高精度時(shí)間測(cè)量電路與實(shí)現(xiàn)

　　在基本的游標(biāo)法時(shí)間測(cè)量電路中，當(dāng)檢測(cè)到經(jīng)過(guò)延遲線傳輸后的開(kāi)始與停止信號(hào)在某點(diǎn)發(fā)生重合時(shí)，在Tstop – Tstart <τ1的情況下通過(guò)計(jì)算可以知道：

　　Tstop - Tstart = (n-1)× (τ1 – τ2)

　　其中n是經(jīng)過(guò)的比較級(jí)數(shù)。

　　這種測(cè)量方法的分辨率是兩條延遲線中延遲單元的時(shí)間差，即(τ1 – τ2)，在電路設(shè)計(jì)時(shí)要保證τ1 > τ2。其量程由延遲單元數(shù)量和τ1、τ2共同決定。可以看出這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)比抽頭延遲線法更高的測(cè)量分辨率，前提是保證用于測(cè)量的兩條延遲線中的單元有穩(wěn)定的延遲，為了達(dá)到這一目標(biāo)常常通過(guò)PLL或DLL來(lái)產(chǎn)生具有穩(wěn)定延遲的延遲線[4-5]。

　　基于電容充放電法的時(shí)間測(cè)量

　　基于電容充放電法的時(shí)間測(cè)量是利用恒流源在被測(cè)量時(shí)間段內(nèi)對(duì)一個(gè)電容充電，之后的處理方法又分成兩種：一種測(cè)量方法是利用兩個(gè)恒流源，其中一個(gè)用于電容充電，另一個(gè)用于電容放電但是比充電恒流源小得多，開(kāi)始測(cè)量時(shí)在被測(cè)時(shí)間段內(nèi)用充電恒流源對(duì)電容進(jìn)行充電，然后用放電恒流源對(duì)剛進(jìn)行充電的電容進(jìn)行放電，充電電流和放電電流的比值決定了充電時(shí)間與放電時(shí)間的比值，通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)被測(cè)時(shí)間段的放大。經(jīng)過(guò)放大的時(shí)間可以采用分辨率更低也更容易實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行計(jì)量。這種方法的原理如圖3所示，圖中左上角給出了進(jìn)行充放電的波形。這種方法要求用于充電的恒流源I1遠(yuǎn)大于用于放電的恒流源I2，假定I1與I2的比值為K。可以看出：

　　Tr/T = (I1-I2)/I2 = K-1

　　所以被測(cè)量時(shí)間段的放大倍數(shù)是由I1與I2的比值K決定的。這種測(cè)量方法的分辨率由充放電恒流源的精度、電流大小的比值和用于放電結(jié)束判斷的電壓比較器精度共同決定。

　　另一種測(cè)量方法是在被測(cè)時(shí)間段內(nèi)完成電容充電后，直接使用ADC對(duì)電容上的電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果即可計(jì)算出充電的時(shí)間。它的原理如圖4所示。與前面通過(guò)放電實(shí)現(xiàn)時(shí)間放大的方法相比，這種方法可以完成更高速的測(cè)量。它的測(cè)量精度由充電恒流源和ADC的精度決定。