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時(shí)間間隔分析儀研究
l、引言隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，通信事業(yè)得到了飛速發(fā)展，信息的傳送也由模擬傳輸轉(zhuǎn)向數(shù)字傳輸，信息越來越多地作為數(shù)字脈沖之間的時(shí)間或相位的變化而傳送出去。這樣，對數(shù)字信號進(jìn)行測量與分析，在現(xiàn)代通信中就顯得尤為重要。
以往，精確地測量幅度一直是許多傳統(tǒng)儀器的基礎(chǔ)，示波器、頻譜分析儀、功率計(jì)、電壓表均將模擬電壓作為它們的測量對象。甚至于測量幅度和相位的矢量分析儀，也是通過測量兩個模擬電壓值，即I和Q分量來導(dǎo)出測量結(jié)果。
這種利用模擬電壓來測量的儀器隨著現(xiàn)代調(diào)制方法的出現(xiàn)而陷入了困境。因?yàn)闉榱丝煽康剡M(jìn)行通信，現(xiàn)代調(diào)制方法更鐘情于頻率和相位調(diào)制的擴(kuò)頻信號，而不希望用調(diào)幅信號，例如普通的FM、PM和脈寬調(diào)制以及現(xiàn)代的FSK、PSK和QPR。雷達(dá)為保證一定的作用距離及高距離分辨率，采|用Barker碼調(diào)制〈相位調(diào)制）和chirp調(diào)制（頻率調(diào)制）。在Q刷信號中，相位比幅度中包含更多的信息。上述這些信號的保真度是由頻率、相位和時(shí)間的準(zhǔn)確性決定的，因而，有效、準(zhǔn)確地測量頻率、相位和時(shí)間是對測試這類信號的專用儀器的最基本要求。
為此，提出了在調(diào)制域中對現(xiàn)代信號進(jìn)行測試與分析，這樣在調(diào)制域中開發(fā)和研制測試儀器也就尤為重要，精密時(shí)間間隔分析儀正是在此種情況下研制和開發(fā)的。
2、時(shí)間間隔分析儀的基本原理
2.1相位數(shù)字化
相位數(shù)字化是采集、計(jì)算信號特定斜率的零點(diǎn)，丟棄幅度信息。由于數(shù)據(jù)是相位、頻率或時(shí)間形式，因此避免了三角函數(shù)，取而代之的是如直線和拋物線等簡單函數(shù)。因此，即使是相當(dāng)復(fù)雜的調(diào)制信號，分析起來也相當(dāng)簡單。
相位數(shù)字化是由硬件記錄信號的周期數(shù)及與之對應(yīng)的時(shí)間，由此進(jìn)行處理得到測量結(jié)果。
考慮一個調(diào)制信號
其中φ(t)是單調(diào)遞增的，在正斜率的零點(diǎn)處進(jìn)行采樣。第I個事件樣點(diǎn)ei和第I個時(shí)間樣點(diǎn)ti滿足簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系：
式中ei為整數(shù)，且ti有最小的最化值。
2.2時(shí)間間隔分析儀的基本原理
基于相位數(shù)字化方法，給出了圖1所示的時(shí)間間隔基本原理框圖，主要由三部分構(gòu)成：輸入通道、測量硬件和微處理器系統(tǒng)。
輸入通道主要由阻抗變換電路、輸入開關(guān)陣列和電壓比較器組成，以完成輸入的模擬信號向成數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換（相位數(shù)字化），另外它還可設(shè)置觸發(fā)電平、觸發(fā)的斜率以及完成阻抗匹配。
測量硬件主要由序列發(fā)生器、事件計(jì)數(shù)器、時(shí)基部分和存儲器系統(tǒng)四個部分組成。序列發(fā)生器將由輸入通道輸出的信號傳送給適當(dāng)?shù)挠?jì)數(shù)器且為事件計(jì)數(shù)器和時(shí)基部分產(chǎn)生啟動信號和鎖存信號。啟動信號和鎖存信號要受輸入信號的組態(tài)、采樣間隔及其他的啟動限定條件的制約。測量硬件的輸入信號還有外部啟動輸入和外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘輸入。另外，測量硬件還接收來自微處理器的對測量進(jìn)行設(shè)置和控制的指令。
兩個事件計(jì)數(shù)器對序列發(fā)生器傳送來的事件信號計(jì)數(shù)，它們能用來進(jìn)行測量和產(chǎn)生啟動信號（如保持一定的事件數(shù)或一定的時(shí)間后啟動測量）。時(shí)基部分的作用就是為每一個鎖存的事件計(jì)數(shù)值建立時(shí)標(biāo)，進(jìn)而建立鎖存的計(jì)數(shù)值的時(shí)序關(guān)系，這樣頻率或時(shí)間間隔就能作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行處理。時(shí)基部分主要由時(shí)間計(jì)數(shù)器和內(nèi)插器組成。時(shí)間計(jì)數(shù)器對時(shí)基時(shí)鐘計(jì)數(shù)，內(nèi)插器主要功能是量化事件鎖存信號和時(shí)間鎖存信號之間的時(shí)間間隔，提高時(shí)間的分辨率。
存儲器系統(tǒng)主要是有序地存儲事件計(jì)數(shù)值、時(shí)間計(jì)數(shù)值和內(nèi)插器的數(shù)值，以此建立數(shù)據(jù)塊。該系統(tǒng)礎(chǔ)的數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)以傾處理結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行處理或者可以通過VXI總統(tǒng)為外部主機(jī)提供原始數(shù)據(jù)。
測量硬件的主要功能是計(jì)事件數(shù)和在用戶定義的采樣期內(nèi)測量第一個事件與最后一個事件之間的時(shí)間。這些信息在存儲器系統(tǒng)中被存儲起來，在完成數(shù)據(jù)獲取后進(jìn)行處理。
微處理器系統(tǒng)主要作用是控制時(shí)間間隔分析儀的功能以及完成與VXI總線的通信。
3.主要關(guān)鍵技術(shù)
3.1無間隔測量技術(shù)
為解釋無間隔測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，我們使用對簡單的穩(wěn)態(tài)正弦信號（圖2）進(jìn)行采樣來比較傳統(tǒng)的交互式計(jì)數(shù)器和無間隔計(jì)數(shù)器。
交互式計(jì)數(shù)器打開測量閘門，記錄事件計(jì)數(shù)和時(shí)間計(jì)數(shù)，接著在事
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