[发明专利]一种基于TDC-GP21的精密时间自动测量电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种应用于手持式数字示波表中的对触发点与采样点之间的时间间隔（△t）进行精确测量的电路和方法。

背景技术

传统的示波表多用双斜式内插技术来实现精密时间的测量，双斜式内插技术是利用电容的充放电路将微小的时间间隔展宽来测量时间。图1所示为传统的双斜式内插电路，该电路是一个快速放电（下降斜坡）、慢速充电（上升斜坡）的双斜式积分电路，因为电容器101的每次充放电电荷相等，即t_充×I_充＝t_放×I_放，所以则内插增益G＝I_放/I_充＝t_充/t_放，扩展后的波形经过比较器102的整形，作为闸门信号加到精密内插计数器103，对内插时钟Ti进行计数，计数值为i，则时间间隔Δt＝i×T_i/G。

然而，双斜式内插技术在测量精密时间间隔时存在以下问题：1）双斜式内插技术多采用模拟电路来实现，其器件布局空间大，成本高、功耗大，不适合手持式示波表；2）由于电容充放电时间的非线性，导致测量的结果存在零点误差和非线性误差；3）电容充放电性能受温度的影响非常巨大，对示波表整机的温度特性要求非常严格；4）在连续测量时，电路的测量反应速度较慢，示波表的波形更新率较慢。

发明内容

本发明提出一种基于TDC-GP21的精密时间自动测量电路，解决了现有技术中采用双斜式内插技术测量精密时间间隔，空间大、成本高、功耗大，测量的结果存在零点误差和非线性误差，示波表整机的温度特性要求非常严格，在连续测量时电路的测量反应速度较慢的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于TDC-GP21的精密时间自动测量电路，包括：第一触发器，其置位端耦接到高电平，时钟端耦接到触发信号，输出端输出第一触发信号；延时器，其输入端耦接到所述触发信号，对所述触发信号进行延时操作，输出端输出延时信号；第二触发器，其置位端耦接到所述第一触发器的输出端，时钟端耦接到所述延时器的输出端，其输出端输出第二触发信号；复用器，其输入端耦接到所述第二触发器的输出端，对所述第二触发信号进行一分二输出；第三触发器，其置位端耦接到所述复用器的第二输出端，时钟端耦接到采样时钟，输出端输出第三触发信号；第四触发器，其置位端耦接到所述第三触发器的输出端，时钟端耦接到所述采样时钟，输出端输出第四触发信号；TDC-GP21芯片，其启动端耦接到所述复用器的第一输出端，其停止端耦接到所述第四触发器的输出端；FPGA芯片，输出4路SPI读写时序信号到TDC-GP21芯片的输入端，用于配置TDC-GP21芯片的寄存器，并输出采集触发信号到所述第一触发器和第二触发器的复位端。

可选地，所述采样时钟的频率为156.25MHz。

可选地，所述FPGA芯片为XC5VLX50芯片。

可选地，所述第一触发器、第二触发器、第三触发器和第四触发器为ON Semiconductor公司的MC100LVEL31DTG芯片。

可选地，所述延时器为ON Semiconductor公司的MC100LVEL16DTG芯片。

可选地，所述复用器为ON Semiconductor公司的MC100LVEL11DTG芯片。

本发明还提供了一种基于TDC-GP21的精密时间自动测量方法，该方法使用上述基于TDC-GP21的精密时间自动测量电路进行测量，包括以下步骤：通过FPGA芯片对TDC-GP21芯片的寄存器进行配置；通过FPGA芯片向TDC-GP21芯片发送代码“INIT”以初始化TDC-GP21芯片，TDC-GP21芯片准备好接收启动信号和停止信号；通过FPGA芯片向TDC-GP21芯片发送Start TOF命令，触发一次时间测量；在测量结束时，运算器开始依照HIT1和HIT2的设置处理数据并把结果送入输出寄存器；通过FPGA芯片向TDC-GP21芯片发送代码“10110ADR”读取数据，TDC-GP21芯片从最高有效位开始输出结果。