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高准确度时间间隔测量技术研究

孙倩  
【摘要】:时间间隔测量是测量信号周期、相位和频率等物理量的基础。随着科技的快速发展,被测信号的频率不断地提高,为了满足目前高频信号的测量需要,必须通过深入研究精密时间间隔测量技术来进一步提高时间间隔测量分辨率。提高时间间隔测量分辨率将会促进许多先进工艺水平和高科技的进一步提高,进而起到促进国民经济发展的作用。本文提出设计了一种新的时间间隔测量方法,这种新的方法是基于相位重合检测包络的。基于相位重合检测原理设计并且实现了一种短时间间隔的测量系统。这种新的方法既达到了高准确度和高分辨率测量的目的,又实现了扩大测量范围、简化系统结构,另外大大降低了系统的功耗。以周期性信号间的相位关系为依据,通过深入地对周期性信号进行相位量化分析来总结了周期性信号间的相位关系规律。分析了相位重合检测及其包络的形成,利用相位重合检测包络的高稳定性和相位量化,把时间间隔测量和相位重合检测联系起来。为了提高系统测时间间隔的分辨率,实验验证了相位重合检测点并对其进行了误差量化分析,选择产生理想相位重合检测包络的信号,经实验验证,将相位重合检测包络应用在时间间隔测量中可以实现高准确度时间间隔测量。本文的时间间隔测量系统中利用FPGA实现相位重合检测线路和信号调理电路,实现了相位重合检测包络的输出和数据采集。通过基于相位重合检测包络的实验方法以及变化待测信号大小,对该系统的测量分辨率及功能进行了验证。测试结果表明,本论文所设计的短时间间隔测量系统的实际测量分辨率可达到70ps。


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