[实用新型]基于FPGA的时间间隔测量仪

说明书

技术领域

本实用新型属于数据采集技术领域，具体涉及一种基于FPGA的时间间隔测量仪，用于测量一个起始脉冲和多个停止脉冲之间的时间间隔以及停止脉冲的脉冲宽度。

背景技术

精密时间间隔测量广泛地应用于各种科学试验中，用作时间间隔测量的仪器包括通用计数器、数字存储示波器、多通道时间间隔测量仪都有各自的特点。通用计数器价格昂贵，操作不便、测量通道很少，已逐渐退出时间间隔测量的场合。示波器一直在电子测量仪器中占领着主要的地位，但独立的测试点数量达到几十几百个时，示波器的通道数量就显得过少，几百个测试点就需要购买上百台示波器，价格相当昂贵。示波器虽然有强大的功能，但在作专门用来作多路时间间隔测量时，它的其他绝大部分功能都难以用上，这在资金上就造成了浪费。示波器数量过多，一定程度上会降低实验的可靠性，也增加了整个实验系统集成化的困难。法国汤姆逊公司的TSN-632型多通道精密数字测量仪，国产的32路时间间隔测量仪，因操作简单、测量准确和测量通道数多而在科研实验中被大量使用。但随着技术的发展和实验的要求越来越高，时间间隔测量仪仍需要进一步改进，一是它的串行接口不能满足测试系统自动化的要求；二是电路部分多为分立式元件，集成度不高，因而结构复杂，安装不便，可靠性还需要提高；三是机箱过于笨重，强度不够，承重能力较差，且拆卸不便，给维修带来了困难。

中国专利文献公开号101013304A公开了名称为《一种高精度时间间隔测量PCI卡》的专利申请技术，该技术由于采用专用芯片，测量通道较少，可扩展性较差；由于采用PCI作为数据接口，可靠性和抗干扰性较差，不适合用于高可靠性、多通道等测量要求高的场合。

发明内容

本实用新型提供一种基于FPGA的时间间隔测量仪。

本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪由硬件系统和控制软件组成虚拟仪器，其中硬件系统包括用于时间间隔测量的板卡和PXI系统，板卡以FPGA为时间间隔测量的核心，板卡由前端信号调理单元、时间/数据转换单元、数据接口单元组成；安装设置在PXI系统的控制软件包括以Windriver为开发平台的驱动程序和以VB为开发平台控制程序。

本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪，以PXI接口为平台设计成为虚拟仪器，一个PXI系统可插多个PXI板卡，每个板卡可对1个起始通道与多个停止通道的信号进行时间间隔测量，同时测量停止脉冲的脉冲宽度。本实用新型的时间间隔测量仪利用锁相环倍频和时钟分相技术，测量分辨率可达到1ns，测量范围可达20ns～200ms。本实用新型的基于FPGA的时间间隔测量仪的每个板卡上的测时功能仅在一片FPGA中实现，由于采用虚拟仪器结构，利用PXI平台与计算机结合组成自动测试系统，不仅结构简单，使用方便，而且可靠性高，可扩展性强，极大地提高了测量效率。

附图说明

图1本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的原理框图

图2本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪实施例的四级时钟分相时序示意图；

图3本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的硬件结构框图；

图4本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的软件结构框图；

图5本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的前端信号调理结构框图；

图6本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的时钟倍频和时钟分相设计原理图；

图7本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的四个计数器对分相时钟分别计数的设计原理图；

图8本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪在FPGA中数据处理及数据传输框图；

图9本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的控制软件总流程图；

图10本实用新型的一种基于FPGA的时间间隔测量仪的应用软件界面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。