Нониусные аналого-цифровые преобразователи временных интервалов с оперативной калибровкой

• Автор: Севастьянов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05, 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 164 с. : ил.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

1.1 Преобразователи, работающие по методу прямого счета.

1.2 Преобразователи с промежуточным преобразованием в амплитуду

1.3 Нониусный метод преобразования временных интервалов.

1.4 Многоканальный нониусный преобразователь временных интервалов

1.5 Принципы проведения калибровки между каналами нониусного

Выводы по главе 1.

2. МЕТОДЫ И СТРУКТУРЫ НОНИУСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ВРЕМЯКОД С ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКОЙ ПОГРЕШНОСТИ.

2.1 Общие принципы преобразования с оперативной калибровкой

2.2 Способ запуска всех свободных каналов на выполнение калибровки

2.3 Преобразование с накоплением статистики.

2.4 Способ с частичным перебором результатов
2.5 Структуры преобразователей с оперативной оценкой погрешности.
Выводы по главе 2.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ С ОПЕРАТИВНОЙ КАЛИБРОВКОЙ.
3.1 Методика расчета вероятности успешной калибровки
3.2 Расчет вероятности успешной калибровки при различных входных потоках.
3.3 Математическая модель нониусного преобразователя
времякод.
Выводы по главе 3.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НОНИУСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ВРЕМЯКОД С ОПЕРАТИВНОЙ КАЛИБРОВКОЙ.
4.1 Нониусный АЦП ВИ на ПЛИС.
4.2 2канальный нониусный преобразователь времякод на ПЛИС
4.3 2канальный нониусный АЦП ВИ с оперативной калибровкой 4 Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ


Все методы преобразования временных интервалов можно разделить на две группы прямые и косвенные. Методы первой группы на выходе получают непосредственно результат. Их достоинство состоит в том, что не требуется привлечение дополнительных ресурсов, они имеют максимальное быстродействие, но обратная сторона это их низкая точность. Вторая группа методов на выходе получает определенные промежуточные данные, используя которые можно с большей точностью, чем прямыми методами, вычислить код временного интервала. Соответственно недостаток косвенных методов низкое, по сравнению с прямыми методами, быстродействие. Также существуют комбинированные методы, сочетающие в себе работу прямых и косвенных методов. Рассмотрим методы различных групп, выявим их достоинства и недостатки и оценим их применимость к поставленным задачам. Преобразователи, работающие по методу прямого
Основой прямых методов составляет метод прямого счета , , , , , , в котором вычисляемый временной интервал заполняется импульсами генератора. На рисунке 1 представлена временная диаграмма преобразования измеряемого интервала в код. Генератор 1 Гг . Рис. Диаграмма преобразовании интервала в код. Такой тип преобразователя, представленный на рисунке 2, содержит генератор, счетчик, блок управления БУ и буферное запоминающее устройство БЗУ. При поступлении первого импульса на вход БУ запускается счетчик, завершающий свою работу при поступлении на вход БУ второго импульса. Затем значение счетчика по сигналу из БУ заносится в БЗУ. В случае сброса счетчика в нулевое состояние коды в БЗУ будут представлять собой коды временных интервалов. В противном случае необходим их анализ в ЭВМ. Рис. Структура преобразователя, работающего методом прямого счета. Возникновение погрешностей метода прямого счета показано на рисунке 3. Здесь характерно наличие двух погрешностей погрешность несинхронизации Дн и погрешности квантования Дк, отсчет которых может вестись как от начала периода сигнала генератора Дн, Дк, так и от середины Д н, Д к. Суммарная погрешность Д Дк Дн. Для вычисления кодов одиночных временных интервалов границы генератора и первого импульса можно совместить, что позволит исключить погрешность несинхронизации Дн. Рис. Возникновение погрешностей при использовании метода прямого счета. Разрешающая способность метода прямого счета напрямую зависит от частоты используемого генератора и скорости срабатывания счетчика. Современная элементная база обеспечивает временной квант порядка 1нс. К достоинствам метода можно отнести высокое быстродействие, низкие аппаратные затраты, возможно отсутствие ЭВМ для обработки промежуточных кодов вычисления. Недостатки проявляются в низкой точности преобразования, а также в необходимости использования скоростных счетчиков и генераторов. В последнем случае возрастает сложность устройства, что, в конечном итоге, не позволяет широко использовать его в различных областях и приложениях. Для повышения точности может использоваться интерполяция с помощью элементов задержки , , , , , но использование этого метода имеет ограничения. Реально работающие устройства обычно имеют разрешение примерно в 8 раз лучше по сравнению с методом прямого счета. Метод преобразования времякод с промежуточным преобразованием в амплитуду является одним из наиболее точных в настоящее время , . Одним из амплитудновременных методов определения временных интервалов является метод Уилкинсона , суть которого в том, что длительность измеряемого интервала растягивается в определнное число раз с помощью заряда и последующего разряда конденсатора. Коэффициент растяжения равен отношению зарядного тока к разрядному. Растянутый интервал оцифровывается, как правило, прямым счтом. Метод Уилкинсона в сочетании с оцифровкой прямым счтом позволяет получить минимальную цену деления канала порядка десятков пикосекунд. Устройство, функциональная схема которого представлена на рисунке 4, состоит из входного устройства ВУ, генератора, счетчика, блока управления БУ, ЭВМ и схемы растяжки времени СРВ. Рнс. Структура преобразователя, работающего по метолу Уилкинсона.