本發(fā)明涉及頻率測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量，在不提高參考時鐘頻率，不延長測試時間的前提下，能提高頻率測量分辨率，適用于諧振類傳感器高精度頻率測量需求。
背景技術(shù)：
：振梁加速度計、諧振式壓力表等諧振類傳感器具有高分辨率、直接頻率脈沖輸出、易于和后續(xù)數(shù)字處理系統(tǒng)直接匹配的突出優(yōu)點，為了保證傳感器的輸出分辨率，需要高分辨率的全數(shù)字頻率測量方法?，F(xiàn)有頻率測量技術(shù)中主要有多周期同步法和模擬內(nèi)插法實現(xiàn)高分辨率的頻率測量。多周期同步法的頻率測量分辨率與參考時鐘頻率、測試時間等密切相關(guān)，提高參考時鐘頻率，延長測試時間能夠提高頻率測量分辨率，但參考時鐘頻率達到1ghz就很難提高，測試時間的延長會降低頻率采樣率，犧牲系統(tǒng)帶寬。模擬內(nèi)插法主要采用內(nèi)插器來有效降低±1個字計數(shù)模糊度，從而提高精度和分辨率。但內(nèi)插器一般采用電容充放電的方法來實現(xiàn)，需要采用模數(shù)混合電路，電路結(jié)構(gòu)復雜，較多應(yīng)用于對體積、功耗要求不高的專用頻率計數(shù)設(shè)備中。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量系統(tǒng)，在不提高參考時鐘頻率，不延長測試時間的前提下，能提高頻率測量分辨率，適用于諧振類傳感器高精度頻率測量需求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量系統(tǒng)，包括參考時鐘模塊、計數(shù)器模塊、觸發(fā)器模塊、時分復用模塊、寄存器模塊、狀態(tài)解碼模塊以及計算模塊；參考時鐘模塊提供多路高頻時鐘給觸發(fā)器模塊，同時，參考時鐘模塊還提供一路高頻時鐘給計數(shù)器模塊；計數(shù)器模塊包含兩個多位計數(shù)器，其中一個計數(shù)器對輸入信號cin進行脈沖值計數(shù)，計數(shù)的開始時刻和結(jié)束時刻與輸入信號cin觸發(fā)同步，計數(shù)值為m，另一個計數(shù)器對其中一路高頻參考時鐘進行脈沖值計數(shù)，計數(shù)值為n；兩個計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果m和n均輸出給計算模塊；輸入信號cin和高頻時鐘信號進入觸發(fā)器模塊，觸發(fā)器模塊用于鎖定在對輸入信號cin進行計數(shù)的起始時刻、結(jié)束時刻時各路高頻時鐘的狀態(tài)；觸發(fā)器模塊將所述各路高頻時鐘的狀態(tài)值輸出給時分復用模塊，時分復用模塊將計數(shù)起始時刻各路高頻時鐘狀態(tài)值存入寄存器模塊的第一寄存器，將計數(shù)結(jié)束時刻各路高頻時鐘狀態(tài)值存入寄存器模塊的第二寄存器；第一寄存器和第二寄存器的輸出接入狀態(tài)解碼模塊，完成各路高頻時鐘狀態(tài)向量的解碼，并將所述解碼結(jié)果送入計算模塊；計算模塊根據(jù)接收到的脈沖計數(shù)值和狀態(tài)向量解碼結(jié)果進行數(shù)據(jù)運算，得到輸入信號cin的頻率測量值，從而完成基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量。所述參考時鐘模塊中包括多個參考時鐘cb1、cb2、…cbn-1、cbn，每個參考時鐘的頻率相同，且相鄰兩個參考時鐘之間的相位差為180°/n，n為參考時鐘的數(shù)量。起始時刻高頻時鐘的狀態(tài)向量為p：[p1p2…pn-1pn]，結(jié)束時刻高頻時鐘的狀態(tài)向量為q：[q1q2…qn-1qn]。所述狀態(tài)解碼模塊完成各路高頻時鐘狀態(tài)向量的解碼，具體通過下表進行：所述計算模塊根據(jù)接收到的脈沖計數(shù)值和狀態(tài)向量解碼結(jié)果進行數(shù)據(jù)運算，得到輸入信號cin的頻率測量值得到輸入信號頻率值，具體為：其中，fin為輸入信號cin頻率值，fb為參考時鐘頻率值，δn1、δn2為n路參考時鐘的狀態(tài)向量p、q的狀態(tài)解碼值。所述參考時鐘模塊提供一路高頻時鐘給計數(shù)器模塊，具體為：提供參考時鐘cb1給計數(shù)器模塊。本發(fā)明的顯著優(yōu)點：(1)本發(fā)明的基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量系統(tǒng)，能夠在不增加時鐘頻率的基礎(chǔ)上，提高頻率測量分辨率。與多周期同步法相比，避免了單純追求提高時鐘頻率，來提高頻率分辨率的技術(shù)方案，將提高時鐘頻率轉(zhuǎn)換為存在相位差的多路時鐘，提高頻率測量分辨率。(2)本發(fā)明的基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量系統(tǒng)，在不增加測量時間的基礎(chǔ)上，能提高頻率測量分辨率。(3)本發(fā)明的基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量系統(tǒng)，避免采用電容充放電來實現(xiàn)模擬內(nèi)插，算法簡單，可實現(xiàn)全數(shù)字頻率測量。附圖說明圖1為本發(fā)明基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量系統(tǒng)原理圖。圖2表示基于時鐘移相的頻率測量工作波形圖。圖3表示實施例-四路時鐘移相45°頻率測量電路工作波形圖。圖4表示傳統(tǒng)頻率測量電路工作波形圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明提出了一種基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量系統(tǒng)，包括參考時鐘模塊、計數(shù)器模塊、觸發(fā)器模塊、時分復用模塊、寄存器模塊、狀態(tài)解碼模塊以及計算模塊；參考時鐘模塊提供多路高頻時鐘給觸發(fā)器模塊，同時，參考時鐘模塊還提供一路高頻時鐘給計數(shù)器模塊；計數(shù)器模塊包含兩個多位計數(shù)器，其中一個計數(shù)器對輸入信號cin進行脈沖值計數(shù)，計數(shù)的開始時刻和結(jié)束時刻與輸入信號cin觸發(fā)同步，計數(shù)值為m，另一個計數(shù)器對其中一路高頻參考時鐘進行脈沖值計數(shù)，計數(shù)值為n；兩個計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果m和n均輸出給計算模塊；輸入信號cin和高頻時鐘信號進入觸發(fā)器模塊，觸發(fā)器模塊用于鎖定在對輸入信號cin進行計數(shù)的起始時刻、結(jié)束時刻時各路高頻時鐘的狀態(tài)；觸發(fā)器模塊將所述各路高頻時鐘的狀態(tài)值輸出給時分復用模塊，時分復用模塊將計數(shù)起始時刻各路高頻時鐘狀態(tài)值存入寄存器模塊的第一寄存器，將計數(shù)結(jié)束時刻各路高頻時鐘狀態(tài)值存入寄存器模塊的第二寄存器；第一寄存器和第二寄存器的輸出接入狀態(tài)解碼模塊，完成各路高頻時鐘狀態(tài)向量的解碼，并將所述解碼結(jié)果送入計算模塊；計算模塊根據(jù)接收到的脈沖計數(shù)值和狀態(tài)向量解碼結(jié)果進行數(shù)據(jù)運算，得到輸入信號cin的頻率測量值，從而完成基于時鐘移相的全數(shù)字頻率測量。本發(fā)明各組成部分的波形示意圖如圖2所示，頻率測試的實際閘門由輸入信號cin和測試閘門共同形成，使得實際閘門和輸入信號cin完全觸發(fā)同步，避免了輸入信號脈沖計數(shù)的±1個計數(shù)誤差。這樣的處理方法對于輸入信號cin相比參考時鐘為低頻信號是有效的，因為輸入信號cin為低頻信號(十幾khz～幾百khz)時，其出現(xiàn)的±1個計數(shù)誤差要遠大于參考時鐘(幾十mhz～幾百mhz)的±1個計數(shù)誤差。圖2中參考時鐘模塊中包括多個參考時鐘cb1、cb2、…cbn-1、cbn，每個參考時鐘的頻率相同，且相鄰兩個參考時鐘之間的相位差為180°/n，n為參考時鐘的數(shù)量。其中參考時鐘模塊提供參考時鐘cb1給計數(shù)器模塊用于脈沖計數(shù)。圖2中在實際閘門的起始時刻n個高頻時鐘的狀態(tài)向量為p：[p1p2…pn-1pn]，實際閘門的結(jié)束時刻n個高頻時鐘的狀態(tài)向量為q：[q1q2…qn-1qn]。所述狀態(tài)解碼模塊完成各路高頻時鐘狀態(tài)向量的解碼，具體通過下表進行：計算模塊根據(jù)接收到的脈沖計數(shù)值和狀態(tài)向量解碼結(jié)果進行數(shù)據(jù)運算，得到輸入信號cin的頻率測量值得到輸入信號頻率值，具體為：其中，fin為輸入信號cin頻率值，fb為參考時鐘頻率值，δn1、δn2為n路參考時鐘的狀態(tài)向量p、q的狀態(tài)解碼值。實施例：圖3表示實施例的工作波形圖。參考時鐘模塊提供四路頻率相同，但存在相位差的高頻時鐘cb1、cb2、cb3、cb4。各路參考時鐘同相位差，值為45°。參考時鐘頻率設(shè)為fb。計數(shù)器模塊包含兩個多位計數(shù)器，其中一個計數(shù)器對輸入信號進行脈沖值計數(shù)，計數(shù)的開始時刻和結(jié)束時刻與輸入信號觸發(fā)同步，避免輸入信號脈沖個數(shù)的±1個計數(shù)誤差，設(shè)計數(shù)器值為m。另一個計數(shù)器對高頻時鐘cb1進行脈沖值計數(shù)，設(shè)計數(shù)器值為n。觸發(fā)器模塊、時分復用模塊以及寄存器模塊用于鎖定、存儲對輸入信號進行計數(shù)的起始時刻、結(jié)束時刻時四路高頻時鐘的狀態(tài)值。設(shè)起始時刻四路高頻時鐘的狀態(tài)值向量為p：[p1p2p3p4]，結(jié)束時刻四路高頻時鐘的狀態(tài)值向量為q：[q1q2q3q4]。狀態(tài)解碼模塊用于對四路高頻時鐘的狀態(tài)向量p，q進行解碼，實現(xiàn)高頻脈沖非整周期計數(shù)誤差的細分，提高測量分辨率。解碼狀態(tài)對照表如下表所示。實施例-狀態(tài)解碼表狀態(tài)p1p2p3p4解碼值δn1狀態(tài)100000狀態(tài)210007狀態(tài)311006狀態(tài)411105狀態(tài)511114狀態(tài)601113狀態(tài)700112狀態(tài)800011狀態(tài)q1q2q3q4解碼值δn2狀態(tài)100000狀態(tài)210007狀態(tài)311006狀態(tài)411105狀態(tài)511114狀態(tài)601113狀態(tài)700112狀態(tài)800011輸入信號頻率值fin由下式給出。其中δn1、δn2為四路高頻時鐘的狀態(tài)值向量p、q根據(jù)狀態(tài)解碼模塊得到的值。圖4為傳統(tǒng)頻率測量電路的工作波形圖，輸入信號頻率值fin由式(2)給出。式(1)中的n、δn1、δn2都為整數(shù)，則8n+δn1-δn2也為整數(shù)。與式(2)相比，式(1)通過δn1、δn2對圖4中的參考時鐘非整周期進行細分，相當于將參考時鐘頻率提高了8倍，進而提高了輸入信號cin的測量分辨率。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。當前第1頁12