CN102116797A - 基于fpga的高准确度数字频率测量方法 - Google Patents

基于fpga的高准确度数字频率测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102116797A
CN102116797A CN2010106108863A CN201010610886A CN102116797A CN 102116797 A CN102116797 A CN 102116797A CN 2010106108863 A CN2010106108863 A CN 2010106108863A CN 201010610886 A CN201010610886 A CN 201010610886A CN 102116797 A CN102116797 A CN 102116797A
Authority
CN
China
Prior art keywords
impulsive synchronization
time clock
signal
frequency
standard time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010106108863A
Other languages
English (en)
Inventor
马城城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp
Original Assignee
Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp filed Critical Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp
Priority to CN2010106108863A priority Critical patent/CN102116797A/zh
Publication of CN102116797A publication Critical patent/CN102116797A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的高准确度数字频率测量方法，通过搭建脉冲同步检测电路，利用脉冲同步检测电路检测到脉冲同步的时刻作为开关信号，使得实际闸门的开关发生在标准时钟和被测信号都足够接近的时刻，从而达到误差的最小化；测量电路，包括由FPGA、脉冲同步检测电路以及显示电路；利用完全同步消除限制频率测量准确度提高到±1个字计数误差问题，从而使频率测量的准确度和性能大为改善。

Description

基于FPGA的高准确度数字频率测量方法
技术领域
本发明涉及通信测量技术领域，特别涉及一种基于FPGA的高准确度数字频率测量方法。
背景技术
频率作为一种最基本到物理量，其测量问题等同于时间到测量，不仅在工程应用中非常重要，而且在高准确度实时***中处于核心地位。在实际的频率测量过程中±1个字计数误差的存在往往是限制频率测量准确度进一步提高的一个重要原因。由于测频技术的重要性，使其测量方法有了很大的发展，常用的方法有M法、T法很M/T法，但这三种方法都存在±1个字计数误差问题。M法是在给定的时间闸门内测量被测信号的脉冲个数。当被测信号较低时，误差较大，除非闸门时间很长，比较适合测量高频信号。T法是通过测量被测信号的周期再换算出频率，其测量准确度取决于被测信号的周期和计时精度，比较适合测量低频信号。M/T法是综合上述两种方法，通过测量被测信号数个周期的时间再换算出频率，提高了测量结果的准确度。这三种方法各有优势，但都无法进一步提高测量结果的准确度。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对在MMLS***中为了实现监测单元需要新加的频率测量功能的实际需求，设计了这种基于FPGA的完全同步测频方法，利用完全同步消除了限制频率测量准确度提高到±1个字计数误差问题，从而使频率测量的准确度和性能大为改善。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种基于FPGA的高准确度数字频率测量方法，其特征在于：所述方法包括如下次序步骤：
（1）使标准时钟、被测信号和闸门信号时序为：闸门信号不仅与被测信号同步，还与标准时钟同步；
（2）给出参考闸门信号后，通过脉冲同步检测器检测被测信号脉冲沿和标准时钟信号脉冲沿的同步信息，当两者同步时则开始计时；参考闸门关闭后，同样通过脉冲同步检测器检测被测信号脉冲沿和标准时钟脉冲沿的同步信息，当两者同步时则停止计时；
（3）通过搭建脉冲同步检测电路，利用脉冲同步检测电路检测到脉冲 同步的时刻作为开关信号，使得实际闸门的开关发生在标准时钟和被测信号都足够接近的时刻，从而达到误差的最小化；
一种基于FPGA的高准确度数字频率测量电路，包括由FPGA、脉冲同步检测电路以及显示电路；其特征在于，所述脉冲同步检测电路由74LS系列与非门集成电路芯片构成，与非门集成电路芯片中包括与非门U1～U8；所述FPGA芯片内部包括2个计数器、2个寄存器、控制器、时序乘法器、除法器、译码电路；
被测频率与标准时钟分别送给脉冲同步检测电路与2个计数器，当脉冲同步检测电路检测到被测频率与标准时钟同步时，脉冲同步检测电路发出同步信号，2个计数器开始计数。
当脉冲同步检测电路再次检测到同步信号时又发出同步信号，计数器停止计数，同时计数器的计数寄存到寄存器，时序乘法器从寄存器中取得被测频率的计数值与标准时钟频率进行乘法运算，然后再将乘法器运算所得的值与标准时钟的计数值送给除法器，乘法器的结果为被除数，标准时钟的计数值为除数，运算所得的结果就是被测信号的频率。
本发明应用基于FPGA的高准确度数字频率测量方法，通过搭建脉冲同步检测电路，利用脉冲同步检测电路检测到脉冲同步的时刻作为开关信号，使得实际闸门的开关发生在标准时钟和被测信号都足够接近的时刻，从而达到误差的最小化；测量电路，包括由FPGA、脉冲同步检测电路以及显示电路；利用完全同步消除限制频率测量准确度提高到±1个字计数误差问题，从而使频率测量的准确度和性能大为改善。
附图说明
图1、***原理框图；
图2、全同步测频原理图；
图3、脉冲同步检测电路原理。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1所示基于FPGA的高准确度数字频率测量电路，包括由FPGA、脉冲同步检测电路以及显示电路；
如图2所示全同步测频原理：在全同步情况下，闸门信号不仅与被测信号同步，还与标准时钟同步，在给出参考闸门信号后，通过一个脉冲同步检测器检测被测信号脉冲沿和标准时钟信号脉冲沿的同步信息，当他们同步就开始计时；参考闸门关闭后，同样检波被测信号脉冲沿和标准时钟脉冲沿的同步信息，当他们同步则停止计时。
实际上对于任意的标准时钟和被测信号要找到两者脉冲完全同步的时刻来开启，关闭闸门是不现实的，但是可以搭建脉冲同步检测电路，利用这个脉冲同步检测电路检测到脉冲同步的时刻作为开关信号，可以使得实际闸门的开关发生在标准时钟和被测信号都足够接近的时刻，从而达到误差的最小化。设开启闸门时脉冲同步时间差为                                                
Figure 518039DEST_PATH_IMAGE001
，关闭闸门时脉冲同步时间差为，脉冲同步检测最大误差为
Figure 755303DEST_PATH_IMAGE003
，则有：
Figure 382724DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 267504DEST_PATH_IMAGE005
。不计标准时钟误差，实际闸门与标准时钟同步，实际闸门时间为
Figure 347586DEST_PATH_IMAGE006
，则被测信号的频率测量值为：
Figure 546486DEST_PATH_IMAGE007
                 …………………………（1）
式中：
为被测信号周期数；
Figure 84095DEST_PATH_IMAGE009
为标准时钟频率；
Figure 900741DEST_PATH_IMAGE010
为被测信号频率测量值；
Figure 903332DEST_PATH_IMAGE011
为标准时钟周期数；
Figure 236837DEST_PATH_IMAGE006
为实际闸门时间；
被测信号频率真值可为：
Figure 463419DEST_PATH_IMAGE012
              …………………………（2）
式中：
Figure 705045DEST_PATH_IMAGE013
为被测信号频率真值。
测量的相对误差为：   ……………………（3）
由式（3）可知，测量误差只与脉冲检测电路准确度有关，控制
Figure 499005DEST_PATH_IMAGE003
比提高标准时钟频率更容易。在全同步测频方法中，当
Figure 99751DEST_PATH_IMAGE003
=2.5ns，
Figure 376143DEST_PATH_IMAGE006
=0.001s时，可实现1000次/s，相对准确度达到
Figure 782853DEST_PATH_IMAGE015
快速动态频率测量。
在以上分析的基础上，本设计采用FPGA来实现全同步数字频率测量，由图1可知，设计的绝大部分由FPGA完成，只有脉冲同步检测电路由74LS系列与非门以及显示电路来构成。
FPGA内部模块电路由2个计数器、2个寄存器、控制器、乘法器、除法器、译码电路等组成。工作原理如下：被测频率与标准时钟分别送给脉冲同步检测电路与2个计数器，当脉冲同步检测电路检测到被测频率与标准时钟同步时，脉冲同步检测电路发出同步信号，2个计数器开始计数；当脉冲同步检测电路再次检测到同步信号时又发出同步信号，计数器停止计数，同时计数器的计数寄存到寄存器，时序乘法器从寄存器中取得被测频率的计数值与标准时钟频率进行乘法运算，然后再将乘法器运算所得的值与标准时钟的计数值送给除法器，乘法器的结果为被除数，标准时钟的计数值为除数，运算所得的结果就是被测信号的频率。其中，脉冲同步检测时检测信号与标准时钟是否同步并产生实际闸门控制信号的关键部分，其电气性能直接影响到频率测量的准确度。
脉冲同步检测电路原理如图3所示。图中，～
Figure 599948DEST_PATH_IMAGE017
为74LS系列与非门，同步检测电路利用门电路的延时来构成。当被测信号及标准时钟都处于低电平时，
Figure 612903DEST_PATH_IMAGE016
，输出高电平，，
Figure 662877DEST_PATH_IMAGE020
输出高电平，，
Figure 600057DEST_PATH_IMAGE022
输出低电平，
Figure 869365DEST_PATH_IMAGE023
输出高电平，则
Figure 982814DEST_PATH_IMAGE024
输出低电平。当
Figure 721094DEST_PATH_IMAGE013
与
Figure 945402DEST_PATH_IMAGE025
的上升沿同时到来时，由于门电路的延时性，
Figure 334795DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 166616DEST_PATH_IMAGE018
并不马上变为低电平，而是要经过一个延时才变为低电平，于是
Figure 641460DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 669459DEST_PATH_IMAGE020
的输入端都是高电平，则
Figure 661161DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 178730DEST_PATH_IMAGE020
输出低电平，
Figure 626023DEST_PATH_IMAGE021
，输出高电平，
Figure 556119DEST_PATH_IMAGE023
输出低电平，则
Figure 995321DEST_PATH_IMAGE024
输出高电平。并且可以看到当且仅当与
Figure 548980DEST_PATH_IMAGE025
的上升沿在延迟时间内同时到达时
Figure 518204DEST_PATH_IMAGE024
才输出高电平。74LS与非门的延时最小为4ns，最大为15ns，因此最大误差为11ns。根据公式
Figure 377575DEST_PATH_IMAGE026
，当
Figure 819968DEST_PATH_IMAGE027
=1s时，其准确度可达到
Figure 727881DEST_PATH_IMAGE028
，如果再减小同步检测误差，可再提高测量准确度。
该方法从某种程度上来讲是以牺牲时间来换取准确度，但在现实测量中测频***对时间的要求并不高，反而电子***对***时钟准确度的要求越来越高，故而它拥有比较广泛的应用空间。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (2)

1.一种基于FPGA的高准确度数字频率测量方法，其特征在于：所述方法包括如下次序步骤：
（1）使标准时钟、被测信号和闸门信号时序为：闸门信号不仅与被测信号同步，还与标准时钟同步；
（2）给出参考闸门信号后，通过脉冲同步检测器检测被测信号脉冲沿和标准时钟信号脉冲沿的同步信息，当两者同步时则开始计时；参考闸门关闭后，同样通过脉冲同步检测器检测被测信号脉冲沿和标准时钟脉冲沿的同步信息，当两者同步时则停止计时；
（3）通过搭建脉冲同步检测电路，利用脉冲同步检测电路检测到脉冲同步的时刻作为开关信号，使得实际闸门的开关发生在标准时钟和被测信号都足够接近的时刻，从而达到误差的最小化。
2.一种基于FPGA的高准确度数字频率测量电路，包括由FPGA、脉冲同步检测电路以及显示电路；其特征在于，所述脉冲同步检测电路由74LS系列与非门集成电路芯片构成，与非门集成电路芯片中包括与非门U1～U8；所述FPGA芯片内部包括2个计数器、2个寄存器、控制器、时序乘法器、除法器、译码电路；被测频率与标准时钟分别送给脉冲同步检测电路与2个计数器，当脉冲同步检测电路检测到被测频率与标准时钟同步时，脉冲同步检测电路发出同步信号，2个计数器开始计数；当脉冲同步检测电路再次检测到同步信号时又发出同步信号，计数器停止计数，同时计数器的计数寄存到寄存器，时序乘法器从寄存器中取得被测频率的计数值与标准时钟频率进行乘法运算，然后再将乘法器运算所得的值与标准时钟的计数值送给除法器，乘法器的结果为被除数，标准时钟的计数值为除数，运算所得的结果就是被测信号的频率。
CN2010106108863A 2010-12-29 2010-12-29 基于fpga的高准确度数字频率测量方法 Pending CN102116797A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010106108863A CN102116797A (zh) 2010-12-29 2010-12-29 基于fpga的高准确度数字频率测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010106108863A CN102116797A (zh) 2010-12-29 2010-12-29 基于fpga的高准确度数字频率测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102116797A true CN102116797A (zh) 2011-07-06

Family

ID=44215659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010106108863A Pending CN102116797A (zh) 2010-12-29 2010-12-29 基于fpga的高准确度数字频率测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102116797A (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102497199A (zh) * 2011-11-29 2012-06-13 中国西电电气股份有限公司 一种1/2周期测频***及方法
CN102495283A (zh) * 2011-12-09 2012-06-13 中国人民解放军第二炮兵计量站 自适应等精度测频方法
CN102621384A (zh) * 2012-04-09 2012-08-01 浙江中控技术股份有限公司 一种测频方法及***
EP2546662A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-16 Askey Technology (Jiangsu) Ltd. Frequency counter
EP2546663A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-16 Askey Technology (Jiangsu) Ltd. Method and system for measuring frequency
CN102928677A (zh) * 2012-11-09 2013-02-13 湖南航天远望测控技术有限公司 一种纳米级脉冲信号采集方法
CN103018745A (zh) * 2011-09-21 2013-04-03 亚旭电子科技(江苏)有限公司 距离量测方法及***
CN103018556A (zh) * 2011-09-21 2013-04-03 亚旭电子科技(江苏)有限公司 计频器
CN104931779A (zh) * 2015-05-08 2015-09-23 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种单路实现连续频率测量方法
CN106302014A (zh) * 2016-08-12 2017-01-04 电信科学技术第五研究所 宽量程高精度的信号测量方法
CN107247183A (zh) * 2017-06-09 2017-10-13 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种相位测量***及方法
CN108647173A (zh) * 2018-08-01 2018-10-12 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种同步触发脉冲信号再生装置及其运行方法
CN110954745A (zh) * 2019-11-14 2020-04-03 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种基于fpga的高精度频率采集方法及装置
CN112698093A (zh) * 2020-12-17 2021-04-23 南京爱浦克施电气有限公司 高精度快速测频装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1056582A (zh) * 1990-05-19 1991-11-27 西安电子科技大学 相检宽带测频技术及高精度频率计
CN1355434A (zh) * 2000-11-30 2002-06-26 中国科学院微电子中心 一种频率、周期测量方法及装置
EP1434057A2 (en) * 2002-12-25 2004-06-30 NEC Electronics Corporation Frequency detection circuit and data processing apparatus
CN1921309A (zh) * 2006-09-13 2007-02-28 华为技术有限公司 一种同步信号检测装置
CN101026781A (zh) * 2007-01-23 2007-08-29 宁波大学 一种准全同步高精度快速频率测量装置及测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1056582A (zh) * 1990-05-19 1991-11-27 西安电子科技大学 相检宽带测频技术及高精度频率计
CN1355434A (zh) * 2000-11-30 2002-06-26 中国科学院微电子中心 一种频率、周期测量方法及装置
EP1434057A2 (en) * 2002-12-25 2004-06-30 NEC Electronics Corporation Frequency detection circuit and data processing apparatus
CN1921309A (zh) * 2006-09-13 2007-02-28 华为技术有限公司 一种同步信号检测装置
CN101026781A (zh) * 2007-01-23 2007-08-29 宁波大学 一种准全同步高精度快速频率测量装置及测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
包本刚: "基于FPGA的全同步数字频率计的设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102879641A (zh) * 2011-07-15 2013-01-16 亚旭电子科技(江苏)有限公司 频率量测方法及***
EP2546662A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-16 Askey Technology (Jiangsu) Ltd. Frequency counter
EP2546663A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-16 Askey Technology (Jiangsu) Ltd. Method and system for measuring frequency
CN103018556A (zh) * 2011-09-21 2013-04-03 亚旭电子科技(江苏)有限公司 计频器
CN103018745A (zh) * 2011-09-21 2013-04-03 亚旭电子科技(江苏)有限公司 距离量测方法及***
CN102497199B (zh) * 2011-11-29 2014-10-01 中国西电电气股份有限公司 一种1/2周期测频方法
CN102497199A (zh) * 2011-11-29 2012-06-13 中国西电电气股份有限公司 一种1/2周期测频***及方法
CN102495283A (zh) * 2011-12-09 2012-06-13 中国人民解放军第二炮兵计量站 自适应等精度测频方法
CN102495283B (zh) * 2011-12-09 2014-01-15 中国人民解放军第二炮兵计量站 自适应等精度测频方法
CN102621384A (zh) * 2012-04-09 2012-08-01 浙江中控技术股份有限公司 一种测频方法及***
CN102928677A (zh) * 2012-11-09 2013-02-13 湖南航天远望测控技术有限公司 一种纳米级脉冲信号采集方法
CN104931779A (zh) * 2015-05-08 2015-09-23 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种单路实现连续频率测量方法
CN106302014A (zh) * 2016-08-12 2017-01-04 电信科学技术第五研究所 宽量程高精度的信号测量方法
CN106302014B (zh) * 2016-08-12 2019-08-27 电信科学技术第五研究所有限公司 宽量程高精度的信号测量方法
CN107247183A (zh) * 2017-06-09 2017-10-13 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种相位测量***及方法
CN107247183B (zh) * 2017-06-09 2019-12-31 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种相位测量***及方法
CN108647173A (zh) * 2018-08-01 2018-10-12 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种同步触发脉冲信号再生装置及其运行方法
CN108647173B (zh) * 2018-08-01 2023-08-01 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种同步触发脉冲信号再生装置及其运行方法
CN110954745A (zh) * 2019-11-14 2020-04-03 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种基于fpga的高精度频率采集方法及装置
CN112698093A (zh) * 2020-12-17 2021-04-23 南京爱浦克施电气有限公司 高精度快速测频装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102116797A (zh) 基于fpga的高准确度数字频率测量方法
CN101174833B (zh) 精确时间测量的方法及测量电路
CN101026781B (zh) 一种准全同步高精度快速频率测量装置及测量方法
CN100478812C (zh) 精确触发信号产生方法及产生电路
CN103248356B (zh) 一种基于采用锁相环脉冲插值技术的计数器及实现方法
CN103257569B (zh) 时间测量电路、方法和***
CN105486919B (zh) 一种基于fpga的频率测量装置
CN102928677A (zh) 一种纳米级脉冲信号采集方法
CN102073268B (zh) 一种高精度脉冲时间间隔测量电路
CN102565673B (zh) 基于fpga的高可靠脉冲计数测试***
CN103837741A (zh) 基于fpga的等精度频率测试***及其设计方法
CN203275520U (zh) 基于重合脉冲计数的异频信号相位重合检测***
CN105245203B (zh) 高精度低速时钟占空比检测***及方法
CN106501622A (zh) 一种基于fpga的纳秒级脉冲宽度测量装置及方法
CN103176045A (zh) 基于重合脉冲计数的异频双相位重合检测***及方法
CN103197139A (zh) 时钟频率测试方法和时钟频率测试电路
CN202794346U (zh) 一种脉冲宽度检测电路
CN103105534B (zh) 基于fpga相同周期信号的相位差测量方法
CN107783413A (zh) 高分辨率大范围时间间隔测量仪
CN203929885U (zh) 基于fpga的等精度频率测试***
CN103955255A (zh) 基于fpga的开入量事件精确测量的***及其方法
CN203950131U (zh) 一种基于fpga的高精度时间间隔测量装置
CN105187053A (zh) 一种用于tdc的亚稳态消除电路
CN101556325A (zh) 快速电能误差检定方法
CN106209090B (zh) 一种基于fpga的合并单元秒脉冲同步输出***及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110706