专利名称：一种超高分辨率相位差测量的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于时间频率信号处理技术领域，尤其涉及一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法及系统。
背景技术：
高分辨率相位差测量技术在科学研究和工程实践中都具有广泛的应用，在时频测控领域发挥着重要作用。在电子测量中，示波器、逻辑分析仪、信号发生器等高精度测试仪器中都包含了高分辨率相位差测量�？�。工程应用中的星地时间同步、导航定位、激光测距、通讯技术等领域也需要高分辨率的相位差测量技术。高分辨率相位差测量技术是保证测量比对、精密授时、导航定位等精度的核心技术。例如，在卫星导航定位系统建设和系统运行维护中，时间相位同步是卫星导航定位的一个关键技术和一项基本性能，直接影响到整个系统的精度，是系统设计的关键。在高精度时间频率传递、同步以及测量等技术中，都需要有高分辨率的相位差测量和处理技术。随着通讯、航空航天、导航定位等高科技领域的技术发展，以及新型频率基准器，如超高稳晶体振荡器、原子钟、喷泉钟、光钟等具有高稳定度的频率源设备不断发展，例如，铯原子钟的频率准确度可达10_13量级，一天的稳定度可达10_15量级，对频率的精密测量及频率稳定度的分析需求也不断提高，需要更高准确度的时频基准的测量和控制技术，对时频信号的处理分辨率提出了越来越高的要求，高分辨率的相位差测量和比对方法的作用更重要。因此，高分辨率的相位差测量及比对新技术的深入研究具有重要的理论和现实意义。对于具有相同标称值的频率彳目号，在本质上时间间隔和相位差具有相同的意义，因此国内外现有的相位差测量技术都是将两个同频信号间的相位差看成短时间间隔来测量。现有的常用相位差测量方法有直接计数法、模拟内插法、时间数字转换法、游标法、双混频时差法等。直接计数法结构简单、测量范围宽，但存在±I个计数误差，测量精度不够高。模拟内插法和时间数字转换法都是将直接计数法中的小于一个计数周期的短时间间隔进一步高分辨率测量。模拟内插法采用电容充放电法提高了测量分辨率，但测量分辨率受到填充时钟频率的限制，同时在被测信号频率较高的情况下易受噪声的干扰。时间数字转换法和游标法用延迟线法提高了测量分辨率，但测量分辨率受到延迟线的分辨率的限制，一般为百皮秒量级。双混频时差法利用中介晶体振荡器测量相位差，分辨率可以达到皮秒量级，但受中介晶体振荡器的影响，该方法具有较大的长期测量漂移，不适合长时间连续测量。
发明内容
针对上述现有的相位差测量方法中存在的问题，例如，直接计数法和模拟内插法测量分辨率受限于填充时钟频率，存在±1个计数误差；时间数字转换法和游标法的分辨率受限于延迟线的分辨率，存在延迟量化误差、集成非线性、线路复杂；双混频时差法受中介晶体振荡器的影响，存在较大的长期测量漂移，不适合长时间连续测量等，本发明提供了一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法及系统，该方法利用异频信号间的双相位重合检测构成测量闸门，对测量门时内的被测频率和公共频率进行计数测量相位差的方法，通过对测量闸门开门和关门附近的重合脉冲进行计数得出相位差的修正值，从而实现超高分辨率的相位差测量。本发明的目的在于提供一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的系统，该系统包括:被测频率信号输入模块；参考频率信号输入�？椋挥胨霰徊馄德市藕攀淙肽？橄嗔樱糜诙员徊馄德市藕沤姓蔚牡谝恍藕耪文？椋挥胨霾慰计德市藕攀淙肽？橄嗔樱糜诓财德市藕诺闹苯邮质狡德屎铣善鳎挥胨鲋苯邮质狡德屎铣善飨嗔樱糜诙运鲋苯邮质狡德屎铣善鞑墓财德市藕沤姓蔚牡诙藕耪文？椋挥胨霾慰计德市藕攀淙肽？橄嗔樱糜诙圆慰计德市藕沤姓蔚牡谌藕耪文？椋挥胨龅谝恍藕耪文？榧暗诙藕耪文？橄嗔樱糜诙哉魏蟮谋徊馄德市藕偶肮财德市藕沤邢辔恢睾霞觳饧安睾下龀宓牡谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏罚挥胨龅诙藕耪文？榧暗谌藕耪文？橄嗔樱糜诙哉魏蟮墓财德市藕偶安慰计德市藕沤邢辔恢睾霞觳饧安睾下龀宓牡诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏罚挥胨龅谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏芳暗诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏废嗔樱糜诮龅谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏肥涑龅男藕抛魑判藕乓约敖龅诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏肥涑龅男藕抛魑孛判藕牛⒉攀毙藕诺拿攀辈缏罚挥胨龅谝徽蔚缏芳懊攀辈缏废嗔樱糜诮邮账龅谝徽蔚缏肥涑龅恼魏蟮谋徊馄德市藕偶懊攀辈缏肥涑龅拿攀毙藕牛诿攀毙藕诺目刂葡露哉魏蟮谋徊馄德市藕沤械纪ㄓ虢刂沟牡谝挥朊牛挥胨龅谝挥朊畔嗔樱糜谠诓饬棵攀蹦冢运腿胨龅谝挥朊诺谋徊馄德市藕沤屑剖牡谝患剖鳎挥胨龅诙蔚缏芳懊攀辈缏废嗔樱糜诮邮账龅诙蔚缏肥涑龅恼魏蟮墓财德市藕偶懊攀辈缏肥涑龅拿攀毙藕牛诿攀毙藕诺目刂葡露哉魏蟮墓财德市藕沤械纪ㄓ虢刂沟牡诙朊牛挥胨龅诙朊畔嗔樱糜谠诓饬棵攀蹦冢运腿胨龅诙朊诺墓财德市藕沤屑剖牡诙剖鳎挥胨龅谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏芳暗テ嗔樱糜诮邮照魏蟊徊馄德市藕偶肮财德市藕啪龅谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏凡闹睾下龀寮八龅テ涑龅牟慰济攀毙藕牛诓慰济攀毙藕诺目刂葡露哉魏蟊徊馄德市藕偶肮财德市藕啪龅谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏凡闹睾下龀褰械纪ㄓ虢刂沟牡谌朊牛挥胨龅诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏芳暗テ嗔樱糜诮邮照魏蟛慰计德市藕偶肮财德市藕啪龅诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏凡闹睾下龀寮八龅テ涑龅牟慰济攀毙藕牛诓慰济攀毙藕诺目刂葡露哉魏蟛慰计德市藕偶肮财德市藕啪龅诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏凡闹睾下龀褰械纪ㄓ虢刂沟牡谒挠朊牛挥胨龅谝挥朊畔嗔樱糜诙栽诓饬棵攀蹦冢允淙氲谝挥朊诺谋徊馄德市藕沤屑剖牡谝患剖鳎挥胨龅诙朊畔嗔樱糜诙栽诓饬棵攀蹦冢允淙氲诙朊诺墓财德市藕沤屑剖牡诙剖鳎挥胨龅谌朊畔嗔樱糜诙栽诓慰济攀蹦冢允淙氲谌朊诺�、并由所述第一相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲进行计数的第三计数器；与所述第四与门相连接，用于对在参考门时内，对输入第四与门的、并由所述第二相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲进行计数的第四计数器；与所述第一计数器、第二计数器、第三计数器及第四计数器相连接，用于接收所述第一计数器、第二计数器、第三计数器及第四计数器输出的数据，对数据进行处理，并获得被测频率信号与参考频率信号相位差的单片机。进一步，该系统还设置有:与所述门时产生电路相连接，用于对门时产生电路进行适当时间延迟的延时控制电路。本发明的另一目的在于提供一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法，该方法包括以下步骤:由参考频率为&的信号产生公共频率为f。的信号，将被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号输入到第一相位重合检测及重合脉冲产生电路，相位重合点作为测量闸门开门信号；将参考频率为&的信号和公共频率为f。的信号输入第二相位重合检测及重合脉冲产生电路，相位重合点作为测量闸门关门信号；在测量门时内分别对被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号计数，同时，对被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号以及参考频率为fo的信号和公共频率为f。的信号的相位重合脉冲分别计数，将所有计数值输入单片机，求得被测频率为fx的信号和参考频率为fo的信号的相位差。进一步，参考频率为&的信号与被测频率为fx的信号同频、具有相同的周期，但存在一定相位差。进一步，该方法的具体实现步骤为:参考频率为&的信号与被测频率为fx的信号同频、具有相同的周期Ttl，但存在一定相位差；参考频率为&的信号作为参考时钟控制直接数字式频率合成器产生公共频率为f。的信号，要求Qftl,周期记为T。;
将被测频率为fx的信号与公共频率为f。的信号整形后送入第一相位重合检测及重合脉冲产生电路，将参考频率为&的信号及公共频率为f。的信号整形后送入第二相位重合检测及重合脉冲产生电路；第一相位重合检测及重合脉冲产生电路的输出分为两路，一路送到门时产生电路，作为门时产生电路的开门信号，另一路送到第三与门；第二相位重合检测及重合脉冲产生电路的输出分为两路，一路送到门时产生电路，作为门时产生电路的关门信号，另一路送到第四与门；门时产生电路的输出分别送到第一与门和第二与门，控制第一与门和第二与门的打开与关闭；第一计数器和第二计数器分别对送入第一与门和第二与门的被测频率为fx的信号与公共频率为f。的信号在测量门时内进行计数，计数值为Nx和N。；单片机产生参考门时用以控制第三与门和第四与门的打开和关闭，第三计数器和第四计数器分别对送入第三与门和第四与门的重合脉冲在参考门时内进行计数，计数值为
N3 和 N4 ；将所有计数值Nx、N。、N3和N4送入单片机，单片机进行数据处理，得到最终的相位差。本发明提供的具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法及系统，第一信号整形�？槎员徊馄德市藕沤姓危苯邮质狡德屎铣善鞲菔淙氲牟慰计德市藕挪财德市藕牛诙藕耪文？槎怨财德市藕沤姓危谌藕耪文？槎圆慰计德市藕沤姓危谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏范哉魏蟮谋徊馄德市藕偶肮财德市藕沤邢辔恢睾霞觳饧安睾下龀澹诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏范哉魏蟮墓财德市藕偶安慰计德市藕沤邢辔恢睾霞觳饧安睾下龀澹攀辈缏方谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏肥涑龅男藕抛魑判藕乓约敖诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏肥涑龅男藕抛魑孛判藕牛⒉攀毙藕牛谝患剖鞫栽诓饬棵攀蹦谒腿氲谝挥朊诺谋徊馄德市藕沤屑剖诙剖鞫栽诓饬棵攀蹦谒腿氲诙朊诺墓财德市藕沤屑剖谌剖鞫栽诓慰济攀蹦谒腿氲谌朊诺闹睾下龀褰屑剖谒募剖鞫栽诓慰济攀蹦谒腿氲谒挠朊诺闹睾下龀褰屑剖テ约剖萁写恚⒒竦帽徊馄德市藕庞氩慰计德市藕畔辔徊睿焕昧揭炱敌藕偶涞乃辔恢睾霞觳夤钩刹饬空⒚牛圆饬棵攀蹦诘谋徊馄德市藕藕凸财德市藕沤屑剖饬肯辔徊睿ü圆饬空⒚趴藕凸孛鸥浇闹睾下龀褰屑剖姆椒ǖ贸鱿辔徊畹男拚担迪至顺叻直媛实南辔徊畈饬浚思剖蟛�、测量分辨率远远优于现有的填充时钟分辨率和延迟分辨率，长期漂移量小，实现电路结构简单，易于集成和产品化，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
图1是本发明实施例提供的具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量系统的结构框图。图中:1、被测频率信号输入�？椋�2、第一信号整形�？椋�3、参考频率信号输入�？椋�4、直接数字式频率合成器；5、第二信号整形�？椋�6、第三信号整形�？椋�7、第一相位重合检测及重合脉冲产生电路；8、第二相位重合检测及重合脉冲产生电路；9、门时产生电路；10、第一与门；11、第一计数器；12、第三与门；13、第三计数器；14、第四与门；15、第四计数器；16、第二与门；17、第二计数器；18、单片机；19、延时控制电路。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。图1示出了本发明实施例提供的具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。该系统包括:被测频率信号输入�？镮 ; 参考频率信号输入模块3 ；与被测频率信号输入�？镮相连接，用于对被测频率信号进行整形的第一信号整形�？�2 ；与参考频率信号输入�？�3相连接，用于产生公共频率信号的直接数字式频率合成器4 ；与直接数字式频率合成器4相连接，用于对直接数字式频率合成器4产生的公共频率信号进行整形的第二信号整形�？�5 ；与参考频率信号输入�？�3相连接，用于参考频率信号进行整形的第三信号整形�？�6 ；与第一信号整形�？�2及第二信号整形�？�5相连接，用于对整形后的被测频率信号及公共频率信号进行相位重合检测及产生重合脉冲的第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7 ;与第二信号整形�？�5及第三信号整形�？�6相连接，用于对整形后的公共频率信号及参考频率信号进行相位重合检测及产生重合脉冲的第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8 ；与第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7及第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8相连接，用于将第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7输出的信号作为开门信号以及将第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8输出的信号作为关门信号，并产生门时信号的门时产生电路9 ；与第一整形电路及门时产生电路9相连接，用于接收第一整形电路输出的整形后的被测频率信号及门时产生电路9输出的门时信号，在门时信号的控制下对整形后的被测频率信号进行导通与截止的第一与门10 ；与第一与门10相连接，用于在测量门时内，对送入第一与门10的被测频率信号进行计数的第一计数器11;与第二整形电路及门时产生电路9相连接，用于接收第二整形电路输出的整形后的公共频率信号及门时产生电路9输出的门时信号，在门时信号的控制下对整形后的公共频率信号进行导通与截止的第二与门16 ；
与第二与门16相连接，用于在测量门时内，对送入第二与门16的公共频率信号进行计数的第二计数器17 ；与第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7及单片机18相连接，用于接收整形后被测频率信号及公共频率信号经第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7产生的重合脉冲及单片机18输出的参考门时信号，在参考门时信号的控制下对整形后被测频率信号及公共频率信号经第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7产生的重合脉冲进行导通与截止的第三与门12 ；与第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8及单片机18相连接，用于接收整形后参考频率信号及公共频率信号经第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8产生的重合脉冲及单片机18输出的参考门时信号，在参考门时信号的控制下对整形后参考频率信号及公共频率信号经第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8产生的重合脉冲进行导通与截止的第四与门14 ；与第一与门10相连接，用于对在测量门时内，对输入第一与门10的被测频率信号进行计数的第一计数器11;与第二与门16相连接，用于对在测量门时内，对输入第二与门16的公共频率信号进行计数的第二计数器17 ；与第三与门12相连接,用于对在参考门时内，对输入第三与门12的、并由第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7产生的重合脉冲进行计数的第三计数器13 ；与第四与门14相连接，用于对在参考门时内，对输入第四与门14的、并由第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8产生的重合脉冲进行计数的第四计数器15 ；与第一计数器11、第二计数器17、第三计数器13及第四计数器15相连接，用于接收第一计数器11、第二计数器17、第三计数器13及第四计数器15输出的数据，对数据进行处理，并获得被测频率信号与参考频率信号相位差的单片机18。在本发明实施例中，该系统还设置有:与门时产生电路9相连接，用于对门时产生电路9进行适当时间延迟的延时控制电路19。本发明的另一目的在于提供一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法，该方法包括以下步骤:由参考频率为&的信号产生公共频率为f。的信号，将被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号输入到第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7，相位重合点作为测量闸门开门信号；将参考频率为&的信号和公共频率为f。的信号输入第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8，相位重合点作为测量闸门关门信号；在测量门时内分别对被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号计数，同时，对被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号以及参考频率为fo的信号和公共频率为f。的信号的相位重合脉冲分别计数，将所有计数值输入单片机18，求得被测频率为fx的信号和参考频率为&的信号的相位差。在本发明实施例中，参考频率为&的信号与被测频率为fx的信号同频、具有相同的周期，但存在一定相位差。
在本发明实施例中，该方法的具体实现步骤为:参考频率为&的信号与被测频率为fx的信号同频、具有相同的周期Ttl，但存在一定相位差；参考频率为&的信号作为参考时钟控制直接数字式频率合成器4产生公共频率为f。的信号，要求周期记为T。；将被测频率为fx的信号与公共频率为f。的信号整形后送入第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7，将参考频率为&的信号及公共频率为f。的信号整形后送入第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8 ；第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7的输出分为两路，一路送到门时产生电路9，作为门时产生电路9的开门信号，另一路送到第三与门12 ；第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8的输出分为两路，一路送到门时产生电路9，作为门时产生电路9的关门信号，另一路送到第四与门14;门时产生电路9的输出分别送到第一与门10和第二与门16，控制第一与门10和第二与门16的打开与关闭；第一计数器11和第二计数器17分别对送入第一与门10和第二与门16的被测频率为fx的信号与公共频率为f。的信号在测量门时内进行计数，计数值为Nx和N。；单片机18产生参考门时用以控制第三与门12和第四与门14的打开和关闭，第三计数器13和第四计数器15分别对送入第三与门12和第四与门14的重合脉冲在参考门时内进行计数，计数值为N3和N4 ；将所有计数值送入单片机18，单片机18进行数据处理，得到最终的相位差。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。本发明针对相位差测量技术中的计数和量化误差以及长期漂移大等缺点，提出了一种利用异频信号间的双相位重合检测构成测量闸门，对测量门时内的被测频率和公共频率进行计数测量相位差的方法，通过对测量闸门开门和关门附近的重合脉冲进行计数得出相位差的修正值，从而实现超高分辨率的相位差测量。本发明所要解决的技术问题是针对现有相位差测量技术中存在的不足，提供了一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法及系统，具体工作原理为:两个具有相同频率的比对信号fo和fx，其中fo为参考频率，fx为被测频率，fx和fo存在一定相位差，两信号具有相同的周期，记为Tcitj &作为参考时钟控制直接数字式频率合成器4产生公共频率f。，要求其周期记为T。。将fx和f。整形后送入第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7，将&和f。整形后送入第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8。第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7的输出分为两路，一路送到门时产生电路9，作为门时产生电路9的开门信号，另一路送到第三与门12 ;第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8的输出分为两路，一路送到门时产生电路9，作为门时产生电路9的关门信号，另一路送到第四与门14;延时控制电路19用于对门时产生电路9进行适当的时间延迟；门时产生电路9的输出分别送到第一与门10和第二与门16，用来控制第一与门10和第二与门16的打开与关闭；第一计数器11和第二计数器17分别用来对送入第一与门10和第二与门16的fx和f。在测量门时内进行计数，计数值为Nx和N。；单片机18产生参考门时用以控制第三与门12和第四与门14的打开和关闭，第三计数器13和第四计数器15分别用来对送入第三与门12和第四与门14的重合脉冲在参考门时内进行计数，计数值为N3和N4;将所有计数值Nx、N。、N3和N4送入单片机18，单片机18进行数据处理，得到最终的相位差。高精密时间相位同步技术在通讯、航空航天、导航定位等高科技领域中具有重要的作用，超高分辨率的相位差测量技术是高精密时间相位同步技术的核心，比对信号间相位差测量的准确性很大程度上决定着时间相位同步及其相关应用的精度。该具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法及系统，从原理上采用的是异频信号间相位群同步和量化相位步进原理和群相位重合原理，即两异频信号间的相位关系总是从不重合逐渐过渡到重合，再过渡到不重合的过程，而在两个相邻的相位重合点间两异频信号的相位差值以量化相位为步进值变化，这样就将两异频信号之间的相位差在两相位重合点间进行了离散化，降低了测量难度，消除了计数和量化误差；同时，通过对两相位重合点附近相位重合脉冲计数的差值，对最终的相位差进行了修正，提高了测量分辨率；由于没有采用模拟器件，长期测量漂移较小。本发明方法实现的相位差测量能到达优于皮秒的测量分辨率。该方法在公共频率与两个比对信号(被测频率和参考频率)之间的频差越小的情况下分辨率越高，即使对于频差较大的情况，也会获得比现有的相位差测量方法更好的测量分辨率。本发明实施例提供的具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法及系统，第一信号整形模块2对被测频率信号进行整形，直接数字式频率合成器4根据输入的参考频率信号产生公共频率信号，第二信号整形模块5对公共频率信号进行整形，第三信号整形�？�6对参考频率信号进行整形，第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7对整形后的被测频率信号及公共频率信号进行相位重合检测及产生重合脉冲，第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8对整形后的公共频率信号及参考频率信号进行相位重合检测及产生重合脉冲，门时产生电路9将第一相位重合检测及重合脉冲产生电路7输出的信号作为开门信号以及将第二相位重合检测及重合脉冲产生电路8输出的信号作为关门信号，并产生门时信号，第一计数器11对在测量门时内送入第一与门10的被测频率信号进行计数，第二计数器17对在测量门时内送入第二与门16的公共频率信号进行计数，第三计数器13对在参考门时内送入第三与门12的重合脉冲进行计数，第四计数器15对在参考门时内送入第四与门14的重合脉冲进行计数，单片机18对计数数据进行处理，并获得被测频率信号与参考频率信号相位差；利用两异频信号间的双相位重合检测构成测量闸门，对测量门时内的被测频率信号和公共频率信号进行计数测量相位差，通过对测量闸门开门和关门附近的重合脉冲进行计数的方法得出相位差的修正值，实现了超高分辨率的相位差测量，消除了计数误差、测量分辨率远远优于现有的填充时钟分辨率和延迟分辨率，长期漂移量小，实现电路结构简单，易于集成和产品化，实用性强，具有较强的推广与应用价值。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的系统，其特征在于，该系统包括: 被测频率信号输入�？椋� 参考频率信号输入�？椋� 与所述被测频率信号输入模块相连接，用于对被测频率信号进行整形的第一信号整形�？椋� 与所述参考频率信号输入�？橄嗔樱糜诓财德市藕诺闹苯邮质狡德屎铣善鳎� 与所述直接数字式频率合成器相连接，用于对所述直接数字式频率合成器产生的公共频率信号进行整形的第二信号整形�？椋� 与所述参考频率信号输入模块相连接，用于参考频率信号进行整形的第三信号整形�？椋� 与所述第一信号整形�？榧暗诙藕耪文？橄嗔樱糜诙哉魏蟮谋徊馄德市藕偶肮财德市藕沤邢辔恢睾霞觳饧安睾下龀宓牡谝幌辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏罚� 与所述第二信号整形�？榧暗谌藕耪文？橄嗔樱糜诙哉魏蟮墓财德市藕偶安慰计德市藕沤邢辔恢睾霞觳饧安睾下龀宓牡诙辔恢睾霞觳饧爸睾下龀宀缏罚� 与所述第一相位重合检测及重合脉冲产生电路及第二相位重合检测及重合脉冲产生电路相连接，用于将所述第一相位重合检测及重合脉冲产生电路输出的信号作为开门信号以及将所述第二相位重合检测及重合脉冲产生电路输出的信号作为关门信号，并产生门时信号的门时产生电路； 与所述第一整形电路及门时产生电路相连接，用于接收所述第一整形电路输出的整形后的被测频率信号及门时产生电路输出的门时信号，在门时信号的控制下对整形后的被测频率信号进行导通与截止的第一与门； 与所述第一与门相连接，用于在测量门时内，对送入所述第一与门的被测频率信号进行计数的第一计数器； 与所述第二整形电路及门时产生电路相连接，用于接收所述第二整形电路输出的整形后的公共频率信号及门时产生电路输出的门时信号，在门时信号的控制下对整形后的公共频率信号进行导通与截止的第二与门； 与所述第二与门相连接，用于在测量门时内，对送入所述第二与门的公共频率信号进行计数的第二计数器； 与所述第一相位重合检测及重合脉冲产生电路及单片机相连接，用于接收整形后被测频率信号及公共频率信号经所述第一相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲及所述单片机输出的参考门时信号，在参考门时信号的控制下对整形后被测频率信号及公共频率信号经所述第一相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲进行导通与截止的第三与门； 与所述第三与门相连接，用于对在参考门时内，对输入第三与门的、并由所述第一相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲进行计数的第三计数器；与所述第二相位重合检测及重合脉冲产生电路及单片机相连接，用于接收整形后参考频率信号及公共频率信号经所述第二相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲及所述单片机输出的参考门时信号，在参考门时信号的控制下对整形后参考频率信号及公共频率信号经所述第二相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲进行导通与截止的第四与门； 与所述第四与门相连接，用于对在参考门时内，对输入第四与门的、并由所述第二相位重合检测及重合脉冲产生电路产生的重合脉冲进行计数的第四计数器； 与所述第一计数器、第二计数器、第三计数器及第四计数器相连接，用于接收所述第一计数器、第二计数器、第三计数器及第四计数器输出的数据，对数据进行处理，并获得被测频率信号与参考频率信号相位差的单片机。
2.如权利要求1所述的具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的系统，其特征在于，该系统还设置有: 与所述门时产生电路相连接，用于对门时产生电路进行适当时间延迟的延时控制电路。
3.一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 由参考频率为fo的信号产生公共频率为f。的信号，将被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号输入到第一相位重合检测及重合脉冲产生电路，相位重合点作为测量闸门开门信号； 将参考频率为fo的信号和公共频率为f。的信号输入第二相位重合检测及重合脉冲产生电路，相位重合点作为测量闸门关门信号； 在测量门时内分别对被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号计数，同时，对被测频率为fx的信号和公共频率为f。的信号以及参考频率为fo的信号和公共频率为f。的信号的相位重合脉冲分别计数，将所有计数值输入单片机，求得被测频率为fx的信号和参考频率为fo的信号的相位差。
4.如权利要求3所述的具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法，其特征在于，参考频率为A的信号与被测频率为fx的信号同频、具有相同的周期，但存在一定相位差。
5.如权利要求3所述的具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法，其特征在于，该方法的具体实现步骤为: 参考频率为fo的信号与被测频率为fx的信号同频、具有相同的周期Ttl，但存在一定相位差； 参考频率为fo的信号作为参考时钟控制直接数字式频率合成器产生公共频率为f。的信号，要求Qftl,周期记为T。； 将被测频率为fx的信号与公共频率为f。的信号整形后送入第一相位重合检测及重合脉冲产生电路，将参考频率为&的信号及公共频率为f。的信号整形后送入第二相位重合检测及重合脉冲产生电路； 第一相位重合检测及重合脉冲产生电路的输出分为两路，一路送到门时产生电路，作为门时产生电路的开门信号，另一路送到第三与门；第二相位重合检测及重合脉冲产生电路的输出分为两路，一路送到门时产生电路，作为门时产生电路的关门信号，另一路送到第四与门； 门时产生电路的输出分别送到第一与门和第二与门，控制第一与门和第二与门的打开与关闭； 第一计数器和第二计数器分别对送入第一与门和第二与门的被测频率为fx的信号与公共频率为f。的信号在测量门时内进行计数，计数值为Nx和N。； 单片机产生参考门时用以控制第三与门和第四与门的打开和关闭，第三计数器和第四计数器分别对送入第三与门和第四与门的重合脉冲在参考门时内进行计数，计数值为N3和N4 ； 将所有计数值K、N。、N3和N4送入单片机，单片机进行数据处理，得到最终的相位差。
全文摘要
本发明公开了一种具有相差修正的基于双重合检测的超高分辨率相位差测量的方法及系统，利用两异频信号间的双相位重合检测构成测量闸门，第一相位重合检测及重合脉冲产生电路对被测频率信号及公共频率信号进行相位重合检测及产生重合脉冲；第二相位重合检测及重合脉冲产生电路对参考频率信号及公共频率信号进行相位重合检测及产生重合脉冲；门时产生电路根据接收的开门信号及关门信号产生门时信号，单片机根据计数数据获得被测频率信号与参考频率信号相位差；同时，对重合脉冲在测量闸门开门和关门附近时间区域内进行计数求得相位差的修正值，实现了超高分辨率的相位差测量，消除了计数误差、测量分辨率高，长期漂移量小。
文档编号G01R25/08GK103197145SQ20131006656
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月2日 优先权日2013年3月2日
发明者董绍锋, 周渭, 詹劲松, 胡为, 杜保强, 秦红波, 屈八一, 史琳, 李辰 申请人:西安电子科技大学
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