一种超高精度的秒脉冲和10MHZ信号测量电路及方法与流程

本发明涉及时间统一技术及信号通信领域，具体涉及一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路及方法。

背景技术：

1、时间统一领域的设备需要完成超高精度同步则需要具备超高精度的测量手段。传统的高精度时间测量(tdc)芯片测量精度最高可达37ps，ms1022 是一款高精度时间测量(tdc)电路，内部集成了模拟比较器、模拟开关、施密特触发器等器件，简化了外围电路。ms1022 芯片的双通道单精度模式为75ps，单通道双精度模式为37ps，测量范围3.5ns(0ns)至2.5μs，20ns 最小脉冲间隔，最多可接收 4个脉冲；同时内部增加有第一波检测功能，使抗干扰能力提高。内部比较器的offset可编程范围为士 35 mv，可提高采样精度。传统的时统设备依赖于时差测量芯片性能，最高精度仅可达到37ps测量精度，无法达成6ps量级以下的测量，阻碍了超高精度同步（6ps量级）的监测及可达性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路及方法，以完成设备与对端设备6ps量级及更高精度同步时的超高精度测量。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、第一方面：

4、一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路，包括：

5、第一tdc芯片和第二tdc芯片，均选用10ps量级四通道时间数字转换器芯片；

6、高稳参考钟模块，包括10mhz高稳参考钟生成电路，10mhz高稳参考钟信号通过菊花链排列方式连接到第一tdc芯片和第二tdc芯片；

7、测量信号输入模块，包括通过菊花链排布的第一至第八参考1pps输入信号，所述第一至第四参考1pps输入信号分别输入到第一tdc芯片的stop1-4端口，第五至第八参考1pps输入信号分别输入到第二tdc芯片的stop1-4端口；

8、电源超净化模块，包括依次连接的dcdc电路、一级净化电路和二级净化及滤波电路，输出端连接到第一tdc芯片和第二tdc芯片的电源输入端；

9、所述第一tdc芯片、第二tdc芯片、dcdc电路、一级净化电路和二级净化及滤波电路均采用灌封器件。

10、进一步地，所述的一级净化电路包括型号为tpp363080的宽压降压转换器芯片和型号为tpl930adj-qf6r的低压差线性稳压器芯片，用于将15v直流输入电压净化并转化为5v直流电压。

11、进一步地，所述的二级净化及滤波电路包括多个tdc数字电源模块，用于进行数字电源的电压净化及转化，包括型号为tpl740adj-5tr的低压差线性稳压器。

12、进一步地，所述的二级净化及滤波电路包括多个tdc模拟电源模块，用于进行模拟电源的电压净化及转化，包括型号为tpl903233-s5tr的低噪声线性稳压器。

13、进一步地，所述的10mhz高稳参考钟生成电路包括低噪声功率放大器。

14、进一步地，所述的高稳参考钟输入模块还包括依次连接的反相器电路和d触发器电路，用于对生成的10mhz高稳参考钟信号进行整形。

15、第二方面：

16、一种超高精度的1pps/10mhz测量方法，通过如第一方面所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路的测量结果拟合平均算法如下：

17、通过8个stop1-8通道测量结果获得对同一信号的测量值:t1~t8；

18、计算t1~t8的均值tavg；获取单次高测量精度；

19、通过统计1000s内的tavg1~tavg1000，采用正态分布进行统计；取正态分布中心值tavgx为基准以此修正掉各测量通道及测量器件自身误差，获得平均修正误差tfix；

20、得到单次8通道测量均值tavg-tfix=tfinal。

21、进一步地，所述的平均修正误差tfix的计算公式为：tfix=average（tavgn-tavgx），n取1~1000。

22、本发明的有益效果是：

23、1）参考钟与测量信号通过菊花链的方式排布进入多通道驱动，并对驱动器件进行灌封控温处理，避免引入更多的器件差异抖动，最终的测量精度。

24、2）高稳参考钟的获得是利用了低噪声功率放大器（lna）的非线性增益获取超低相噪及高稳定度的参考时钟，为后级测量芯片提供低相噪高稳定度的参考钟，从而实现高精度测量。

25、3）通过拟合平均及误差修正的方式获得测量结果tfinal，可在原有测量芯片10ps峰峰值测量精度上进一步优化到6ps峰峰值测量精度。

技术特征：

1.一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路，其特征在于：所述的一级净化电路包括型号为tpp363080的宽压降压转换器芯片和型号为tpl930adj-qf6r的低压差线性稳压器芯片，用于将15v直流输入电压净化并转化为5v直流电压。

3.根据权利要求2所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路，其特征在于：所述的二级净化及滤波电路包括多个tdc数字电源模块，用于进行数字电源的电压净化及转化，包括型号为tpl740adj-5tr的低压差线性稳压器。

4.根据权利要求2所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路，其特征在于：所述的二级净化及滤波电路包括多个tdc模拟电源模块，用于进行模拟电源的电压净化及转化，包括型号为tpl903233-s5tr的低噪声线性稳压器。

5.根据权利要求1所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路，其特征在于：所述的10mhz高稳参考钟生成电路包括低噪声功率放大器。

6.根据权利要求1所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路，其特征在于：所述的高稳参考钟输入模块还包括依次连接的反相器电路和d触发器电路，用于对生成的10mhz高稳参考钟信号进行整形。

7.一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量方法，其特征在于：通过如权利要求1-6任一项所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量电路的测量结果拟合平均算法如下：

8.根据权利要求7所述的一种超高精度的秒脉冲和10mhz信号测量方法，其特征在于：所述的平均修正误差tfix的计算公式为：tfix=average（tavgn-tavgx），n取1~1000。

技术总结本发明公开了一种超高精度的秒脉冲和10MHZ信号测量电路及方法，涉及时间统一技术及信号通信领域。所述电路包括10ps量级四通道的第一TDC芯片和第二TDC芯片、10MHz高稳参考钟模块、菊花链排布的测量信号输入模块及电源超净化模块，其中第一TDC芯片、第二TDC芯片、DCDC电路、一级净化电路和二级净化及滤波电路均采用灌封器件。测试电路通过选用10ps量级测量芯片、使用电源超净化技术、高稳参考钟技术、测量及参考钟菊花链排布方法、器件灌封控温方法获得10ps峰峰值测量精度，在原有器件技术指标进行提升。所述方法通过测量结果拟合技术可继续提升测量精度，在原有测量芯片10ps峰峰值测量精度上进一步优化到6ps峰峰值测量精度。技术研发人员：邓意峰,曾迎春,朱敏,简和兵,温学斌,严波受保护的技术使用者：成都金诺信高科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/25