[发明专利]一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置

说明书

本申请涉及一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置，所述方法采用两路双通道ADC分别对参考时钟信号及其移相后的正交信号进行采样，两个ADC的触发采集信号分别为待测信号中的起始信号和终止信号的上升沿，双通道ADC的两个通道要求同一时刻采集数据，利用双通道采集到的数据计算出相位信息，从而实现了时间间隔测量技术中间内插法的精密测量，指标能够达到皮秒量级。

技术领域

本申请涉及时间间隔测量技术领域，特别是涉及一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置。

背景技术

时间间隔测量技术对国民经济与国防建设意义重大。精确的时间间隔测量技术，尤其是皮秒(1ps＝10^-12s)量级的测量技术更为重要，现代意义上的时间间隔测量始于真空管时代。几十年来其测量方法经不断改进发展，从最早的时间间隔扩展法，到现在的插值法、延迟线法，可以说是种类繁多。按实现技术，时间间隔测量方法大致可以分为模拟与数字两大类；按有无插值过程，时间间隔测量方法又可以分为3类:①没有插值过程的这类方法不需要粗计数器，不分时间长短，能直接转换为数字量，它的缺点是量程比较小；②有插值过程的，也称为“插值法”。实现时这类方法需要粗计数器，在精确时钟作用下，统计时间间隔覆盖多少个整数周期，并把测量开始和结束处小于一个周期的余量送进插值单元作精确测量，它的优点在于可以同时满足系统在量程和分辨率两方面的要求，因而被广泛应用；③游标法采用类似游标卡尺的办法，上作原理特殊，可以独立分为一类。

按照定义，插值法是一种确定函数逼近值的方法。而在时间间隔测量中，插值法是指把一个时间间隔分为两部分；周期的整数部分与分数部分，如图1所示。整数部分从粗计数器读出，分数部分由插值测量单元读出。其数学表示如下：T＝nT_P+△T₁-△T₂，其中，T为待测信号的时间间隔，T_p为参考时钟信号的周期，n为时间间隔覆盖的整周期数，△T₁为起始点到其后最近的参考时钟上升沿之间的时间间隔，△T₂为终止点到其后最近的参考时钟上升沿之间的时间间隔。

精密的时间间隔计数器需要精确度较好的外部参考源，从图1的插值测量原理可以看出来，如果时钟频率不是太稳定，则测量结果就会出现较大的偏差，其实一般外参考源往往是正弦波，因为数字化处理将时钟的正弦波转化为了方波，正因为这个转换过程，相当于与将正弦波信号进行了重采样，在0°与180°开始进行了相位的二值化，这样就损失了正弦波的相位信息。从图1来看，测不准的地方其实出现在△T₁与△T₂，换一个思路，如果图1中的方波换为正弦波，则测量起始脉冲和结束脉冲的上升沿处分别可以对应到正弦波的一个相位点，如果精确测量出该点正弦波信号的相位值，则亦可以求出△T₁与△T₂的值，时间间隔测量原理如图2所示。从图2可以看出，关键是需要测量出起始(start)信号与终止(stop)信号的准确相位值，一般的方法是采用直接ADC采集该点时钟的电压值，有部分文献亦是采用该方法，但是该方法有个明显的问题，也就是连续高速采样，结合前后数据(包含一个整周期)分析起始相位，这种方法实现既复杂，难度又大，实时性很难保证。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现时间间隔测量指标能够达到皮秒量级的基于正交采样内插的时间间隔测量方法和装置。

一种基于正交采样内插的时间间隔测量方法，所述方法包括：

采用两个高位计数器实时测量待测信号的起始信号和终止信号的上升沿处对应的方波参考时钟信号的计数值，将得到计数值相减得到时间间隔覆盖的整周期数；所述方波参考时钟信号是通过参考时钟信号转化得到的；所述参考时钟信号为正弦波信号。

采用所述起始信号和所述终止信号分别触发第一双通道ADC和第二双通道ADC对所述参考时钟信号和正交参考时钟信号进行采样，得到起始点采样值和终止点采样值；所述正交参考时钟信号是经过对所述参考时钟信号进行90度移相得到的。