本發(fā)明涉及時(shí)間測量，特別是涉及一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、高精度時(shí)間間隔測量廣泛應(yīng)用于高能物理領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)的高精度時(shí)間測量方案廣泛應(yīng)用于熒光成像、空間探測、天文觀測、正電子發(fā)射斷層顯像、激光測距、自動(dòng)駕駛、航空航天、雷達(dá)定位、三維成像、流體流量測量、電子儀器和地面機(jī)器人等領(lǐng)域。高精度的時(shí)間間隔測量的分辨能力通常在百皮秒以內(nèi)的水平。近年，隨著需求的提升等，時(shí)間間隔測量亟需達(dá)到十余皮秒的時(shí)間分辨能力。
2、基于內(nèi)插延時(shí)鏈法的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器是一種高精度時(shí)間間隔測量方案，精度和非線性影響是時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要的指標(biāo)。內(nèi)插延時(shí)鏈法是將一個(gè)時(shí)鐘周期分割為多個(gè)延時(shí)單元進(jìn)行內(nèi)插，通過延時(shí)單元的個(gè)數(shù)以及數(shù)量來獲取高精度的時(shí)間間隔。
3、但是現(xiàn)有的延時(shí)鏈在實(shí)際環(huán)境的應(yīng)用中，延時(shí)單元會(huì)受到電壓和外界溫度變化的影響，導(dǎo)致延時(shí)鏈的長度動(dòng)態(tài)變化。其中，當(dāng)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間變短時(shí)，延時(shí)鏈變長，導(dǎo)致時(shí)間測量的最小分辨率提高；當(dāng)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間變長時(shí)，延時(shí)鏈變短，導(dǎo)致時(shí)間測量的最小分辨率降低。在上述過程中，延時(shí)鏈的時(shí)間分辨率的理想值與實(shí)際值的偏差會(huì)不斷變化，導(dǎo)致最終的時(shí)間間隔測量結(jié)果的精度偏低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有延時(shí)鏈的時(shí)間分辨率的理想值與實(shí)際值的偏差會(huì)不斷變化，導(dǎo)致最終時(shí)間測量結(jié)果的精度偏低的問題。
2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、第一方面，本發(fā)明提供一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：
4、向待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸入設(shè)定時(shí)長的隨機(jī)脈沖，獲取不同隨機(jī)脈沖輸入下待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸出的多個(gè)跳變級(jí)數(shù)；其中，所述隨機(jī)脈沖與待校準(zhǔn)延時(shí)鏈的時(shí)鐘信號(hào)具有非相關(guān)性；
5、對(duì)多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值是否位于預(yù)設(shè)的置信區(qū)間進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)；
6、通過當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)與時(shí)鐘信號(hào)得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈中延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長，通過實(shí)際延時(shí)時(shí)長對(duì)待校準(zhǔn)延時(shí)鏈進(jìn)行校準(zhǔn)。
7、優(yōu)選的，所述置信區(qū)間為隨機(jī)脈沖在電壓與溫度允許的工作范圍內(nèi)測量得到的跳變最大值的變化區(qū)間。
8、優(yōu)選的，所述對(duì)多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值是否位于預(yù)設(shè)的置信區(qū)間進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)，包括以下步驟：
9、若多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值位于置信區(qū)間內(nèi)，則將最大值對(duì)應(yīng)的內(nèi)插延時(shí)單元個(gè)數(shù)作為當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)；
10、若多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值不在置信區(qū)間內(nèi)，則重新向待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸入設(shè)定時(shí)長的隨機(jī)脈沖，獲取不同隨機(jī)脈沖輸入下待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸出的多個(gè)跳變級(jí)數(shù)，將多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值與置信區(qū)間進(jìn)行判斷，直至多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值位于置信區(qū)間。
11、優(yōu)選的，所述通過當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)與時(shí)鐘信號(hào)得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈中延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長，具體如下所示：
12、
13、式中，nmax為當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)，tclk為時(shí)鐘信號(hào)，t′d為實(shí)際延時(shí)時(shí)長。
14、優(yōu)選的，還包括：
15、將待測時(shí)間間隔輸入至校準(zhǔn)后的延時(shí)鏈進(jìn)行測量，獲得對(duì)應(yīng)的跳變級(jí)數(shù)；
16、將對(duì)應(yīng)的跳變級(jí)數(shù)與延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長相乘，得到待測時(shí)間間隔測量結(jié)果。
17、優(yōu)選的，所述將對(duì)應(yīng)的跳變級(jí)數(shù)與延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長相乘，得到待測時(shí)間間隔測量結(jié)果，具體如下所示：
18、t＝t′d*n0；
19、式中，t為待測時(shí)間間隔測量結(jié)果，n0為待測時(shí)間間隔在校準(zhǔn)延時(shí)鏈中進(jìn)行測量得到的跳變級(jí)數(shù)。
20、第二方面，本發(fā)明提供一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括：
21、輸入模塊，用于向待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸入設(shè)定時(shí)長的隨機(jī)脈沖，獲取不同隨機(jī)脈沖輸入下待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸出的多個(gè)跳變級(jí)數(shù)；其中，所述隨機(jī)脈沖與待校準(zhǔn)延時(shí)鏈的時(shí)鐘信號(hào)具有非相關(guān)性；
22、判斷模塊，用于對(duì)多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值是否位于預(yù)設(shè)的置信區(qū)間進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)；
23、校準(zhǔn)模塊，用于通過當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)與時(shí)鐘信號(hào)得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈中延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長，通過實(shí)際延時(shí)時(shí)長對(duì)待校準(zhǔn)延時(shí)鏈進(jìn)行校準(zhǔn)。
24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的上述至少一個(gè)技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：
25、本發(fā)明提出了一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，首先向待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸入設(shè)定時(shí)長的隨機(jī)脈沖，本發(fā)明輸入的隨機(jī)脈沖與待校準(zhǔn)延時(shí)鏈的時(shí)鐘信號(hào)具有非相關(guān)性，保證在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的概率密度分布為均勻分布，能夠快速地讓脈沖信號(hào)邊沿盡可能的接近時(shí)鐘信號(hào)邊沿。然后獲取不同隨機(jī)脈沖輸入下待校準(zhǔn)延時(shí)鏈輸出的多個(gè)跳變級(jí)數(shù)，將對(duì)多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值是否位于預(yù)設(shè)的置信區(qū)間進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷較結(jié)果得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)，保證當(dāng)前的分辨率最接近實(shí)際值。最后通過當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)與時(shí)鐘信號(hào)得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈中延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長，通過實(shí)際延時(shí)時(shí)長對(duì)待校準(zhǔn)延時(shí)鏈進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明動(dòng)態(tài)監(jiān)測時(shí)間間隔的分辨率，使時(shí)間分辨率的實(shí)際值而非預(yù)設(shè)值用作時(shí)間間隔的計(jì)算中，減少時(shí)間間隔測量值的偏差，補(bǔ)償外界環(huán)境變化帶來的延時(shí)變化，提高了時(shí)間測量結(jié)果的精度。
1.一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述置信區(qū)間為隨機(jī)脈沖在電壓與溫度允許的工作范圍內(nèi)測量得到的跳變最大值的變化區(qū)間。
3.如權(quán)利要求2所述的一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述對(duì)多個(gè)跳變級(jí)數(shù)中的最大值是否位于預(yù)設(shè)的置信區(qū)間進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)，包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求1所述的一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述通過當(dāng)前內(nèi)插延時(shí)單元的最大個(gè)數(shù)與時(shí)鐘信號(hào)得到待校準(zhǔn)延時(shí)鏈中延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長，具體如下所示：
5.如權(quán)利要求4所述的一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，其特征在于，還包括：
6.如權(quán)利要求5所述的一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述將對(duì)應(yīng)的跳變級(jí)數(shù)與延時(shí)單元的實(shí)際延時(shí)時(shí)長相乘，得到待測時(shí)間間隔測量結(jié)果，具體如下所示：
7.一種延時(shí)鏈的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，包括：