[实用新型]毫秒级保持时间的时间间隔采样电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及时间间隔测量领域，具体的讲是毫秒级保持时间的时间间隔采样电路。

背景技术

时间间隔测量技术在各种科学实验中扮演着非常重要的角色，广泛的应用在脉冲雷达测距、高速摄影、无源时差定位、激光脉冲打靶以及卫星导航等领域中，受到了各个应用领域工程技术的关注。如何提高时间间隔测量的精确度一直是广大工程技术人员和计量测试技术研究人员努力的方向。目前国内外比较成熟的时间间隔测量方法主要有电子计数法、模拟内插法、延时线内插法、游标法、电流积分法等。其中模拟内插法、延时线内插法和游标法是电子计数法的延伸。

电子计数器延时的方法类似于分频的方法，当计数器计数到设定值（N）时，计数时间等于延迟时间（t），延时完成。延迟时间的运算表达式如下：

t=NT=N（1/f）

上式中T为计数器工作时钟周期，f为时钟频率。

电子计数法的特点是：测量范围广、容易实现、可实时处理，同时也存在时标误差和原理误差，限制了其测量精度。从以上分析可知若要获得较高的测量精确度，必须提高量化时钟的频率，这样会带来对电路工艺的要求增加、成本上升、较难实现等问题。

电流积分技术是时间间隔测量中较早实用的一种方法，这种方法中，电容C被恒流源I充电，充电开始被一个t1时刻的“起始”信号控制，充电结束被一个t2时刻的“停止”信号控制。这样存储在电容上的电荷和“起始”至“停止”之间的时间间隔成正比，电容上的压降也和“起始”、“停止”信号之间的时间成正比，电容被充电后的电压为：

V_cap=I(t2-t1)/C

在实际应用中，由于ECL（发射极耦合逻辑电路）电流开关存在无法完全关断的现像，致使电容C上电压在恒流源充电后转入恒压充电，线性充电时间只能保持十几纳秒，造成电容C上电压无法有效测量。

实用新型内容

本实用新型提供了一种毫秒级保持时间的时间间隔采样电路，针对电子计数法和电流积分法的时间间隔测量方法中精度不高的问题，提高测量的精度。

本实用新型毫秒级保持时间的时间间隔采样电路，包括有输入单元、恒流单元和缓存单元，输入单元通过电容充放单元与缓存单元连接，恒流单元通过开关单元与所述电容充放单元连接后，经所述缓存单元输出；在电容充放单元中具有接收输入单元输入的第一运算放大器，第一二极管的负极连接第一运算放大器，正极分别连接缓存单元和一端接地的电容；在开关单元中设有接收输入单元输入的电流开关，电流开关的一路输出经第六电阻接地，另一路输出经串联的第五电阻和第二二极管与第一二极管的正极连接，在第五电阻和第二二极管之间接有接地的第七电阻。

在本实用新型的电路中，恒流单元、输入单元和缓存单元可以延用现有采样电路的电路结构，恒流单元主要为电容提供恒流充电电流，设计恒流源输出电流可以为10mA（毫安）并具有抑制温度漂移特性。在开关单元和电容充放单元中与现有电路相比做了明显的改进。电容充放单元中使用第一运算放大器和第一二极管构成了高速开关；由第五电阻、第七电阻和第二二极管构成了加速电流开关关断并增加电容上电压保持的时间的结构，由此使电容上电压保持时间增长至数十毫秒，以便于测量。经测试，本实用新型电路的测量时间范围为0～30ns（纳秒），测量分辨率200ps（皮秒，即10^-12秒）。

具体的，所述开关单元为ECL（发射极耦合逻辑电路）电流开关，是由两个相同的PNP三极管构成，组成类似差分放大器的结构。所述两个PNP三极管的发射极连接在一起，两个PNP三极管的基极分别连接输入单元的输出端。

其中一个PNP三极管的集电极经串联的第五电阻和第二二极管接电容，第七电阻的阻值较大，另一个PNP三极管的集电极接第六电阻后连接到地。接电容的支路是主要解决ECL电流开关无法完全关断的问题。当ECL电流开关无法完全关断时，电容上的电压会持续上升造成测量不准，当ECL电流开关翻转时，第二二极管正极电压加速降低，使第二二极管反偏截止，这样解决了ECL电流开关无法完全关断造成充电电容电压持续上升的现象，增长充电电容上线性充电电压保持时间，以便于测量。