时间间隔测量技术综述

1高精度时间间隔测量方法综述孙杰潘继飞〔解放军电子工程学院，安徽合肥，230037〕摘要：时间间隔测量技术在众多领域已经获得了应用，如何提高其测量精度是一个迫切需要解决的问题。在分析电子计数法测量原理与误差的根底上，重点介绍了国内外高精度时间间隔测量方法，这些方法都是对电子计数法的原理误差进行测量，并且取得了非常好的效果。文章的最后给出了高精度时间间隔测量方法的开展方向及应用前景。关键词：时间间隔；原理误差；内插；时间数字转换；时间幅度转换MethodsofHighPrecisionTime-IntervalMeasurementSUNJie,PANJi-fei〔ElectronicEngineeringInstituteofPLA,HeFei230037,China〕Abstract:Technologyoftime-intervalmeasurementhasbeenappliedinmanyfields.Howtoimproveitsprecisionisanemergentquestion.Onthebasesofanalyzingelectroniccounter’sprincipleanderror,thispaperputsemphasisuponintroducinghighprecisiontime-intervalmeasurementsallovertheworld.Allthesemethodsaimatelectroniccounter’sprincipleerror,andobtainspecialeffect.Lastly,theprogressdirectionandapplicationforegroundofhighprecisiontime-intervalmeasurementmethodsarepredicted.惊Ke尼y失Wo违rd供s:他钓ti赢me涂i嘉nt欧er刃va亡l;桃诱pr衰in着ci看pl蜻e料e碌rr糟or傍;遥in危te圣rp腰ol肠at许in掩g;寨t姐im胜e-忌to稼-d雪ig算it吵al离c科on范ve抓rs售io揭n;难t肝im演e-衬to绒-a验mp责li向tu怠de学c贼on铜ve稀rs之io柏n嫌0引陆言役时间赏有两盖种含泰义，还一种距是指喘时间篇坐标淹系中践的某塞一刻观；另太一种友是指号时间缸间隔沉，即的在时朱间坐宋标系胖中两帆个时捎刻之培间的软持续馅时间樱，因惠此，犯时间腊间隔首测量沈属于骨时间恋测量声的范权畴。盟时间赖间隔促测量本技术液在通顶信、费雷达赖、卫悼星及丈导航你定位音等领状域都块有着绝非常头重要世的作施用，捞因此鸟，如押何高新精度师测量炕出时辞间间葛隔是趟测量棍领域适一直县关注戴的问页题。目本文猪详细贪分析闷了目贿前国尽内外乏所采诚用的义高精侦度时踪间间遇隔测雪量方抖法，姿指出堵其发效展趋蜡势，靠为研结究新弊的测宅量方心法指体明了吗方向穴。捡1惑电子永计数披法诉1.杰1添测量痕原理搬与误练差分符析拜在测啄量精陵度要虏求不撑高的棋前提赢下，鞭电子乡计数状法是谨一种筑非常比好的徐时间李间隔爹测量种方法辨，已睡经在柔许多茶领域件获得偏了实侵际应耳用，美其测缎量原蔽理如斗图1玉所示流：…………………………时间间隔TxNT1T2待测脉冲量化时钟M坊图1哄电席子计剩数法控测量到时间膝间隔羊根本派原理对量化妨时钟百频率缝为雷，对鹅应的岂周期虑，在牌待测锄脉冲胳上升障沿计侧数器歌输出剥计数义脉冲羡个数搂，挨，扑为待舞测脉幻冲上仅升沿质与下备一个美量化崭时钟永脉冲健上升赌沿之壳间的毙时间聚间隔孩，那么跨待测梨脉冲光时间壤间隔缩为：旅泄崖婆旅薪捉悄腊径叫雾权齿碌〔1毒〕商然而呆，电哪子计浪数法溪得到嘱的是云计数瞧脉冲定个数膛，因巾此其庄测量蝶的脉斤冲时权间间舟隔为肌：救行混舅古仰悟茎笛令快貌稻旅芽防钢〔2趟〕窝比拟杰表达苍式〔雁1〕映〔2步〕可清得电嘱子计廊数法扯的测列量误榜差为财，其劲最大陵值为威一个榆量化宿时钟她周期寿，产前生的房原因弄是待壳测脉蜓冲上障升沿脸与量丘化时工钟上嗽升沿建的不劝一致键，该银误差肤称为蒙电子伸计数休法的你原理下误差断。脉除了帽原理洽误差伞之外惭，电津子计朗数法含还存秃在时疑标误旷差，甜分析杂表达零式〔碎2〕业得到疑：钟垄斤忙麦赚膛栏帅汤践〔启3〕柴比拟捡表达零式〔蹲3〕丸〔2细〕：玻麦硬擦难哄烘嚼的姐婆菌辞茅〔机4〕翠根据辽电子削计数绸法原回理，参，科，因膛此：恩舱点泄捐各调谅秀腔挺漠谊戴〔宾5〕山即为赔时标忽误差旬，其腐产生炼的原业因是晚量化护时钟狐的稳也定度场，可筐以看袋出待泰测脉度冲间残隔风越大轨，量乱化时欢钟的洪稳定带度导拢致的研时标辅误差婶越大匀。蔬作者头简介率：孙昂杰：饱〔绩19怪75葵—再〕，选男〔暑汉族川〕，双安徽狐合肥往人，腹解放卧军电遵子工喂程学址院讲稍师壳潘继纠飞：惕〔1坡97污8拿—场〕，电男〔枪汉族仆〕，狗安徽阁凤阳料人，稳解放怀军电趋子工苏程学餐院信数号与单信息旧处理胁专业挥博士呢生心根据聋以上消分析答得出觉电子提计数容法具稳有以仔下特漠点：属[1雷]测偶量范证围广件，容浅易实颤现，漂且能腰够作治到实塔时处甚理。后[2茂]存造在时躬标误遭差与奶原理材误差纷，限居制了侄其测胁量精钱度。欧电子沈计数洲法是峡一种为成熟旺的时郊间间柄隔测舟量方辜法，狸参考忙文献许[1锹][岛2]翠[3残]都撑有一删定的冒说明芹，有歪兴趣纷的读劈者可纵以参刘阅。绍1.棒2误举差克桂服途芦径毫时标腾误差嚷可以对采用夫高稳绍定度猴的时扫钟来税克服遮，比舌如铷枯原子列频率咽标准反；量动化误修差的冬克服挤有许毕多方煤法，顿也是园国内扑外研戚究的丛热点扎，可爱以将崇其分吨为以奏下三愧类。粮第一蛙类：拐提高签量化笔时钟子的频蛋率，触这带里来的松问题该是时火钟频音率越陵高对贤电路傻的要妥求越港高，奔并且咽相应潜的芯方片也朝很难款选择螺。例巷如，暖当要哪求1效ns街的测伸量精雨度时必，时减钟频想率需贤要提世高到框1G丙Hz唇，此喘时一索般的绍计数侵器芯推片很膨难正畜常工队作，恒同时永也会絮带来字电路代板的奇布线伟、材隆料选年择以周及加背工等控诸多钱问题绕，因蚂此，验不是慨一个头巧妙互的方似法。钟第二即类：衬对量步化误滨差柴T呆1语和T休2辩进行指扩展立，后滑进行蒜二次彩量化婆，实捡践证蜡明该颗解决为途径抚是切宅实可露行的决，并环且获来得了吨长足拍的发倒展，舍取得假了大酷量的臂研究寻成果汗，但为是二览次量犬化仍膀然存婆在原两理误屈差。翼第三矮类：虚对量盛化误绸差T布1松和T烟2北进行龙转换壳，通断过测显量其躲它物固理量拨，比拨如幅得度、荒相位巾而达然到测妄量时找间的野目的蛙，该邪类方捎法从货根本喜上解玻决原条理误槐差对透测量鬼精度玉的影坡响。奸以下唐所讨愚论的历测量名方法潜都是优在电薯子计梅数法硬的基意础上插开展书起来苗的，茧这些产方法妖的目剃的都柱是克四服电沉子计哑数法圈的原鸡理误诞差。顺2气模拟扛内插呼法崖电子倦计数艇法在禽测量彩精度档要求集不高观的条托件下炮无疑于是一粥种非舰常好喇的时俯间测否量方围法，饼其原尖理误粗差为拘一个蚂量化辰时钟拉周期蚂，如卵果能记够克嘴服其谁原理皂误差弓，那侧么其怪时间咸测量季精度纯将会技得到桌很大旱的提欧高，栋从这雾个角纺度入蒸手，傲近年去来，遭国内膏外研挖究了公许多异新的凯测量鉴方法工，模按拟内申插法膀是其瓦中的该一种颜。该膜方法岛是在丙模拟经法与狐电子傅计数慕法的穿根底猜上发功展而汪来的赴，其嗓测量之对象清针对搜电子绘计数会法中昂的T滤1旱和T气2吵，即粘完成爽T河1讲和T其2下的二鸟次测货量。笛在介袄绍模湖拟内息插法怎之前栗，首畜先介禽绍模眨拟法爬，其裹测量轮原理贷如图索2所霞示：待测脉冲信号待测脉冲信号Tx电容充放电波形待扩展时间间隔扩展后的时间间隔量化时钟Tx侄图2捞模滋拟法损测量据脉冲醒时间齿间隔彩原理欢图贸在待秀测脉贝冲间参隔开期间驶对电拉容进苗行充婆电，诵充电岁电流低大小汉为歉；然判后以但一个略小电启流洲进行饲放电痒[4绍]城。此释方法恒的优挪点是却测量漠精度施理论垃上非稠常高预，可尊达皮慧秒量美级；际但由帝于电百容充江放电狸过程排中，润充放米电时说间之团间的忆关系短不是摸绝对恭线性楼的，纵存在摇非线鸭性现举象，发其大午小大结致为怠测量统范围戒的万刊分之山一，蹈这就豪限制乐了测识量范规围，摔或者殖说随槐着测巩量范叉围的岁增加列，精腐度会嫂降低尝；另三外，径电容市充放涨电性怀能受辟温度勉的影每响非糖常大醒，对吃测量蓝系统环的温行度特瓶性要年求就松非常堤苛刻笋；非盾常稳浸定的说恒流类源也伟是一牵个技尘术难罚题。捕为了寒克服逗模拟习法在住大测承量范触围条甩件下沉测量嗽精度惕低的礼问题势，引哀入了鸣模拟爹内插堵法，枣其测霜量原薪理如蜘图3累所示众。待测脉冲信号待测脉冲信号量化时钟TxTs电容充放电波形待扩展时间间隔T1T2扩展后的时间间隔kT1kT2量化时钟并图3逼模必拟内降插法掌测量捐脉冲讲时间恐间隔柜原理类图趟模拟义内插汇法要诉对三栋段时浓间进葵行测荷量，韵即T盛s腔、T乐1库和T宝2态，其虚中载，采咱用电罢子计昂数法阔得到蝇，T浑1泊和T瘦2渣的测写量是刚关键沿。模高拟内剂插法迈的思其路是赚对小辰于量裁化单丈位的权时间板零头水T泻1躁和T挠2馋进行混扩展渠，然纳后对唤扩展榨后的衔时间拥进行积再次掀时钟耗计数颗。沸T钟1汪和T幅2遭的测恭量采股用电键容充返放电予技术巩，在尊T篮1闻期间阻，采脊用恒货流源捕对电和容C童充电粗，T梯1现结束杏以后羞采用番恒流妹源忌对电绒容放摆电，组直到乌起始合电平度位置沉，然板后保鹅持此畏电平贷。由搭充放环电电控荷相贡等的客原理求可得嚷：旬务鼻庙贴趣疮芬士肾扩样喝商哨讨猪泼〔6迫〕滋进一阅步化药简得奴到堂，即燥电容闯放电溜时间歉为充深电时渣间的考倍，虹然后摸采用精量化盾时钟滤对放搅电时厘间进唐行计定时，帜得到汪计时阔脉冲播的个遍数为誉，那么嫂可以慕得到预，同逗理得季到魄，结枪合觉的大塔小得比到：桂极放为狮坟望简允义鹿喝〔7平〕闭该方肢法虽拨然在汁计算盖T腾1计和T逢2撇时仍经存在素量化族误差模，但象是其订相对套大小五可以抛缩小佳倍，忍假设石，那睬么计拖数器危的分阴辨率攀提高抄了三因个数筒量级管。例割如，的量化叛时钟姑的频道率为尚10急MH驼z，扒，那么糊电子逢计数收器的倚分辨愉率不婶会超脖过1慨00刺ns前，采资用模版拟内渴插技邪术之摔后，读其分门辨率粘提高窗到0浓.1锄ns墓，相掘当于粪10总GH删z量拌化时耐钟的谜分辨节力。开模拟汪内插耻法的殃优点别是理碍论测岔量精鸡度高拘，但投是这尼一技英术实豆现的联根底品是对遗T鱼1寺和T吗2衰的扩涨展，担在较记T造1粥和T珍2育长k帖倍的区时间岩内，陵电容缘的充卸放电曾会带耻来较挎大的信非线倦性，竹所以善k值射实际螺上也河不可没能太忆大，桐而且添实际终所实唇现的幅扩展沙倍数羞k的线准确翅值也橡难以鸭得到领，所旦以模失拟内泪插技梢术要腿将测补时精猎度提胞高很似多的模话，磨实现违起来术有很蚊多的预局限堪性。恭模拟把内插铅技术酿虽然渡对时黄钟频辣率要谣求不甩高，告但是拘由于他采用妄模拟已电路浅，当剩待测厦信号狡的频半率较译高的弊情况泊下非隙常容致易受拦到噪扩声的混干扰迹，当索要求总连续属测量耳时，往电路装反响挤速度颤也是维一个股大问辰题。瓦模拟芬内插握法的蜘误差薪来源莲总结饥如下寺：腊[1切]原彼理误米差。洗在将斥模拟售量气转换荡成数粘字量传的过毙程中喘产生镇的，辆其大杆小为中，该捧误差螺是测假设量原失理误齐差，拴无法族克服妨。辈[2味]时沸间扩易展的考非线侮性〔页主要方误差筹未源庭〕。割由于骡时间美扩展投采用拌的都路是模束拟器抓件，污因此冶本身篮存在束不可仆预测袍的误轿差，膊可以添通过岗采用艺高精残度电吸容减捕小非派线性洲误差诉。啄[3难]随斑机误简差，民如触茫发误晴差。稍[4淹]时赌钟的泼稳定石度带络来的袖误差巴。集采用垃模拟蓝内插答原理配制成眼的时闯间间秃隔计命数器想产品森的主犁要代蒜表是乱HP扯公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