[发明专利]一种基于时间幅度变换法的时间数字转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间数字转换器，特别是一种基于时间幅度变换法的时间数字转换器。

背景技术

为了满足不同应用需求，人们发展了不同的时间数字转换方法，从设计思想上分为三种：直接计数法、延迟线法和时间幅度变换法。直接计数法原理简单，但计数器工作需要的时钟频率难以做到很高，这直接影响了转换精度。延迟线法利用半导体工艺易于制作和集成，转换精度高，但测量时间的动态范围受到限制。

时间幅度变换法利用时间间隔长度与某种物理量幅度变化量的对应关系，通过测量幅度变化量，间接计算出时间间隔长度。最常用的是RC电路，对电容进行充放电，测量电容两端电压的变化量。普通的RC电路存在电容漏电，电容放电时间长等问题，后来提出了改进型的RC电路以及能获取较高转换精度的时间放大技术，但总体来说，这种方法虽然能获得较高的转换精度，但存在较大的死区时间(测量间隔时间)以及测量时间动态范围小的缺点。

发明内容

为了解决传统时间幅度变换法中存在的诸多缺点，本发明提供了一种基于时间幅度变换的时间数字转换器，利用对称的正三角波电压模拟信号的特性，先将被测时间长度转换为对称的正三角波电压模拟信号的电压变化量，然后处理获取的电压数据，最终得到时间数字转换的结果。

本发明提供的一种基于时间幅度变换法的时间数字转换器，采用如下技术方案：

一种基于时间幅度变换法的时间数字转换器，采用三角波发生装置、数据采集装置和数据接收与处理装置测量第一触发信号的触发沿与第二触发信号的触发沿的时差信息，其特征在于所述三角波发生装置包括三角波发生器及其控制电路；所述数据采集装置包括A/D转换器和信号波峰波谷计数器；所述数据接收与处理装置包括数据转换传输装置与数据计算装置；所述三角波发生器在控制电路的控制下输出对称的正三角波电压模拟信号；所述数据采集装置采集所述三角波发生器输出的对称的正三角波电压模拟信号；所述第一触发信号的触发沿或所述第二触发信号的触发沿到来时，所述A/D转换器采集并保持此刻的对称的正三角波电压模拟信号的电压值；所述第一触发信号的触发沿到所述第二触发信号的触发沿的时间内，所述信号波峰波谷计数器记录对称的正三角波电压模拟信号的波峰和波谷信息；所述数据接收与处理装置接收并处理所述数据采集装置获取的数据；所述数据转换传输装置把所述数据采集装置获取的数据转换后传给所述数据计算装置，计算得到第一触发信号的触发沿与第二触发信号的触发沿的时差信息。

其中，所述三角波发生器输出对称的正三角波电压模拟信号，要求输出信号的频率稳定性高，非线性失真小。

其中，所述三角波发生器控制电路控制三角波发生器的工作状态，调节所输出的对称的正三角波电压模拟信号的频率和峰值。

其中，所述的A/D转换器有两个，模数转换精度满足时间数字转换精度的要求，模数转换时间满足测量间隔时间的要求，且具备外触发控制功能，通过第一触发信号或第二触发信号控制A/D转换器的工作状态。

其中，所述信号波峰波谷计数器记录信号波峰数、波谷数和区分记录的第一个计数的类型(无计数或波峰或波谷)，且具备计数控制功能，通过第一触发信号和第二触发信号控制信号波峰波谷计数器的工作状态。

其中，所述数据转换传输装置具备数据格式转换及传输的功能，输出的数据格式满足所述数据计算装置的要求。

本发明的主要特色：具有时间数字转换精度高，测量间隔时间短和时间的动态测量范围得到极大扩展的优点。

本发明的效益与应用前景：本发明在时间幅度变换法的基础上，充分利用对称的正三角波电压模拟信号的特性，实现了高精度、短测量间隔时间和时间动态测量范围大的时间数字转换。本发明可以应用到激光测距和激光三维测量相关领域。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种基于时间幅度变换法的时间数字转换器的结构框图

图2为本发明的一种基于时间幅度变换法的时间数字转换器的信号时序图

具体实施方式