用於精確數字測定信號脈衝序列的時間或相位位置的方法和裝置的製作方法

2023-12-04 21:16:11 3

專利名稱：用於精確數字測定信號脈衝序列的時間或相位位置的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於精確數字測定信號脈衝序列相對於某固定時間或參考頻率的時間或相位位置的方法和裝置。測量時，本發明的裝置可給出相應於某一時間的測量值的相應的數字，並在其輸出端直接給出所說的測量值。
在已有技術中，主要有兩種測定信號脈衝序列的時間或相位位置的方法，它們分別是零交叉測時法和複合矢量法。
使用零交叉法時，是通過在脈衝序列發生符號變化的那些時刻，用參考分頻器鏈記錄它們的位置，從而獲得所需的時間信息。
採用這種方法所獲得的時間解析度，僅僅是產生在參考分頻器鏈輸入端的最高參考頻率信號的一個周期。例如，若要測定重複頻率為1兆赫、解析度為1度的脈衝序列的相位位置，就必須在分頻器鏈的輸入端施加頻率為360兆赫的信號。因此，即使對於具有中等解析度的低頻脈衝序列，也需要使用動作非常快的邏輯組件來測定其相位。
使用複合矢量法時，若所需的信息包含在脈衝序列的正弦基頻分量中，則需通過平衡混頻器分析正、餘弦參考頻率的相關性，從而濾出這個正弦分量並把其分解成兩個正交分量。因此，為了測定相位，接下來需要對這兩個結果進行數位化處理，並用計算機計算它們之比的反正切。
上述第一種方法存在的問題是，即使在進行相對簡單的相位測量時，也需要使用非常高級的邏輯組件。
上述第二種方法存在的問題是，由於模擬相關器自身的不完善，使該方法的使用受到很大的限制，而且，該方法還需要在計算機中計算反正切，從而大大增加了該方法的複雜性。
本發明的裝置的特徵在於權利要求所述的那些創造性特點和對上述問題的解決。本發明的裝置的特徵還在於，在使用時，是將脈衝序列提供至脈衝形成器(限制器)，後者給出傳號/空號比約為50/50的方波;該方波和N個(比如說，4個)參考頻率方波信號一起提供給N個異或電路，這些參考信號在時間上依次相差N分之一個周期;或是從高頻開始對所說的頻率向下進行分頻，或是使用延遲線，都能得到所需的依次的時間差，至於採用這些方法中的哪一個，是不重要的;用比較電路對異或電路給出的N個輸出信號的傳號/空號比進行相互比較，以確定信號相位位於N個相位區中的哪一個;隨後，選擇脈衝傳號/空號比最接近50/50的信號，通過低通濾波器濾波，並通過模數轉換器進行數位化處理以形成二進位碼，該二進位碼給出在已確定的相位區內的更精細的相位信息。本發明的裝置所具有的超過已有技術的優點是，它能夠以比參考時鐘所可能達到的最高頻率的一個周期更大的精確度來測量或測定時間，同時，無需配置特別高速的邏輯組件就能夠提高該裝置的工作頻率，而且，參考時鐘頻率可以不與被測脈衝序列的頻率精確相應。
一種精確數字測定電信系統中信號脈衝序列的時間或相位位置的方法，其特徵在於對信號(WT)進行脈衝形成以形成方波脈衝序列;將該脈衝序列與多個相互有時間偏移的方波參考信號(RCL0-RCL3)進行比較，以便根據所說的比較結果形成新信號(MS0-MS3);通過所謂的比較最大值中的最小值(MINofMAX)的運算對所說的各新信號進行相互比較;對其脈衝傳號/空號比最接近預定脈衝傳號/空號比的信號進行模/數轉換，以把所說的數字形式信號轉換成二進位碼，所說的轉換是結合在所說的模數轉換前從所說的信號中選取的數字(B1-B3)一起進行的;通過添加或扣除預定的數字序列的方式，所說的二進位碼能夠對由脈衝序列的取樣頻率和/或參考頻率和該頻率之間的頻率差所導致的系統誤差進行修正。
下面，參考本發明的實施例和附圖，對本發明的裝置進行更詳細的描述。


圖1示出的是信號的脈衝形成和時間偏移。
圖2示出的是在異或電路的輸出端脈衝傳號/空號比(佔空比)的變化。
圖3示出了本發明的比較電路的示意圖。
圖4示出了本發明的裝置的方框圖。
正如圖1所明顯示出的那樣，模擬形式的脈衝序列WT提供至限制器L的輸入端，由限制器形成脈衝型信號，以便在限制器的輸出端產生脈衝傳號/空號比為50/50的方波。該方波提供給N個異或門的每一個的第一輸入端，在這一實施例中為4個門，其參考標記分別為OR0-OR3。參考時鐘信號RCL0-RCL3提供至所說每一個門的第二輸入端。各參考時鐘信號均為方波信號，而且在時間上依次相差1/N個周期。正如圖2所明顯示出的那樣，每一個異或門的輸出信號均為方波信號MS0-MS3中的一個，且其頻率為相應門的輸入信號頻率的兩倍，其傳號/空號比取決於該異或門的兩個輸入信號的相互間的時間。該圖示出了由各異或門OR0-OR3輸出的信號MS0-MS3的傳號/空號比的變化，該變化是脈衝序列計時與參考時鐘計時間關係的函數。
由於尚不能明確確定包含該相位的180度的範圍，所以要從一個信號異或門的輸出信號中獲得兩個輸入信號間的時間，尚有一些不確定的因素。但是，通過對多個異或門的輸出信號進行比較，可以解決這個問題。例如在這一實施例中，N＝4，因而能夠立刻確定出在參考時鐘計時周期的哪八分之一周期中發生有輸入信號的轉變。這是通過下述的比較最大值中的最小值(MINofMAX)的運算，對各門OR0-OR3的輸出信號的傳號/空號比進行比較來實現的。
表1若MS0＞MS2，則取B1＝0，否則，取B1＝1;
若MS1＞MS3，則取B2＝0，否則，取B2＝1;
若MAX(MS0，MS2)＞MAX(MS1，MS3)，則取B3＝0，否則，取B3＝1。在通過適當的代碼轉換把格雷碼轉換為二進位碼或其它輸出信號碼之後，在所需時間測量過程中，B1、B2、B3確定著三個最高有效位。
在信號的零交叉計時所在的八分園內，三位數位B1、B2、B3與該八分園1∶1相對應。
藉助如圖3所示的這種NPN和PNP射極跟隨器的組合電路能夠實現上述所謂的比較最大值中的最小值的運算，儘管藉助比較電路(比較器)、開關和邏輯電路也能夠實現上述的運算。因此，圖3示出了一種根據表1確定有效測量值的三個最高有效位的方法。
在測量時，為了能夠確定三個最低有效位LSB，需要更加精確地確定在異或門OR0-OR3中的至少一個門輸出的輸出信號的傳號/空號比。實際上，選擇其信號傳號/空號比儘可能接近50/50的門是有益處的，因為這種脈衝形式對於由慢速邏輯硬體的有限上升時間所導致的失真不太敏感。在這種情況下，根據上述方法而確定的三個最高有效位B1、B2、B3可以用來選擇具有這種特性的、可進行更精細分析的脈衝，該脈衝是在進行比較最大值中的最小值的運算後得到的脈衝。
正如圖4所示，對傳號/空號比的更精細的測量，是利用低通濾波器LP0-LP3獲取信號的平均值，然後利用模/數轉換器AD進行模數轉換來實現的。在應用於高速運行的情況下，可以使用，比如說，「FLASH」型這樣的4位模數轉換器。各低通濾波器的輸入端與相應的異或電路OR0-OR3的輸出端相連。濾波器的輸出端與比較電路CO的輸入端相連接，並與多路調製器M的輸入端相連接。比較電路的輸出，即最高有效位B1、B2、B3，提供至多路調製器M的輸入端，以控制對脈衝傳號/空號比最接近於50/50的異或門輸出信號(MS0-MS3)的選擇。最高有效位的值還提供至代碼轉換器CC的輸入端。代碼轉換器可以由分立的邏輯門構成，亦可以由ROM存儲器中的查找表構成。該存儲器地址包括三個數位B1、B2、B3和用於所說模/數轉換結果的數位(第四位或更多的位)。存儲器的內容包括與每一可能的輸入位陣形式相對應的所需的輸出碼。多路調製器輸出的信號提供給所說模/數轉換器AD的輸入端，模/數轉換器的輸出端與所說代碼轉換器CC相應的輸入端相連，而代碼轉換器的輸出為二進位代碼信號。當四位模/數轉換器以這種方式與三個最高有效位B1、B2、B3相結合時，在相位測量過程中能夠得到7個數位的精度。因此，無需採用高於1兆赫的參考時鐘頻率，就能夠以1/128微秒(8毫微秒)的時間解析度測定重複頻率為1兆赫的脈衝序列的運行時間。
如果需要用常規的二進位碼給出時間測量的結果，三個最高有效位需要由格雷碼轉換成二進位碼，而且需要在交變八分園(alternatingoctanes)內補足三個最低有效位LSB。這一工作可以通過常規的邏輯運算、查存儲表或軟體來實現。
對於脈衝序列的預計頻率和參考計時頻率之間的任何差異，二進位代碼輸出將有助予輸出值的修正。若假設脈衝序列的預計正常頻率為1000003赫茲，而所用的參考計時頻率恰好為1000000赫茲。為簡單起見，假設測量精度為7個數位，每秒測量128次。那麼，在修正前，二進位數值的序列將有如下的排列……59，62，65……，122，125，0，3，6，9……這表明由於所說的頻率差為3，所以每步增量為3，模為128。若採用其內容在每次採樣時增量為3，模為128的7位外存儲器，則能夠對其加以修正，即在輸出信號輸出之前，從測量值中將這個值扣除掉。
當採樣周期與參考時鐘偏置之間的關係更為複雜時，亦可以採用類似的技術進行處理，該技術包括，比如說，在存儲器中存儲整個周期的修正值，或是增加具有部分參數的存儲器的字長。
這表明，能夠使用已物化在邏輯軟體或硬體中的算術運算來補償脈衝序列的測量頻率(取樣率)、參考時鐘和中頻之間的非整數關係。
正如上面已明顯示出的那樣，本發明的裝置無需使用非常高速的邏輯組件，就能夠有效的提高所獲得的測量精度。
權利要求
1.一種用於精確數字測定在電信系統中的信號脈衝序列的時間或相位位置的方法，其特徵在於對信號(WT)進行脈衝形成以形成方波脈衝序列，將該脈衝序列與多個相互有時間偏移的方波參考信號(RCL0-RCL3)進行比較，以便由所說的比較結果形成新信號(MS0-MS3)；通過所謂的比較最大值中的最小值運算對所說的各新信號進行相互比較；對脈衝傳號/空號比最接近於預定脈衝傳號/空號比的信號進行模/數轉換，以便把所說的數字形式信號轉換成二進位碼，所說的轉換是結合在所說的模/數轉換前從所說的信號中選取的數字(B1-B3)一起進行的；通過添加或扣除預定的數字序列的方式，所說的二進位碼能夠對由脈衝序列的取樣頻率和/或參考頻率和該頻率之間的頻率差所導致的系統誤差進行修正。
2.一種採用如權利要求1所述方法精確數字測定電信系統中的信號脈衝序列的時間或相位位置的裝置，其特徵在於將信號(WT)提供給用於脈衝形成的限制器(L)的輸入端;所得到的方波形脈衝序列由限制器的輸出端傳輸給多個異或門(OR0-OR3)的第一輸入端，參考時鐘信號(RCL0-RCL3)提供至每一個門的第二輸入端，所說時鐘信號彼此之間在時間上依次有偏移，各門電路的每一輸出端產生具有一定頻率和一定傳號/空號比的輸出信號，所說的脈衝傳號/空號比隨所說的第一和第二輸入端的輸入信號之比的不同而不同;從所說的門電路(OR0-OR3)輸出的信號(MS0-MS3)提供至多路調製器(M)和比較電路(CO)的輸入端，在該比較電路中進行比較最大值中的最小值(MIN of MAX)的運算;比較各輸出信號(MS0-MS3)的脈衝傳號/空號比;隨後，所說輸出信號中其脈衝傳號/空號比最接近預定脈衝傳號/空號比的信號，從所說脈衝序列的輸出端，通過所說的多路調製器(M)，提供至模/數轉換器(AD)的輸入端，並且還以數字形式提供至代碼轉換器(CC)的第一輸入端;代碼轉換器的第二輸入端接收由在所說的模/數轉換前的脈衝序列確定的信號數位(B1-B3);從代碼轉換器的第一和第二輸入端輸入的信號將轉換成二進位形式，並由轉換器的輸出端輸出。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於所說的已確定的信號數位(B1-B3)構成該脈衝序列的三個最高有效位。
4.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於所說的預定脈衝傳號/空號比的值為50/50。
5.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於當具有參考頻率的信號的總數為N時，所說的各參考頻率信號間的時間偏移為N分之一個計時周期。
6.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於為了更精確地測定所說的脈衝傳號/空號比，門電路(OR0-OR3)的輸出端與相應的低通濾波器(LP0-LP3)的輸入端相連，而濾波器的輸出端再與比較電路(CO)和多路調製器(M)的輸入端相連。
全文摘要
在多個異或門(OR0-OR3)中將脈衝序列與多個在時間上有相互偏移的參考時鐘信號(RCLO-RCL3)進行比較，各門的輸出信號(MS0-MS3)送入比較電路(CO)以比較各信號的脈衝傳號/空號比，由轉換器(AD)對所選出的信號進行模數轉換，由代碼轉換器(CC)對該數字形式的脈衝序列和三個最高有效數位進行代碼轉換。通過添加或扣除預定的數字序列，所給出的二進位碼能夠對由脈衝序列的取樣頻率和/或參考頻率和該頻率之間的頻率差所導致的系統偏差進行修正。
文檔編號G01R25/00GK1046607SQ9010246
公開日1990年10月31日 申請日期1990年4月20日 優先權日1989年4月20日
發明者保羅·威爾金森·登特 申請人:艾利森電話股份有限公司