本發明涉及頻率測量
技術領域：
，具體涉及一種基于時鐘移相的全數字頻率測量，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：
：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、易于和后續數字處理系統直接匹配的突出優點，為了保證傳感器的輸出分辨率，需要高分辨率的全數字頻率測量方法?，F有頻率測量技術中主要有多周期同步法和模擬內插法實現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，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，犧牲系統帶寬。模擬內插法主要采用內插器來有效降低±1個字計數模糊度，從而提高精度和分辨率。但內插器一般采用電容充放電的方法來實現，需要采用模數混合電路，電路結構復雜，較多應用于對體積、功耗要求不高的專用頻率計數設備中。技術實現要素：本發明針對現有技術的不足，提出一種基于時鐘移相的全數字頻率測量系統，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。本發明采用的技術方案為：一種基于時鐘移相的全數字頻率測量系統，包括參考時鐘模塊、計數器模塊、觸發器模塊、時分復用模塊、寄存器模塊、狀態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器模塊，同時，參考時鐘模塊還提供一路高頻時鐘給計數器模塊；計數器模塊包含兩個多位計數器，其中一個計數器對輸入信號cin進行脈沖值計數，計數的開始時刻和結束時刻與輸入信號cin觸發同步，計數值為m，另一個計數器對其中一路高頻參考時鐘進行脈沖值計數，計數值為n；兩個計數器的計數結果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器模塊，觸發器模塊用于鎖定在對輸入信號cin進行計數的起始時刻、結束時刻時各路高頻時鐘的狀態；觸發器模塊將所述各路高頻時鐘的狀態值輸出給時分復用模塊，時分復用模塊將計數起始時刻各路高頻時鐘狀態值存入寄存器模塊的第一寄存器，將計數結束時刻各路高頻時鐘狀態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解碼模塊，完成各路高頻時鐘狀態向量的解碼，并將所述解碼結果送入計算模塊；計算模塊根據接收到的脈沖計數值和狀態向量解碼結果進行數據運算，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為參考時鐘的數量。起始時刻高頻時鐘的狀態向量為p：[p1p2…pn-1pn]，結束時刻高頻時鐘的狀態向量為q：[q1q2…qn-1qn]。所述狀態解碼模塊完成各路高頻時鐘狀態向量的解碼，具體通過下表進行：所述計算模塊根據接收到的脈沖計數值和狀態向量解碼結果進行數據運算，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路參考時鐘的狀態向量p、q的狀態解碼值。所述參考時鐘模塊提供一路高頻時鐘給計數器模塊，具體為：提供參考時鐘cb1給計數器模塊。本發明的顯著優點：(1)本發明的基于時鐘移相的全數字頻率測量系統，能夠在不增加時鐘頻率的基礎上，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方案，將提高時鐘頻率轉換為存在相位差的多路時鐘，提高頻率測量分辨率。(2)本發明的基于時鐘移相的全數字頻率測量系統，在不增加測量時間的基礎上，能提高頻率測量分辨率。(3)本發明的基于時鐘移相的全數字頻率測量系統，避免采用電容充放電來實現模擬內插，算法簡單，可實現全數字頻率測量。附圖說明圖1為本發明基于時鐘移相的全數字頻率測量系統原理圖。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表示傳統頻率測量電路工作波形圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發明提出了一種基于時鐘移相的全數字頻率測量系統，包括參考時鐘模塊、計數器模塊、觸發器模塊、時分復用模塊、寄存器模塊、狀態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器模塊，同時，參考時鐘模塊還提供一路高頻時鐘給計數器模塊；計數器模塊包含兩個多位計數器，其中一個計數器對輸入信號cin進行脈沖值計數，計數的開始時刻和結束時刻與輸入信號cin觸發同步，計數值為m，另一個計數器對其中一路高頻參考時鐘進行脈沖值計數，計數值為n；兩個計數器的計數結果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器模塊，觸發器模塊用于鎖定在對輸入信號cin進行計數的起始時刻、結束時刻時各路高頻時鐘的狀態；觸發器模塊將所述各路高頻時鐘的狀態值輸出給時分復用模塊，時分復用模塊將計數起始時刻各路高頻時鐘狀態值存入寄存器模塊的第一寄存器，將計數結束時刻各路高頻時鐘狀態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解碼模塊，完成各路高頻時鐘狀態向量的解碼，并將所述解碼結果送入計算模塊；計算模塊根據接收到的脈沖計數值和狀態向量解碼結果進行數據運算，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字頻率測量。本發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完全觸發同步，避免了輸入信號脈沖計數的±1個計數誤差。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，其出現的±1個計數誤差要遠大于參考時鐘(幾十mhz～幾百mhz)的±1個計數誤差。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為參考時鐘的數量。其中參考時鐘模塊提供參考時鐘cb1給計數器模塊用于脈沖計數。圖2中在實際閘門的起始時刻n個高頻時鐘的狀態向量為p：[p1p2…pn-1pn]，實際閘門的結束時刻n個高頻時鐘的狀態向量為q：[q1q2…qn-1qn]。所述狀態解碼模塊完成各路高頻時鐘狀態向量的解碼，具體通過下表進行：計算模塊根據接收到的脈沖計數值和狀態向量解碼結果進行數據運算，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路參考時鐘的狀態向量p、q的狀態解碼值。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°。參考時鐘頻率設為fb。計數器模塊包含兩個多位計數器，其中一個計數器對輸入信號進行脈沖值計數，計數的開始時刻和結束時刻與輸入信號觸發同步，避免輸入信號脈沖個數的±1個計數誤差，設計數器值為m。另一個計數器對高頻時鐘cb1進行脈沖值計數，設計數器值為n。觸發器模塊、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的起始時刻、結束時刻時四路高頻時鐘的狀態值。設起始時刻四路高頻時鐘的狀態值向量為p：[p1p2p3p4]，結束時刻四路高頻時鐘的狀態值向量為q：[q1q2q3q4]。狀態解碼模塊用于對四路高頻時鐘的狀態向量p，q進行解碼，實現高頻脈沖非整周期計數誤差的細分，提高測量分辨率。解碼狀態對照表如下表所示。實施例-狀態解碼表狀態p1p2p3p4解碼值δn1狀態100000狀態210007狀態311006狀態411105狀態511114狀態601113狀態700112狀態800011狀態q1q2q3q4解碼值δn2狀態100000狀態210007狀態311006狀態411105狀態511114狀態601113狀態700112狀態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值向量p、q根據狀態解碼模塊得到的值。圖4為傳統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，則8n+δn1-δn2也為整數。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。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員的公知技術。當前第1頁12