的转换位数，可以降低成本，在同等输入下提高测量灵敏度，隔离放大器输入端接收电容器上电压信号，米样保持器输出信号为直流电压输出信号。时间间隔的测量，可以选择电容6充电过程或放电过程来进行，如选择电容6充电过程为有效测量过程，则电容6放电过程为准备过程；反之，如选择电容6放电过程为有效测量过程，则电容6充电过程为准备过程；本实用新型采用后一种方式测量时间间隔。如图2，若待测量是前后两个脉冲之间的时间间隔，将所述前一脉冲前沿作为起始触发，接通开关A9，启动电源单元I给电容6充电，当所述后一脉冲前沿到来时，断开开关A9，电源单元I停止给电容6充电，电容6上的电压保持一段时间后，保持时间可根据后级电路实际情况进行设计，一般情况下在IOms可满足要求，接通开关B10，电容6通过电阻7快速放电，放尽电容6上的电量，为下次测量做好准备，等待下一个测量周期。若待测量是一个脉冲前沿和后沿之间的时间间隔，将所述脉冲前沿作为起始触发，接通开关A9，启动电源单元I给电容6充电，当所述脉冲后沿到来时，断开开关A9，电源单元I停止给电容6充电，电容6上的电压保持一段时间后，接通开关B10，电容6通过电阻7快速放电，放尽电容6上的电量，为下次测量做好准备，等待下一个测量周期。设放电时间电容为Ct，放电支路电阻为Rt，Ct上的电压为V。，则根据电容放电暂态电压与放电时间的关系，推导出本实用新型中待测时间间隔Tx为Tx= τ In {[Vc-Vc( 00 )]/ [Vc (0+) -Vc( 00 ) ]}(2)式(2)中，τ =RtCt,放电电路时间常数，Rt为放电等效电阻，Ct为放电等效电容，vc( )为电容放电结束电压，VjO+)为电容初始电压，即充电电源电压。常见的电容充放电路由电容和电阻构成，在本实用新型中，一方面是要完成放电功能，通过精确测量电容上的电压，计算出充放电时间，从而实现通过测量直流电压的方法测量时间间隔；另一方面，为了保证在放电过程中和放电过程完成后的一段时间内不受其它电路的影响，特别是进行不需要的充电，本实用新型使用了极低漏电流的高速二极管来隔离前级和充电电路的不良影响，巧妙地将有效测量过程、充放电准备过程、充放电相互切换以及高隔离要求结合在简单的电路结构中。控制单元4 (见图3)电路完成充电启动控制信号和充电时间长度控制信号、采样保持控制信号的产生，为了准确可靠地产生启动信号和时间长度控制信号，由同步信号获取电路11对输入信号进行同步取样，为了快速准确地捕捉到输入脉冲的前沿，放电支路用了一只二极管来完成电容的放电，即当输入脉冲到来时快速达到晶体管的饱和状态，及时同步到输入信号，经过时间放大延迟后，取脉冲后沿为同步点，随后以此为同步时间开始延迟放大输入时间信号。所述同步信号获取电路对时间放大、延迟等的要求不高，普通器件即可满足要求。采样控制信号产生电路13，在同步时间延迟放大后，经过整形处理，适时产生时间电压采样控制信号，送采样保持电路控制采样。采样控制信号产生电路13对于脉冲宽度、上升沿和下降沿均没有高的要求，可以根据实际选用的器件技术指标来调定。启动控制信号产生电路与充电时间控制电路，在采样结束后，说明一个转换测量周期结束，应该进行时间电容的能量补充，为下一个测量周期做好准备，启动控制信号的前沿选用在采样控制信号的后沿。由于低重复频率甚至单脉冲信号，脉冲间歇时间长，而时间电容上存贮的电量总会损失，间歇时间越长损失越多，即电容初始电压越低，因此，为了测量低重复频率甚至单脉冲信号的脉冲宽度，保证每次测量时起始电压一样，必须随时给电容充电。所述时间控制电路经过巧妙设计，能够随时充电，做好测量的准备，能够实现单脉冲信号的测量。本实用新型解决了利用电子计数法为基础的时间间隔测量如果要获得较高的测量精确度，必须提高量化时钟频率对实际电路工艺要求高，付出的代价大，难以实现等问题。
权利要求1.ー种ns级时间间隔测量装置，其特征在于它包括 电源单元(I)，为充放电单元(3 )提供电源，对充放电单元(3 )进行充电，与充放电单元(3)导线连接； 输入单元(2)，接收输入信号，完成输入信号的整形处理，保证待测脉冲的真实性，提取待测时间间隔信息，同时隔离前后级电路，与输入脉冲信号和充放电単元(3)导线连接； 充放电单元(3)，在输入单元(2)和控制单元(4)的控制下，完成充放电过程，与控制单元(4)和输出单元(5)导线连接； 控制单元(4)，完成充电启动信号、充电时间长度控制信号和采样保持控制信号的产生，与输入信号和输出单元(5)导线连接； 输出单元(5)，输出单元(5)隔离充放电单元(3)与后级电路，使之不影响充放电単元(3)充电过渡过程，使充电电压真实地反映时间间隔携带的时间信息，提供电压放大倍率，将充电电压放大k倍，从而降低后级模数转换器的转换位数。
2.根据权利要求I所述的ー种ns级时间间隔测量装置，其特征在于充放电単元(3)包含电容(6)、电阻(7)和隔离ニ极管(8)，电源单元(I)输出端接开关A (9)输入端，开关B (10)与电阻(7)串联后，并联在开关A (9)的输出端与电源单元(I)的输入端，电容(6)并联在开关A (9)的输出端与电源单元(I)的输入端，隔离ニ极管(8)的输入端接到开关A(9)的输出端，其输出端接下ー级电路。
3.根据权利要求I所述的ー种ns级时间间隔测量装置，其特征在于控制单元(4)包含同步信号获取电路(11 )，同步信号获取电路(11)的输出端接整形延时放大电路(12 )的输入端，整形延时放大电路(12)的输出端接采样控制信号产生电路(13)的输入端和启动控制信号产生电路与充电时间控制电路(14)的输入端。
4.根据权利要求I所述的ー种ns级时间间隔测量装置，其特征在于输出单元(5)包括隔离放大器(15)和采样保持器(16)，隔离放大器(15)输出端接采样保持器(16)输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种ns级时间间隔测量装置，它包括电源单元(1)、输入单元(2)、充放电单元(3)、控制单元(4)和输出单元(5)，解决了利用电子计数法为基础的时间间隔测量如果要获得较高的测量精确度，必须提高量化时钟频率对实际电路工艺要求高，付出的代价大，难以实现等问题。
文档编号G04F10/04GK202372798SQ20112045361
公开日2012年8月8日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者李光灿 申请人:贵州航天计量测试技术研究所