一种GPS校准的数字式高精度守时钟

晶振老化是影响时钟守时精度的最主要原因,一般的解决方法是采用GPS校准锁相环微调压控晶振的振荡周期进行补偿的电路方案.介绍了一种由固定频率晶振驱动的分频比可精细微调的基于加法器的时钟电路.提出了一种新颖的基于该时钟电路,采用GPS接收机、单片机、可编程逻辑器件和TDC构成的全数字化守时钟电路方案.该方案具有守时精度高、全数字化设计、简单和便于集成等优点,特别适合于只校时不锁频场合.最后以一个守时精度为1毫秒/日的守时钟为例说明了该电路的设计方法和步骤,给出了实测结果.     

基于IEEE1588的时钟同步技术研究

分布式测量控制系统的快速发展对时钟同步精度提出了更高的要求,IEEE1588协议是关于网络测量和控制系统的协议,可实现高精度的时间同步;深入分析了IEEE1588协议的最佳主时钟(BMC)算法原理和本地时钟同步主时钟的过程;提出了一种在物理层加盖时间戳的IEEE1588实现方案,提供了硬件设计方法,阐述了主从时钟的软件设计流程。在此基础上对主从时钟的同步进行了验证。实验证明:该方法是切实可行的,时钟同步精度可达亚微秒级;通过不同网络电缆长度的测试,证明该设计基本消除了固定网络延迟造成的影响。     

基于ADF4360-6和ECL分频的高精度时间间隔测量模块设计

高精度时间间隔测量在很多方面有着重要的意义.时间间隔计数法是高分辨测时的最有效方法.设计了一种基于脉冲计数原理的高精度时间间隔测量模块,该模块采用ADF4360-6频率合成器产生1.2 GHz高频参考时钟,由于该时钟信号为LVPECL电平,需要将其转换为ECL电平.AD9515解决了这一关键技术.MC100EP016分频器实现对高频ECL信号分频计数.由于该时间间隔测量模块是电磁波时域反射电缆测长仪中的一部分,该模块的性能可以通过电缆测长仪验证.实验证明该模块具有较高精度,可以被广泛应用于时间、频率测量领域.     

基于SNTP的多控制系统时钟同步方案的设计与应用

针对某化工典型生产装置内具有多控制系统的情况,以GPS接收器为时钟源为基准,设计了一种采用SNIP协议对多个控制系统的孤立时钟进行实时时钟同步的技术方案。该方案利用GPS天线接收卫星信号作为主时钟,由网络时间服务器计算得到基准系统时间,通过以太网端口向DCS、SIS、PLC等多个控制系统提供时钟同步服务。通过实际应用验证,表明该方案设置简单,运行稳定可靠,时间同步精度满足生产过程控制的要求,实现了多个控制系统之间的全局时钟同步。     

基子SNTP的多控制系统时钟同步方案的设计与应用

针对某化工典型生产装置内具有多控制系统的情况,以GPS接收器为时钟源为基准,设计了一种采用SNTP协议对多个控制系统的孤立时钟进行实时时钟同步的技术方案.该方案利用GPS天线接收卫星信号作为主时钟,由网络时间服务器计算得到基准系统时间,通过以太网端口向DCS、SIS、PLC等多个控制系统提供时钟同步服务.通过实际应用验证,表明该方案设置简单,运行稳定可靠,时间同步精度满足生产过程控制的要求,实现了多个控制系统之间的全局时钟同步.     

基于实时以太网的网络化数控系统高精度时钟同步和短周期通信

为提高基于环形实时以太网的网络化数控系统的协同运动精度,提出一种即时信息控制机制,以缩短帧在网络中的传播完成时间,并应用该机制对IEEE 1588协议进行提升同步频率的优化处理,以实现提升时钟同步精度的目标。为了满足同步频率提升对时钟同步补偿的要求,提出时钟偏移和时钟漂移分离补偿算法。同时应用该机制对基于时间片规划的点对点周期通信进行提升插补频率的优化处理,以提升轮廓精度。通过实验表明,该机制显著提升了网络化数控系统的时钟同步精度和轮廓精度。     

脉冲激光测距中高精度时间间隔的测量

考虑时间间隔测量对脉冲激光测距系统的意义,提出了一种新的高精度时间间隔测量方法.该方法在现场可编程门阵列(FPGA)中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合.采用脉冲计数法对被测时间间隔进行"粗值"测量,保证大的动态测量范围.利用FPGA内部锁相环产生N路同频率,相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟,基于等精度测频原理,将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N.利用FlipFlop锁存器形成延时链,对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化.该方法解决了传统多相采样技术中由于倍频次数高导致相移分辨率降低的问题,在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下,得到较高测时分辨率.测试结果表明,该时间间隔测量模块的动态测量范围为163.8 μs,测时过程相对较短,当进行多次重复测量时,测量的标准误差在71 ps以内,基本满足实际应用的精度要求.     

脉冲激光测距中高精度时间间隔测量方法的研究

高精度时间间隔测量对脉冲激光测距系统具有重要意义,为此提出了一种新的高精度时间间隔测量方法。该方法在FPGA中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合。采用脉冲计数法对被测时间间隔进行“粗值”测量,保证大的动态测量范围。利用FPGA内部锁相环产生N路同频率,相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟,基于等精度测频原理,将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N。利用FlipFlop锁存器形成延时链,对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化。该方法解决了传统多相采样技术中倍频次数高则相移分辨率降低的问题,在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下,得到较高测时分辨率。测试结果表明,该时间间隔测量模块不但可以实现大的动态测量范围,而且测时过程相对较短,具有较高测时精度。     

基于FPGA的等精度多功能频率计的设计

根据等精度频率测量的方法,通过理论推导和分析计算,得到影响频率误差和精度的原因。并结合FPGA技术,利用Verilog硬件描述语言设计实现了一种数字等精度频率计,其具有频率测量和占空比测量的功能。通过ModelSim软件仿真和硬件实测,证明该系统能够完成等精度测频和测占空比的功能。     

基于PCI总线的石英晶体微调系统

石英晶体元件是目前应用非常广泛的高精度频率源的核心部件,本文从软、硬件思想两个方面介绍了一种测量石英晶体电参数微调系统的设计与实现方法,实际应用表明该系统具有宽频段、速度快、和精度高等特点。     

水下自主航行器微光照相机驱动系统设计

提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先,分析了EMCCD输出噪声的组成,根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系,给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法;讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题,并给出了改进方案;使用高频系统时钟实现了驱动相位和脉宽的微调,解决了驱动时序波形幅度重叠率不足的问题;最后,给出了使用CCD201-20搭建的水下相机结构和实验结果。实验结果表明,系统产生的常规驱动信号频率为时钟频率10 MHz,串行转移时钟的幅度重叠率优于50%,并行转移时钟的幅度重叠率优于90%,驱动信号的相位调整精度为18°,脉宽调整精度为5 ns,驱动波形稳定、平整,电子倍增驱动信号高电平可调,功耗相较于优化前降低7.2%。本文所介绍的EMCCD驱动系统设计方法充分兼顾了驱动系统的噪声、体积和功耗问题,可以广泛应用在水下微光成像乃至常规CCD领域。     

三旋光结构一步无进位加法器的设计

针对现阶段光学计算机研究中涉及的光学加法器硬件制备困难,输入有限定性等问题,基于MSD(Modified Signed-Digit)加法原理及对称MSD编码技术,设计并实现了一种全新的光学加法器-三旋光结构一步式无进位加法器。阐述了该加法器的主光路结构设计过程和方案,给出了三旋光器抽象结构,分析和设计了控制光路的光路结构,并给出了易于硬件制备的电路实现具体方案。该加法器制备简单,对输入没有限制,并且可以一步并行完成数以千位的加法。针对上述光路和电路实现方案进行了实验验证,完成了13位以内的二进制数的无进位加法运算。实验结果表明:本文所设计的一步式无进位加法器原理正确、方案合理,并具有众多数据位数并行运算的潜力。     

Manchester解码器的锁相环实现

本文提出了一种应用于油井测斜遥传系统的Manchester码信道解码方式的实现方案。Manchester码是串行数据传输的一种重要的编码方式,具有丰富的时钟信息。本方案通过FPGA平台和由硬件语言Verilog实现的超前—滞后型全数字锁相环(LL-DPLL)实现了Manchester码解码器的设计,它解决了接收端解调时的时钟同步问题,可以动态跟踪时钟,为遥测系统中数据传输准确性的提高提供了可靠的保证。实验结果表明:此解码器能很好地提取时钟,在数据传输上误码率也小于10-5,满足设计要求。跟模拟电路设计相比,该设计更易于与原有系统集成、实现方便、性能稳定;同时比同步脉冲法等其他数字方法的抗干扰性能上也有明显的提高。     

空间相机集成测试系统的时钟同步

为实现空间相机地面集成测试系统中各专用设备精确时钟同步的要求,提出了一种以GPS卫星同步时钟为时钟源,将时间报文和脉冲信号相结合的综合对时方法。采用FPGA和VHDL设计了时间报文接收、脉冲对时、内部守时时钟及PCI本地控制逻辑等模块。利用Windows2000/XP下的WDM框架开发了PCI总线驱动程序,实现时统卡与专用设备之间时间信息的实时传输。设计了微秒级延时的秒脉冲作备用秒输入,解决了系统工作时因GPS卫星同步时钟意外断电引起时间信息中断的技术问题。示波器测试结果表明,专用设备之间的同步时间精度≤10μs;时间准确度≤10μs。半年运行测试验证表明,精确时钟同步系统稳定、可靠,满足空间相机集成测试系统的实时对时需要。     

应用于激光雷达的高精度时间间隔测量方法

针对当前脉冲激光测距雷达中时间间隔测量精度低的问题,文中提出了一种高精度时间间隔测量方法。该方法采用双环形振荡器作为时间内插器,利用其输出的可控频率时钟信号对时间间隔做内插和逼近,实现时间间隔的粗测量和精测量,然后结合改进的时域互相关算法对测量结果做估计。实验结果表明,当环形振荡器的时钟为50 MHz时,时间测误差小于20 ps。     

一种高精度频标比对方法

介绍了相位重合点检测技术和频差倍增原理,提出了基于频差倍增技术的计数方案,实现了虚拟频标比对仪的设计,着重分析了系统的运行原理和实现方法。相位重合点检测是一种高精度测量周期性信号参数的技术,该技术有效克服了±1个数的计数误差,使得仪器的测量精度比普通仪器提高了1000倍以上,可广泛应用于高精度频率测量仪器中。实际证明,基于该方案的频标比对系统精度有了显著提高,且设备构成简单、易于实现,取得了不错的效果。     

基于LM331的频率计

利用LM331芯片的电压／频率转换功能，设计了一种体积小、精度高、实用性强的频率计。硬件选用AT89C2051单片机进行信号处理，采用LM331新的温度补偿能隙基准电路来提高频率测量精度。软件完成了频率测量、数据调整、频率显示等功能。该频率计解决了现场系统调试过程中频率测量的难题。     

叶端定时传感器脉冲信号高速采集系统

在非接触式高速旋转叶片振动实时监测系统中，要求25μm的振动位移测量分辨率，为采集电路的设计增加了很大的难度。由于信号处理系统采用固定频率脉冲填充法计数，实现定时时间的测量。因此采集系统的设计中要解决两个关键问题，一是计数频率达100MHz的24bit高速计数器的设计，二是要专门设计一种两次脉冲锁存的方法，对每个计数器的输出数据在30ns时间间隔内锁存两次，完全解决了由于计数频率太高造成的数据锁存失误问题。锁存的数据由EPP接口采集到计算机中进行处理。实验证实了该系统性能良好，达到预定精度要求。     

机床主轴径向回转误差的测试与研究

给出了一种主轴回转误差动态测量的误差分离方法,提出了一套主轴回转精度的动态测试系统.该系统由位移测试单元、采样时钟单元、数据采集卡、通用计算机及数据处理软件组成.该系统用于电主轴回转精度的实际测量,取得了良好效果.     

燃油测量系统设计研究

为满足现代飞机对燃油测量系统的高性能需求,提出了一种现代飞机燃油测量系统的技术方案。通过密度补偿、介电常数补偿和飞机姿态补偿等方法提高了系统测量精度;采用全机油量和耗量测量相结合的方式,实现燃油测量的双余度模式并弥补以往设计的不足,提高了系统的可靠性;通过增加信号告警设计,增强了系统的安全性。结合燃油测量的关键技术,提出了解决燃油测量系统工程化问题的解决措施。