脉冲宽度的分析方法与流程

[0001]
本发明涉及信号分析技术领域，具体涉及一种脉冲宽度的分析方法。


背景技术：

[0002]
随着产品的老化偏移，原子钟产品输出的频率的偏差往往会越来越大，因此在大多数环境中需要通过驯服的方式对输出频率进行校准。驯服的依据在于输入参考信号与本地输出信号的时差，时差的测量精度越高越有利于提升校准的准确性，而通过转换电路可以将两个脉冲时间差的测量变换为脉冲宽度的测量，因而脉冲宽度测量的准确性对于校准的准确性有着直接的影响。
[0003]
公开号为cn 110672928a的发明专利公开了一种用于测量秒脉冲信号时差的电路和装置，其采用被测信号对电容进行充电的方式，根据充电电压和电容容值直接计算时差信息。
[0004]
然而，采用这样的方式，电容容易受环境、老化等因素的影响，导致脉冲宽度的测量精度较低，进而对原子钟产品输出的频率进行校准时准确性差。


技术实现要素：

[0005]
为了解决现有技术中存在的脉冲宽度的测量精度低的问题，本发明的的在于提供一种脉冲宽度的分析方法，以提高脉冲宽度的测量精度，确保能够对原子钟产品输出的频率进行准确校准。
[0006]
第一方面，本发明提供了一种脉冲宽度的分析方法，包括：
[0007]
通过待测脉冲信号对测试电容进行一次充电；
[0008]
对一次充电的所述测试电容进行一次放电，并监测一次放电过程中所述测试电容在第一放电时刻的第一电压和所述测试电容在第二放电时刻的第二电压；
[0009]
基于所述第一电压、所述第二电压、所述第一放电时刻所对应的放电时长以及所述第二放电时刻所对应的放电时长，得到所述测试电容在一次充电完成时的第一电容电压；
[0010]
在所述测试电容电压为零时，通过预定脉冲宽度的测试脉冲信号对所述测试电容进行二次充电；
[0011]
对二次充电的所述测试电容进行二次放电，并监测二次放电过程中所述测试电容在第三放电时刻的第三电压和所述测试电容在第四放电时刻的第四电压；
[0012]
基于所述第三电压、所述第四电压、所述第三放电时刻所对应的放电时长以及所述第四放电时刻所对应的放电时长，得到所述测试电容在二次充电完成时的第二电容电压；
[0013]
依据所述测试脉冲信号的脉冲宽度、所述待测脉冲信号的脉冲幅度、所述第一电容电压和所述第二电容电压得到所述待测脉冲信号的脉冲宽度。
[0014]
通过上述设计，本发明分别通过待测脉冲信号和预定脉冲宽度的测试脉冲信号对
测试电容进行充放电，并根据放电过程中所测得的电压和放电时长确定出两次充电完成时的电容电压，然后根据两次充电完成时的电容电压、测试脉冲信号的脉冲宽度以及待测脉冲信号的脉冲幅度准确得出待测脉冲信号的脉冲宽度，确保对原子钟产品输出的频率进行准确校准。
[0015]
在一个可能的设计中，所述对一次充电的所述测试电容进行一次放电，包括:
[0016]
在一次充电完成时对所述测试电容进行一次放电。
[0017]
在一个可能的设计中，所述对二次充电的所述测试电容进行二次放电，包括：
[0018]
在二次充电完成时对所述测试电容进行二次放电。
[0019]
在一个可能的设计中，所述第一电容电压的计算公式为其中，u1表示所述第一电压，u2表示所述第二电压，t1表示所述第一放电时刻所对应的放电时长，t2表示所述第二放电时刻所对应的放电时长。
[0020]
在一个可能的设计中，所述第二电容电压的计算公式为其中，u3表示所述第三电压，u4表示所述第四电压，t3表示所述第三放电时刻所对应的放电时长，t4表示所述第四放电时刻所对应的放电时长。
[0021]
在一个可能的设计中，所述待测脉冲信号的脉冲宽度的计算公式为其中，u0表示所述待测脉冲信号的脉冲幅度，t
r
表示所述测试脉冲信号的脉冲宽度。
[0022]
在一个可能的设计中，所述监测一次放电过程中所述测试电容在第一放电时刻的第一电压和所述测试电容在第二放电时刻的第二电压，包括：
[0023]
监测一次放电过程中所述测试电容在多个第一放电时刻的第一电压和所述测试电容在多个第二放电时刻的第二电压；
[0024]
所述基于所述第一电压、所述第二电压、所述第一放电时刻所对应的放电时长以及所述第二放电时刻所对应的放电时长，得到所述测试电容在一次充电完成时的第一电容电压，包括：
[0025]
基于多个所述第一电压、多个所述第二电压、所述多个第一放电时刻所对应的放电时长以及所述多个第二放电时刻所对应的放电时长，得到多个电容电压；
[0026]
依据所述多个电容电压，得到所述测试电容在一次充电完成时的第一电容电压。
[0027]
在一个可能的设计中，所述依据所述多个电容电压，得到所述测试电容在一次充电完成时的第一电容电压，包括：
[0028]
依据所述多个电容电压进行拟合、算数平均或最小二乘法计算，得到所述第一电容电压。
[0029]
在一个可能的设计中，所述监测二次放电过程中所述测试电容在第三放电时刻的第三电压和所述测试电容在第四放电时刻的第四电压，包括：
[0030]
监测二次放电过程中所述测试电容在多个第三放电时刻的第三电压和所述测试
电容在多个第四放电时刻的第四电压；
[0031]
所述基于所述第三电压、所述第四电压、所述第三放电时刻所对应的放电时长以及所述第四放电时刻所对应的放电时长，得到所述测试电容在二次充电完成时的第二电容电压，包括：
[0032]
基于多个所述第三电压、多个所述第四电压、所述多个第三放电时刻所对应的放电时长以及所述多个第四放电时刻所对应的放电时长，得到多个电容电压；
[0033]
依据所述多个电容电压，得到所述测试电容在二次充电完成时的第二电容电压。
[0034]
在一个可能的设计中，所述依据所述多个电容电压，得到所述测试电容在二次充电完成时的第二电容电压，包括：
[0035]
依据所述多个电容电压进行拟合、算数平均或最小二乘法计算，得到所述第二电容电压。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]
图1是本发明提供的用于脉冲宽度的分析的电路结构示意图。
[0038]
图2是本发明提供的脉冲宽度的分析方法的流程图。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
[0040]
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
[0041]
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
[0042]
应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在
……
之间”对“直接在
……
之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
[0043]
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
[0044]
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
[0045]
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清。
[0046]
实施例
[0047]
为了准确确定出脉冲信号的脉冲宽度，本申请实施例提供了一种脉冲宽度的分析方法，该脉冲宽度的分析方法能够提高脉冲宽度的测量精度，确保能够对原子钟产品输出的频率进行准确校准。
[0048]
首先，为了更直观地理解本申请实施例提供的方案，下面结合图1，对本申请实施例提供的用于脉冲宽度的分析的电路进行说明。
[0049]
如图1所示，是本申请一个或多个实施例提供的用于脉冲宽度的分析的电路结构示意图。如图1所示，电阻r1与ad电路(模拟信号转换为数字信号的电路)连接，电阻r2的一端连接于电阻r1与ad电路之间，电阻r2的另一端接地，测试电容c的一端连接于电阻r1与ad电路之间，测试电容c的另一端接地，脉冲信号可经过电阻r1对测试电容c进行充电，充电后的测试电容c可通过电阻r2进行放电。
[0050]
下面将对本申请实施例提供的脉冲宽度的分析方法进行详细说明。
[0051]
如图2所示，是本申请实施例提供的脉冲宽度的分析方法的流程图，所述脉冲宽度的分析方法可以包括如下步骤：
[0052]
步骤s201.通过待测脉冲信号对测试电容进行一次充电。
[0053]
其中，所述待测脉冲信号是指需要测量脉冲宽度的信号，待测脉冲信号可以是原子钟产品输出的信号通过转换电路转换而成的，在对测试电容进行一次充电时，转换成的待测脉冲信号经过电阻r1对测试电容进行充电。
[0054]
需要说明的是，对测试电容进行一次充电的充电时长不宜过长，一次充电后测试电容的电压不能达到测试电容的最大电压值，以测试电容的最大电压值的1/4-3/4为较佳。
[0055]
步骤s202.对一次充电的测试电容进行一次放电，并监测一次放电过程中测试电容在第一放电时刻的第一电压和测试电容在第二放电时刻的第二电压。
[0056]
对测试电容进行一次放电可以是在一次充电完成时对所述测试电容进行一次放电，即待测脉冲信号结束时刻开始就可以对测试电容进行一次放电，也可以是在充电完成的一段时间后进行一次放电。本申请实施例中，是在待测脉冲信号结束时刻开始就对测试电容进行一次放电。
[0057]
对测试电容进行一次放电的过程中，可以在距离开始放电一定时间间隔的第一放
电时刻对测试电容两端的电压进行测试，得到测试电容在第一放电时刻的第一电压，然后在距离开始放电一定时间间隔的第二放电时刻对测试电容两端的电压进行测试，得到测试电容在第二放电时刻的第二电压。
[0058]
步骤s203.基于第一电压、第二电压、第一放电时刻所对应的放电时长以及第二放电时刻所对应的放电时长，得到测试电容在一次充电完成时的第一电容电压。
[0059]
本申请实施例中，电容放电过程的公式可以表示为：
[0060][0061]
其中u表示电容当前的电压，u
s
表示放电的初始电压，r2表示电阻r2的电阻值，c表示测试电容的电容值。可通过调节电阻r2的电阻值增长放电时间，在放电过程中电容电压与时间关系可等效为线性关系，从而可得：
[0062][0063]
带入第一电压、第二电压、第一放电时刻所对应的放电时长以及第二放电时刻所对应的放电时长，则可以表示为：
[0064][0065][0066]
联立公式(3)、(4)可得到第一电容电压的计算公式为：
[0067][0068]
其中，u1表示所述第一电压，u2表示所述第二电压，t1表示所述第一放电时刻所对应的放电时长，t2表示所述第二放电时刻所对应的放电时长。
[0069]
进一步的，本申请实施例中，第一放电时刻和第二放电时刻可以是多个，即可监测一次放电过程中测试电容在多个第一放电时刻的第一电压和测试电容在多个第二放电时刻的第二电压。在确定第一电容电压时，可以根据多个第一电压、多个第二电压、多个第一放电时刻所对应的放电时长以及多个第二放电时刻所对应的放电时长，得到多个电容电压。然后依据多个电容电压进行拟合、算数平均或最小二乘法计算，得到测试电容在一次充电完成时的第一电容电压。
[0070]
例如，得到3个电容电压，分别为u
x1
、u
x2
和u
x3
，然后对3个电容电压进行算数平均，得到第一电容电压，第一电容电压u
x
＝(u
x1
+u
x2
+u
x3
)/3。
[0071]
步骤s204.在测试电容电压为零时，通过预定脉冲宽度的测试脉冲信号对测试电容进行二次充电。
[0072]
在测试电容两端电压为零时，可通过预定脉冲宽度的测试脉冲信号经电阻r1对测试电容再次进行充电。
[0073]
同样的，对测试电容进行二次充电的充电时长不宜过长，二次充电后测试电容的电压不能达到测试电容的最大电压值，以测试电容的最大电压值的1/4-3/4为较佳。
[0074]
步骤s205.对二次充电的测试电容进行二次放电，并监测二次放电过程中测试电容在第三放电时刻的第三电压和测试电容在第四放电时刻的第四电压。
[0075]
对测试电容进行二次放电可以是在二次充电完成时对所述测试电容进行二次放电，即测试脉冲信号结束时刻开始就可以对测试电容进行二次放电，也可以是在充电完成的一段时间后进行二次放电。本申请实施例中，是在测试脉冲信号结束时刻开始就对测试电容进行二次放电。
[0076]
步骤s206.基于第三电压、第四电压、第三放电时刻所对应的放电时长以及第四放电时刻所对应的放电时长，得到测试电容在二次充电完成时的第二电容电压。
[0077]
第二电容电压的计算公式可以表示为：
[0078][0079]
其中，u3表示所述第三电压，u4表示所述第四电压，t3表示所述第三放电时刻所对应的放电时长，t4表示所述第四放电时刻所对应的放电时长。
[0080]
第二电容电压的计算公式的推导过程与步骤s203中的推导过程一致，在此不再赘述。
[0081]
进一步的，本申请实施例中，第三放电时刻和第四放电时刻可以是多个，即可监测二次放电过程中测试电容在多个第三放电时刻的第三电压和测试电容在多个第四放电时刻的第四电压。在确定第二电容电压时，可以根据多个第三电压、多个第四电压、多个第三放电时刻所对应的放电时长以及多个第四放电时刻所对应的放电时长，得到多个电容电压。然后依据多个电容电压进行拟合、算数平均或最小二乘法计算，得到测试电容在二次充电完成时的第二电容电压。
[0082]
步骤s207.依据测试脉冲信号的脉冲宽度、待测脉冲信号的脉冲幅度、第一电容电压和第二电容电压得到待测脉冲信号的脉冲宽度。
[0083]
充电过程中电容电压与时间关系可等效为线性关系，可以表示为：
[0084][0085]
变换可得:
[0086][0087]
带入参数，可得：
[0088][0089][0090]
式(9)与式(10)相除可以消除同一实验条件下的r1与c这两个易受环境因素影响而变化的量，可得待测脉冲信号的脉冲宽度的计算公式为：
[0091][0092]
其中，u0表示所述待测脉冲信号的脉冲幅度，t
r
表示所述测试脉冲信号的脉冲宽度。如此，将测试脉冲信号的脉冲宽度、待测脉冲信号的脉冲幅度、第一电容电压以及第二电容电压带入公式11即可得到待测脉冲信号的脉冲宽度t
x
。
[0093]
本申请实施例提供的脉冲宽度的分析方法，可分别通过待测脉冲信号和预定脉冲宽度的测试脉冲信号对测试电容进行充放电，并根据放电过程中所测得的电压和放电时长确定出两次充电完成时的电容电压，然后根据两次充电完成时的电容电压、测试脉冲信号的脉冲宽度以及待测脉冲信号的脉冲幅度得出待测脉冲信号的脉冲宽度，由于在计算待测脉冲信号的脉冲宽度时，消除了电阻及电容这两个易受环境因素影响而变化的量，从而能够准确确定出待测脉冲信号的脉冲宽度，确保对原子钟产品输出的频率进行准确校准。
[0094]
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。