特殊时间间隔的测量

　　现代电子测量中，要对一些代表重要时间信息的电信号进行测量处理，比如一些特殊时间间隔如信号上升/下降时间、占空比以及信号延迟提出了测量提出了要求，而上述测量由于较高的数据速率和较低的电压变化范围，使得测量存在一定困难。笔者利用上述信号的规律性，结合相位重合检测技术，借助相对简单的电路，对上述短时间间隔测量提出了基于锁相环以及相位重合检测的实现方法。

　　1 测量原理

　　根据相位重合检测理论，两周期性信号之间存在其最小公倍数周期minT ，也就是两信号间最大公因子频率maxf 的周期。两周期性信号 f1和 f2之间的量化相移分辨力为

　　当1 maxf = A f，2 maxf = B f时，其中 A 和 B 两个正整数互素。若 A>B 时，则在一个minT 周期内两信号间的量化相位差个数为 B，它们分别等于两信号间的相对初始相位差值加上 0， T ，2 T ，3 T ，…，(B-1) T 。如果两比对信号频率稳定度足够高、之间有接近的频率值并在此基础上有一定的频差，则它们之间的相位相对变化是单方向的，即相对相位差值是逐渐递增的。高精度测量中一个重要的问题是如何使待测时间间隔和已知频率信号之间的相位相关，而不是一种随机相位关系。

　　首先分析图 1 所示采样波形。首先约定用 W代表待测信号波形，设它的频率为 f，周期为τ ;M与 N 为互素的正整数;采样时钟为Sf ，周期为sτ。

　　在 1UTP(一个单元的采样周期)内，包括 M 个周期的目标波形 W，进行了 N 次采样，即存在式(2)关系。图 1(a)给出了 M=6，N=5 时采样情况;图1(c)给出了 M=7，N=5 时采样情况

　　通常，采样得到的相位在 W 中的顺序与它在时间上的顺序是不同的，如图 1(d)所示。如果对 M，N 取特殊的值，令 M=N+1，则二者的顺序是一致的，如图 1(c)所示。根据公式(3)，每一次采样相位提前 φ= 2π/ N，第 N 次采样时整个相位变化了2 π ( N 1) /N。

　　对应式(1)，可以认为 f =f1，=τ1T ，Sf =f2，ST =τ2，ST =Nτmin，在 M=N+1 时，Sf =maxAf =maxMf =(N+1)maxf ，2f =maxBf =maxNf ，量化相移分辨率为

2 系统设计

　　2.1 相关信号的产生

　　实际应用中，目标波形 W 的周期是固定的、参数待测的，关键问题是如何产生采样时钟 fs来保证它与 W 的相位关系，这里采用的是锁相环方法。如图 2(a)所示，信号 f 与 f　　s间的相关性 Nf=Mfs是通过 M，N 分频实现的，两个计数器的输出仅仅是相位不同，具有相同的周期;图 2(b)描述了两信号间的时序关系;图 2(c)给出了第一次采样时对应的相位关系.