一种同步多路脉冲产生系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脉冲产生领域，尤其涉及一种同步多路脉冲产生系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着光电技术的发展，同步信号的应用越来越广泛，各种仪器设备和工业现场都有所应用。在3D脉冲激光测距、单光子保密通讯、激光约束核聚变控等许多应用中都需要高精度(PS级)延时器。例如，在3D脉冲激光测距系统中1cm的距离精度，要求延时器的延时达到60ps以下的超高精度。在工业现场控制、分析仪器等领域，对于同步脉冲的延时精度要求较低。例如，在激光有道击穿光谱系统中，必须要在激光发射的时间进行一段延时后，再开启信号采集器，延时精度一般要求在10ns以上。在激光烧蚀-等离子体质谱系统(LA-1CPMS)中，对激光烧蚀和等离子体质谱之间的采集信号，精度要求控制在ms级就可。
[0003]现有的脉冲延时技术很难兼顾延时精度、时间范围以及成本。例如，基于时钟的延时技术，由于延时精度由系统时钟周期决定，这种技术虽可以实现宽时间范围的延时，但是实现高的延时精度成本高、功耗大，延时精度一般在300ps以上。又如基于斜波发生器技术的延时系统可以实现10ps级精度的延时，但是延时的时间范围一般在50ns以下。美国Stanford公司的DG535虽然具有延时精度高、时间范围也较宽的特点，但是体积大、成本很高，不适合大规模集成式的应用。
[0004]因此，需要一种低成本、通用性好、延时精度高同时延时时间范围宽的同步脉冲产生系统。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:现有的同步脉冲产生系统成本高、通用性差且不能产生延时精度高同时延时时间范围宽的脉冲问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出了一种同步多路脉冲产生系统。该同步多路脉冲产生系统包括:
[0007]依次相连的通信模块、FPGA模块和CMOS模拟延时模块；
[0008]所述通信模块，用于接收命令帧，并将所述命令帧发送到所述FPGA模块；
[0009]所述FPGA模块，用于根据所述命令帧产生长延时时间的同步脉冲信号；
[0010]所述CMOS模拟延时模块，用于根据所述命令帧产生短延时时间的同步脉冲信号。
[0011]可选地，所述FPGA模块包括命令解析模块、延时控制模块和数字延时模块；
[0012]所述命令解析模块，用于接收所述通信模块发送的命令帧并解析命令帧；
[0013]其中，所述命令帧包括延时时间、脉冲数量、脉冲频率、脉冲幅度和脉宽；
[0014]所述延时控制模块，用于根据由所述命令解析模块解析后的命令帧控制所述数字延时模块和所述CMOS模拟延时模块产生同步脉冲信号。
[0015]可选地，所述CMOS模拟延时模块包括:
[0016]CMOS镜像恒流源、快速CMOS开关、充电电容、第一可编程恒压源和比较器；
[0017]所述CMOS镜像恒流源，用于为CMOS模拟延时模块提供恒定电流，用于在快速CMOS开关闭合时为所述充电电容充电；
[0018]所述第一可编程恒压源，用于为CMOS模拟延时模块提供恒定电压；
[0019]所述比较器，用于比较所述充电电容的充电电压和所述第一可编程恒压源的大小以产生高精度、短延时时间的同步脉冲；
[0020]相应地，所述延时控制模块还用于设置CMOS镜像恒流源的电流值和第一可编程恒压源的电压值。
[0021 ] 可选地，所述CMOS镜像恒流源包括:
[0022]第二可编程恒压源、稳压电阻和CMOS电流镜；
[0023]所述第二可编程恒压源提供的恒定电压经过所述稳压电阻使所述CMOS电流镜产生恒定电流。
[0024]可选地，该同步多路脉冲产生系统还包括:
[0025]输出驱动模块，用于调整所述FPGA模块产生的同步脉冲信号的电压；
[0026]所述输出驱动模块，还用于调整所述CMOS模拟延时模块产生的同步脉冲信号的电压。
[0027]可选地，所述命令帧，还包括是否同步外部触发信号；
[0028]所述同步多路脉冲产生系统，还包括:外部触发信号模块；
[0029]所述外部触发信号模块，用于当同步外部触发信号时开启所述数字延时模块和所述CMOS模拟延时模块。
[0030]本发明还提出了一种同步多路脉冲产生方法。该同步多路脉冲产生方法包括:
[0031]通信模块接收命令帧，并将所述命令帧发送到FPGA模块；
[0032]FPGA模块根据所述命令帧产生长延时时间的同步脉冲信号；
[0033]CMOS模拟延时模块根据所述命令帧产生短延时时间的同步脉冲信号。
[0034]可选地，该同步多路脉冲产生方法还包括:
[0035]输出驱动模块调整所述FPGA模块产生的同步脉冲信号的电压；
[0036]所述输出驱动模块调整所述CMOS延时模块产生的同步脉冲信号的电压。
[0037]可选地，该同步多路脉冲产生方法还包括:
[0038]外部触发信号模块向所述FPGA模块和所述CMOS模拟延时模块发送开启信号；
[0039]相应地，所述FPGA模块接收所述开启信号，根据所述命令帧产生长延时时间的同步脉冲信号；
[0040]CMOS模拟延时模块接收所述开启信号和所述FPGA模块产生的长延时时间的同步脉冲信号，并根据所述命令帧产生短延时时间的同步脉冲信号。
[0041]本发明提出的同步多路脉冲产生系统及方法，通过FPGA模块进行纳秒级的延时调整，通过CMOS模拟延时模块进行皮秒级的延时调整，从而产生延时精度高同时延时时间范围宽的同步脉冲，降低了脉冲产生系统的体积和成本，极大地提高了脉冲产生系统的通用性。本发明具有操作简单、成本低、易于推广的优点。
【附图说明】
[0042]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0043]图1为本发明一个实施例的同步多路脉冲产生系统的结构示意图；
[0044]图2为本发明一个实施例的FPGA模块的结构示意图；
[0045]图3为本发明一个实施例的CMOS模拟延时模块的结构不意图；
[0046]图4为本发明一个实施例的CMOS模拟延时模块的CMOS镜像恒流源的结构示意图；
[0047]图5为本发明另一个实施例的同步多路脉冲产生系统的结构示意图；
[0048]图6为本发明一个实施例的同步多路脉冲产生方法的流程图；
[0049]图7为本发明另一实施例的同步多路脉冲产生方法的流程图。
【具体实施方式】
[0050]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0051]图1示出了本发明一个实施例的同步多路脉冲产生系统的结构示意图。
[0052]如图1所示，本实施例的同步多路脉冲产生系统包括:
[0053]通信模块1，用于接收命令帧，并将所述命令帧发送到FPGA模块2 ;
[0054]FPGA模块2，用于根据所述命令帧产生长延时时间的同步脉冲信号；
[0055]CMOS模拟延时模块3，用于根据所述命令帧产生短延时时间的同步脉冲信号。
[0056]本实施例的同步多路脉冲产生系统在工作时，通信模块1接收外部控制设备(如上位机)的命令帧，并将所述命令帧发送到FPGA模块2。本实施例的同步多路脉冲产生系统，通过FPGA模块进行纳秒级的延时调整，通过CMOS模拟延时模块进行皮秒级的延时调整，从而产生延时精度高同时延时时间范围宽的同步脉冲，降低了脉冲产生系统的体积和成本，极大地提高了脉冲产生系统的通用性。
[0057]在实际应用中，通信模块1可实现与上位机的异步串口通信UART和通用串行总线USB两种通信方式的通信。通过调整上位机的命令帧，可以生成不同格式的同步脉冲信号，通用性强。可以根据上位机的参数设置实时调整脉冲信号格式，具有实现方式灵活的特点。
[0058]在一种可选的实施方式中，FPGA模块2包括命令解析模块21、延时控制模块22和数字延时模块23。如图2所示:
[0059]命令解析模块21，用于接收所述通信模块1发送的命令帧并解析命令帧；
[0060]其中，所述命令帧包括延时时间、脉冲数量、脉冲频率、脉冲幅度和脉宽；
[0061]延时控制模块22，用于根据由所述命令解析模块解析后的命令帧控制数字延时模块23和CMOS模拟延时模块3产生同步脉冲信号。
[0062]在一种可选的实施方式中，CMOS模拟延时模块3包括CMOS镜像恒流源31、快速CMOS开关32、充电电容33、第一可编程恒压源34和比较器35。如图3所示:
[0063]CMOS镜像恒流源31，用于为CMOS模拟延时模块3提供恒定电流，用于在快速CMOS开关32闭合时为充电电容33充电；
[0064]第一可编程恒压源34，用于为CMOS模拟延时模块3提供恒定电压；
[0065]比较器35，用于比较充电电容33的充电电压和第一可编程恒压源34的电压的大小以产生高精度、短延时时间的同步脉冲；
[0066]相应地，延时控制模块22还用于设置CMOS镜像恒流源31的电流值和第一可编程恒压源34的电压值。
[0067]在第一可编程恒压源34的电压范围为2-3.5V时，并且第一可编程恒压源34的控制寄存器为10位时，可产生lOps/LSB的延时分辨率。
[0068]图4为本发明一个实施例的CMOS模拟延时模块的CMOS镜像恒流源的结构示意图。如图4所示，CMOS镜像恒流源31包括第二