Jump to content

    

Измерение длительности импульса с точностью до пары наносекунд

Приветствую сей форум!

Собственно задача такова, требуется точно измерить длительность (не менее 500 нс и не более 4мкс) одиночного импульса с точностью до 2ух наносекунд, и на основании этих измерений процессор задает частоту работы синтезатора частот, и все это счастье на отечественной комплектации*)

Если с синтезатором частот все хорошо - есть всякие 1508ПЛхх, которые можно тактировать 1ГГц, то с измерением все не так радужно... Вся задача по сути сводится к счету импульсов частотой 1 ГГц. И тут красивых решений я пока не могу выдать. Может есть у кого-нибудь опыт решения похожих задач?

 

Спасибо!

Share this post


Link to post
Share on other sites

1. Существуют специализированные микросхемы-измерители временных интервалов, используются в лазерных дальномерах, например. Разрешения и точности там должно хватить с запасом.

 

2. Подать импульс на интегратор и измерить величину сигнала на его выходе. Но тут непросто может оказаться и со схемотехникой, и с подбором элементной базы.

Share this post


Link to post
Share on other sites

При одиночном импульсе точность измерения ограничивается шумами - шумом источника сигнала и шумом измерительного компаратора.

2 нс на первый взгляд - очень сомнительно.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1. Существуют специализированные микросхемы-измерители временных интервалов, используются в лазерных дальномерах, например. Разрешения и точности там должно хватить с запасом.

Да! Я видел парочку похожих, но они не производятся. Если подскажешь какой-нибудь список буду очень благодарен.

 

2. Подать импульс на интегратор и измерить величину сигнала на его выходе. Но тут непросто может оказаться и со схемотехникой, и с подбором элементной базы.

 

Для меня это тяжелый путь, сам эту идею крутил как мог, но прибор должен работать в широком диапазоне температур, тут я думаю учесть все погрешности просто не реально, плюс вероятно придется осуществлять индивидуальный подбор каких-либо элементов, и еще работать с АЦП... короче просто ворох проблем...

Edited by Quantum1

Share this post


Link to post
Share on other sites
Да! Я видел парочку похожих, но они не производятся. Если подскажешь какой-нибудь список буду очень благодарен.

вражеские: http://www.acam.de/products/time-to-digita...erter/overview/

Для меня это тяжелый путь, сам эту идею крутил как мог, но прибор должен работать в широком диапазоне частот, тут я думаю учесть все погрешности просто не реально, плюс вероятно придется осуществлять индивидуальный подбор каких-либо элементов, и еще работать с АЦП... короче просто ворох проблем...

импульсы как часто идут?

просто любой даже очень медленный сигма-дельта АЦП сам по себе вполне интегратор даже для совсем коротких импульсов, надо только антиалиасинговый фильтр правильно сделать, а медлительность компенсируется высоким разрешением.

например ad7195, на 1КГц имеет шум интеграла одной выборки 0.1нВ*сек,

то есть подав импульс на вход такого АЦП (размазав его хорошенько входным фильтром) и просуммировав несколько отсчётов (чтобы и входной и цифровой(4 отсчёта) фильтр устаканился) разрешения будут на порядок выше требуемых, однако отечественных производителей аналогов не подскажу.

Share this post


Link to post
Share on other sites
При одиночном импульсе точность измерения ограничивается шумами - шумом источника сигнала и шумом измерительного компаратора.

2 нс на первый взгляд - очень сомнительно.

 

Измерения одиночные, но не однократные, а периодичные, т.е. усреднение по n-количеству измерений конечно будет, но суть в том что эта подстройка происходит уже во время работы. А для первых измерений погрешности которые внесут шумы можно учесть программно или не учитывать если они будут в пределах одного-двух 2нсекудных тактов. В принципе можно и частоту счетных импульсов делать 500 МГц, но тут уже посмотрим какую тактовую частоту сделаем для синтезатора.

 

вражеские: http://www.acam.de/products/time-to-digita...erter/overview/

 

импульсы как часто идут?

просто любой даже очень медленный сигма-дельта АЦП сам по себе вполне интегратор даже для совсем коротких импульсов, надо только антиалиасинговый фильтр правильно сделать, а медлительность компенсируется высоким разрешением.

например ad7195, на 1КГц имеет шум интеграла одной выборки 0.1нВ*сек,

то есть подав импульс на вход такого АЦП (размазав его хорошенько входным фильтром) и просуммировав несколько отсчётов (чтобы и входной и цифровой(4 отсчёта) фильтр устаканился) разрешения будут на порядок выше требуемых, однако отечественных производителей аналогов не подскажу.

 

такая штука не пройдет, иначе все было бы гораздо проще... система должна запускаться с ПЕРВОГО же импульса, и не иметь аналоговой инерциальности, т.е. все обсчеты чисто в цифре и реальном времени... т.е. если измеряемые импульсы резко изменят длительность, система должна тоже среагировать резко, пусть и с первоначальными погрешностями.

Edited by Quantum1

Share this post


Link to post
Share on other sites

На cqham.ru подобную тему обсуждали и было предложено достаточно красивое и простое решение (тема про эталон частоты на основе GPS). С разрешением 50..100 nS считаем традиционным способом с использованием генератора заполняющих импульсов, "хвосты" - интерполятором. Тут потребуются два канала, на "голову" и "хвост". Получится чуть сложнее, но не так уж страшно. С применением программируемой логики - тем более.

 

Но, конечно, задержка, обусловленная работой ADC, тут обязательно будет.

Edited by rx3apf

Share this post


Link to post
Share on other sites
На cqham.ru подобную тему обсуждали и было предложено достаточно красивое и простое решение (тема про эталон частоты на основе GPS). С разрешением 50..100 nS считаем традиционным способом с использованием генератора заполняющих импульсов, "хвосты" - интерполятором. Тут потребуются два канала, на "голову" и "хвост". Получится чуть сложнее, но не так уж страшно. С применением программируемой логики - тем более.

 

Но, конечно, задержка, обусловленная работой ADC, тут обязательно будет.

 

Я тоже о такой системе в первую же очередь думал и думаю, но пока мне здесь не понятно, как учесть все погрешности и хвосты получается нужно как то очень быстро "обнулять", при каждом новом такте, т.е. в районе тактового фронта, легко получаются неопределенные состояния те же +-100нС, а эту уже много. Спасибо, попробую поискать эту тему.

 

Посмотрел... что то ничего не понял, там о готовых решениях идет речь, т.е. о покупке приборов итд... можете пожалуйста кинуть конкретно ссылку где именно обсуждается данный метод, Спасибо!

 

а нужны наши*) и под -60*)

Edited by Quantum1

Share this post


Link to post
Share on other sites

За 400 nS (минимальная длина импульса минус цикл заполнения) -"голову" всяко можно обнулить. Если и пауза между импульсами хотя бы не меньше - то и с "хвостом" проблем нет. Для измерения заряда можно использовать встроенный 10-битный ADC ширпотребного микроконтроллера, а если не хватает скорости - то взять какую-нибудь мелочь восьминогую, и даже тактировку ее можно сделать от программируемой логики.

 

http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=21028&page=26

 

А про -60 забудьте ;)

Edited by rx3apf

Share this post


Link to post
Share on other sites

Токмо, чтобы вы посмеялись:

 

если деньги и время есть - разработка и изготовление ASIC по 0.18 мкм. Возможно и с ПЗ порешать.

По прямому методу счета, с тактовой частотой вплоть до 4 ГГц. Плюс, можно запихнуть ещё огромную кучу нужной цифры или МIXа. Или, вообще, сделать более "мудрый", адаптивный алгоритм счёта. Не шутка. А безнадёжное предложение ОКРа.

 

Всё, можно смеяться.

Я тоже поржу (над отсутствием либо денег, либо времени, либо и того, и другого) :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
За 400 nS (минимальная длина импульса минус цикл заполнения) -"голову" всяко можно обнулить. Если и пауза между импульсами хотя бы не меньше - то и с "хвостом" проблем нет. Для измерения заряда можно использовать встроенный 10-битный ADC ширпотребного микроконтроллера, а если не хватает скорости - то взять какую-нибудь мелочь восьминогую, и даже тактировку ее можно сделать от программируемой логики.

 

Может я чего то не понял...

Как я понял этот прицип, к примеру работаем на частоте 10МГц, т.е. период 100нС

"хвост"- (количество тактовых импульсов)*(период 100 нС).

"голова" - заряд на конденсаторе, который набирается за время от начала такта и до конца(или до конца измеряемого импульса), сбрасывается до нуля, при начале нового такта. Соответственно АЦПируем это заряд получаем прибавку к "хвосту" т.е. полной время измеряемого импульса.

 

отсюда и проблема неопределенности если конец измеряемого импульса наступает в районе фронта тактового сигнала.. Т.е. мы получаем погрешность не просто +-100нС, а еще и погрешности заряда на конденстаоре.

 

 

за ссылку большое спасибо -изучаю

Edited by Quantum1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Нет, под "головой" я подразумевал время от фронта исходного импульса до фронта счетного, а под "хвостом" - от спада исходного опять же до фронта счетного. Вот эти дельты (в пределах одного периода счетного) и надо преобразовать интерполяторами, а "тело" будет целое число "счетных" импульсов импульсов. А вот чтобы не было неоднозначности в районе фронта, в обсуждаемой теме и было сделано, что длина преобразовываемого импульса не 0...1T, а 1...2T.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Делается просто, стандартный конвертор время-время.

 

Исходно разряженный конденсатор заряжается постоянным большим током во время импульса и разряжается постоянным малым током после него до нуля. Время разряда измеряется счетом числа импульсов.

 

Длительность импульса равна длительности разряда деленной на соотношение зарядного и разрядного токов. Причем разряд не обязательно начинать сразу по концу импульса, можно немного подождать и присинхронизироваться к генератору заполняющих импульсов. Точность 2 нс в данных условиях получить несложно, поскольку импульсы длинные и начальная нелинейность такого конвертера не будет мешать.

 

Можно и точнее, но тогда лучше делать периодическую калибровку конвертера по импульсам стандартной длины от кварцевого генератора.

Share this post


Link to post
Share on other sites

0.05%. Можно, да. Но вот на счет "несложно" - не уверен. А перекалибровка - это само собой, тут просто без вариантов.

Edited by rx3apf

Share this post


Link to post
Share on other sites
Измерения одиночные, но не однократные, а периодичные.

 

сигма-дельта АЦП

...

такая штука не пройдет, иначе все было бы гораздо проще... система должна запускаться с ПЕРВОГО же импульса, и не иметь аналоговой инерциальности, т.е. все обсчеты чисто в цифре и реальном времени... т.е. если измеряемые импульсы резко изменят длительность, система должна тоже среагировать резко, пусть и с первоначальными погрешностями.

какая периодичность импульсов? сколько максимум времени есть после спада импульса, до того момента как надо выдать измеренную длительность в цифре?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this