[发明专利]基于现场可编程门阵列的回波飞行时间测量方法

摘要

一种基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法，该回波飞行时间测量方法以脉冲计数法为基础，通过相位延迟技术实现时间插值，能够达到时间测量精度为90ps以下，克服了直接法要实现100ps的分辨率，其计数频率要达到10GHz，信号达到微波段，这样的信号不仅难以产生，准确性也难以保证的缺点；也克服了模拟内插法在集成芯片中难以采用，可能存在起点死区、终点死区和零区非线性的问题，导致模拟过程的非线性不易控制，抖动及非线性带来的误差可能高达几十ps的缺陷；还克服了延迟时间内插法的当测量较大时间间隔时，延迟线数量将大大增加，延迟线长度的增加导致了积分非线性的缺陷。

主权项

1.一种基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：将10MHz-100MHz范围的低频时钟信号(2)输入到现场可编程门阵列系统(1)的倍频/锁相模块(3)中，通过倍频/锁相模块(3)中的锁相环技术将低频时钟信号(2)的时钟频率提高为550MHz以上的高频时钟信号(4)，并将该高频时钟信号(4)输出到现场可编程门阵列系统(1)的数字时钟管理去抖模块(5)中；步骤2：通过数字时钟管理去抖模块(5)中的时钟管理技术对高频时钟信号(4)做去抖动处理，降低高频时钟信号(4)的抖动和歪斜，得到稳定的550MHz以上的高频参考时钟信号(6)，并将该高频参考时钟信号(6)输出到现场可编程门阵列系统(1)的相位延迟内插模块(7)中；步骤3：将被测回波飞行时间的计时开始信号(8)和计时结束信号(9)输入到脉冲生成及整形电路(10)中，使计时开始信号(8)和计时结束信号(9)分别生成边沿陡峭的开始Start信号(11)和边沿陡峭的结束Stop信号(12)，并将该开始Start信号(11)和结束Stop信号(12)输出到现场可编程门阵列系统(1)的n组可控双边沿计数器(14)中，其中n为大于或等于1的正整数；步骤4：然后对输入高频参考时钟信号(6)做延迟内插，得到n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13，并把参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13依次输出到n组可控双边沿计数器(14)中，其中，i为大于或等于1且小于或等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数；步骤5：n组可控双边沿计数器(14)分别根据各自对应的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}(13)对开始Start信号(11)和结束Stop信号(12)之间的回波飞行时间做多相位多时钟脉冲填充，得到含参考时钟相位信息的被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期，并将被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15输出到现场可编程门阵列系统1的数据处理模块(16)中；步骤6：在数据处理模块(16)中对被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15做算术平均处理，得到被测飞行时间T(21)，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期；步骤7：将被测飞行时间T(21)送入先进先出寄存器(22)；步骤8：随后将被测飞行时间T(21)按先进先出的顺序送入到显示器(23)中进行顺序显示。