专利名称：多通道高精度同步测频装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子与信息技术领域，涉及一种多通道高精度同步测频装置。
背景技术：
高精度多路频率测量方式广泛用于计量、科研、教学、航空航天、工业控制、军事等 诸多领域。以往的测频方式，多采用硬件模拟电路，通过比较待测信号与标准信号过零点时 间差的方式获取待测信号的频率，这种方式依赖于模拟电路的实现精度，然而在实际的应 用过程中由于电路本身的干扰和来自外界的各种噪声将严重影响系统频率测量的精度，因 此在对测频精度要求较高的今天，这种基于模拟测试电路的方式显然不能满足应用。随着 数字电路的发展，在测频领域提出了用专用的ASIC芯片进行测量的方式，这种方法测频的 精度比较高，然而在进行多路信号的同步测量时却因为其设计因素很难做到同步测量，且 用户不能直接进行控制，需要另加微处理芯片才可以进行。
发明内容本实用新型的目的是提供一种多通道高精度同步测频装置，解决了现有技术中在 进行多路信号的同步测量时却因为其设计因素很难做到同步测量，且用户不能直接进行控 制，需要另加微处理芯片才可以进行的问题。 本实用新型所采用的技术方案是，一种多通道高精度同步测频装置，包括输入部 分、控制部分及输出部分， 所述的控制部分的主体由FPGA和测量时基电路构成，FPGA中包括有内嵌的DSP、
内嵌的MicroBlaze、频率同步采集逻辑、时钟相位同步采集控制逻辑以及通讯接口连接组
成，测量时基电路由GPS同步时钟和晶振构成，晶振通过存储模块与电源模块连接； 所述的输入部分包括同时采集输入的频率信号和温度信号，频率信号直接与内嵌
DSP连接，温度信号通过AD转换器与控制部分的FPGA连接； 所述的输出部分包括分别与通讯接口连接的USB和串行通信接口。 本实用新型的多通道高精度同步测频装置，其特征还在于 所述的频率信号、温度信号以及电源模块均采用标准DB25物理接口接入或接出。 本实用新型的有益效果是，可以对多个通道的频率信号进行长期、同步、高精度测 量(1X10—9)，且最终用户可以直接选择测试通道、频率测量值的纪录大小等信息。
图1是本实用新型测频装置的结构示意图； 图2是本实用新型测频装置的闸门同步测量工作原理示意图。 图中，1.FPGA，2. DSP，3.MicroBlaze，4.频率同步采集逻辑，5.时钟相位同步采集
控制逻辑，6.通讯接口，7.USB，8.串行通信接口，9.GPS同步时钟，IO.晶振，ll.存储模块，
12.电源模块，13.频率信号，14.温度信号，15.AD转换器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。 如图l，本实用新型测频装置的结构是，包括三部分输入部分、控制部分及输出 部分。所述的控制部分的主体由FPGA1和测量时基电路构成，FPGA1中包括有内嵌DSP2、内 嵌MicroBlaze3、频率同步采集逻辑4、时钟相位同步采集控制逻辑5以及通讯接口 6连接 组成，测量时基电路由GPS同步时钟9和晶振10构成，晶振10通过存储模块11与电源模 块12连接；所述的输入部分包括同时采集输入的频率信号13和温度信号14，频率信号13 直接与内嵌DSP2连接，温度信号14通过AD转换器15与控制部分的FPGA1连接；所述的输 出部分包括分别与通讯接口 6连接的USB7和串行通信接口 8。 上述硬件电路中的输入输出接口 (9路频率信号13的输入、3路温度信号14的电 流输入以及电路供电的电源模块12)均采用标准DB25物理接口接入或接出电路板。USB接 口和GPS同步时钟9的天线接口单独引出。 本实用新型利用Xilinx FPGA技术，利用其内嵌DSP2、内嵌MicroBlaze3处理器、 高精度的频率同步采集逻辑4及时钟相位同步采集控制逻辑5来完成多路频率信号的同步 时钟相位同步采集控制逻辑5负责为FPGA1的工作提供高精度低抖动的时钟 源。频率采集模块按照从串行通讯接口中收到的配置命令对频率信号进行同步采集，并 按照改进的闸门同步测量方法测量频率，然后将测量值交与DSP模块进行滤波，最后通过 MicroBlaze输出到外部。测量精度由改进型闸门同步测量算法和基于GPS校正的高精度时 钟信号保证。 测试系统的逻辑控制核心是FPGA，其中包含有嵌入式的DSP、嵌入式的 MicroBlaze核、时钟相位同步采集控制逻辑以及高精度的频率同步采集逻辑。FPGA内部的 嵌入式的DSP模块将主要用于对由温度传感器测量得来的温度信号进行计算，从而能够快 速而精准的达到任务书中所提要求。MicroBlaze是Xilinx公司推出的一款嵌入式内核，时 钟可达到150MHz，占用资源不到1000个Slice,负责与外界的交互。时钟相位同步采集控 制逻辑负责为FPGA的工作提供高精度低抖动的时钟源。 本实用新型在硬件结构中改变以往嵌入式系统中常用的FPGA+CPU的方式，直接 用单个FPGA去完成控制算法以及输入输出功能。 本实用新型适用的温度范围较宽，频率测量的精度要求高，一般的测量方法已经 不能满足设计要求，要保证频率测量的圆满，除了前述优良的测量方法而外，还必须具有能 够在全温度范围工作且拥有良好长期稳定性与短期稳定性的晶振为系统提供测量时基，这 是本实用新型完成高质量测量的关键所在。 晶振10的工作性能受制于两个基本因素。 一个是环境温度的影响，它使得晶振的 输出频率随温度变快或变慢，针对这个因素，本实用新型选取了温补晶振，从而满足技术要 求。另一个是晶振输出随时间漂移的特性的影响，也就是长稳。本实用新型提出利用GPS 的时基技术对本地晶振的输出频率以及输出相位提供实时调整，使其能够满足任务对系统 长稳的需要。 如图2，本实用新型装置测量的具体方法为已知闸门宽度以及闸门对应的标准
4时钟数(N。)，测量在闸门内被测频率的上、下沿个数(Nx)、闸门开启至被测频率第一个有 效沿的时钟比值(NJ、闸门关闭至被测频率最后一个有效沿的时钟比值(NJ，则被测频率 ，+ + 标准频率 使用本实用新型装置进行测量时，特点有1)、测量完全与闸门同步；采用两个时 序相反的闸门共同进行测量，当一个闸门工作在采样时间时，另一个闸门则处于计算时间， 这样做的好处是增大了闸门的有效工作时间，从而提高了频率测量的逼近程度；2)、闸门的 开启与关闭完全与时钟同步，通过FPGA内部的延迟线的紧密安排，可以避免计数器的触发 误差；3)、测量精度取决于标准时钟的精度以及计数器的工作频率，误差等于1/2个时钟周 期，因此非常方便控制精度。 现有的FPGA能够实现60腿z左右的计数器工作频率，而本实用新型装置通 过牺牲FPGA资源可实现200腿z左右的计数器工作频率，如果采用内插方式还可实现
400MHz的等效计数器工作频率。在不考虑标准信号频率误差的条件下在r-^^S的
条件下S " 2. 1X10—s，考虑到其他误差可做到S《1X10—4。在t 二10S的条件下 S "2. 1X10—"，考虑到其他误差可做到S《1X10—9(不含标准信号频率误差)。
权利要求一种多通道高精度同步测频装置，其特征在于包括输入部分、控制部分及输出部分，所述的控制部分的主体由FPGA(1)和测量时基电路构成，FPGA(1)中包括有内嵌的DSP(2)、内嵌的MicroBlaze(3)、频率同步采集逻辑(4)、时钟相位同步采集控制逻辑(5)以及通讯接口(6)连接组成，测量时基电路由GPS同步时钟(9)和晶振(10)构成，晶振(10)通过存储模块(11)与电源模块(12)连接；所述的输入部分包括同时采集输入的频率信号(13)和温度信号(14)，频率信号(13)直接与内嵌DSP(2)连接，温度信号(14)通过AD转换器(15)与控制部分的FPGA(1)连接；所述的输出部分包括分别与通讯接口(6)连接的USB(7)和串行通信接口(8)。
2. 根据权利要求1所述的多通道高精度同步测频装置，其特征在于所述的频率信号 (13)、温度信号(14)以及电源模块(12)均采用标准DB25物理接口接入或接出。
专利摘要本实用新型公开了一种多通道高精度同步测频装置，包括输入部分、控制部分及输出部分，所述的控制部分的主体由FPGA和测量时基电路构成，FPGA中包括有内嵌的DSP、内嵌的MicroBlaze、频率同步采集逻辑、时钟相位同步采集控制逻辑以及通讯接口连接组成，测量时基电路由GPS同步时钟和晶振构成，晶振通过存储模块与电源模块连接；所述的输入部分包括同时采集输入的频率信号和温度信号，频率信号直接与内嵌DSP连接，温度信号通过AD转换器与控制部分的FPGA连接；所述的输出部分包括分别与通讯接口连接的USB和串行通信接口。本实用新型的有益效果是，可以对多个通道的频率信号进行长期、同步、高精度测量，且最终用户可以直接选择测试通道、频率测量值的纪录大小等信息。
文档编号G01R23/02GK201540331SQ20092003511
公开日2010年8月4日 申请日期2009年10月20日 优先权日2009年10月20日
发明者陈静 申请人:西安瑞日电子发展有限公司