[发明专利]一种皮秒级时间间隔测量电路及方法

说明书

本发明涉及一种皮秒级时间间隔测量电路及方法，涉及时间间隔测量技术领域。本发明以时频测量为目标领域，提出“模拟内插‑电容充放电法”测量时间间隔，即首先利用“模拟内插法”对被测时间进行第一次测量；然后利用“模拟内插法”对产生的“时间零头”进行放大；再利用“电容充放电法”对放大后的“时间零头”进行第二次测量；最后综合两次所得测量值，获得被测时间。该方法有效克服了原理误差对时间间隔测量精度的影响，时间间隔测量精度可达到皮秒级。

技术领域

本发明涉及时间间隔测量技术领域，具体涉及一种皮秒级时间间隔测量电路及方法。

背景技术

时间间隔测量技术广泛应用于航空航天、雷达定位、激光测距、时频测量、卫星定位、雷达定位等领域。当前测量时间间隔的方法主要有直接计数法、模拟内插法、游标法、时间幅度转换法、时间放大法等。直接计数法测量精度较低，对计数时钟的频率和稳定度要求较高；模拟内插法相对于直接计数法可将精度提高三个数量级，但硬件实现困难，硬件上很难精确放大两端的零头时间；游标测量法依赖于两个振荡器间的频差，要求振荡器就要有高精度及高稳定度，实现成本较高；时间幅度法基于相位重合技术，但相位重合点难以捕捉；时间放大法转换时间过长、难以集成，且非线性难以控制。针对如上各方法的不足、提高时间间隔测量精度，行业内提出了“直接计数-双模拟内插法”、“直接计数-电容充放电法”等测量时间间隔的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何克服原理误差对时间间隔测量精度的影响，使得时间间隔测量精度达到皮秒级。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种皮秒级时间间隔测量电路，包括：处理器、时间扩展器和电容充放电电路；

其中，时间扩展器包括恒流源I1、I2，开关S1、S2、S3、电容C以及电压比较器，恒流源I1与开关S1串联，I2与S2串联，此两个串联电路分别与S3、C四者并联，并联后的电路一端电压比较器的同向输入端，另一端连接电压比较器的反向输入端；

电容充放电电路包括恒压源V_s、电阻R、电容C2、开关S4、隔离放大器以及AD转换器；恒压源V_s一端连接开关S4一端及电阻R一端，另一端连接开关S4另一端，电阻另一端连接电容C2一端，电容C2另一端连接开关S4，电容C2两端连接所述隔离放大器，隔离放大器输出端连接AD转换器；

被测时间t_x输入到处理器，处理器能够分别控制开关S1至S3的接通或断开，并连接电压比较器的输出端以及AD转换器的输出端，还能够控制开关S4的触点间的切换，并用于与时间扩展器、电容充放电电路配合完成被测时间t_x的测量。

优选地，所述处理器按照如下逻辑与时间扩展器、电容充放电电路配合实现被测时间t_x的测量：

1)将被测时间t_x输入到处理器时，处理器利用其内部周期为T_clk的计数时钟对t_x进行计数，设计数器计数值为N，t_xd时间零头分别为Δt₁和Δt₂，Δt₁、Δt₂满足Δt₁T_clk，Δt₂T_clk，则被测时间t_x表示为：

t_x＝N×T_clk+Δt₁-Δt₂ (1)