Измерения временного интервала, Как это сделать наиболее просто и точно? Опции

[Petrovich]

Есть задача.
Имеется генератор 40МГц. Используя только его нужно измерить временной интервал до 500uS c точностью не менее 2nS.
Кто подскажет как это сделать наиболее просто?

[SSerge]

Методом грубой силы, наверное, проще всего. Гигагерцовая логика нынче доступна, умножить тактовую частоту в 16, 20 или даже 25 раз тоже не сложно.

[VCO]

Гигагерцовая логика нынче доступна, умножить тактовую частоту в 16, 20 или даже 25 раз тоже не сложно.

А может получится засунуть весь проект в FPGA, например, Spartan6 или Virtex6, заодно с цифровой частью ФАПЧ на 500-1000 МГц?
Заодно все нужные мозги туда запихнёте! Device-on-chip - Устройство-в-микросхеме теперь очень модно и важно с точки зрения нуихау.
Может затраты на суперчипы окупятся???

[Petrovich]

Нет, это не годится, во первых ограничение по потреблению, во вторых получится дорого

[khach]

Аналоговый время-амплитудный преобразователь, если измерять надо часто. Или интерполятор (времянная лупа) если можно подождать разряда конденсатора, считая импульсы.

[Tarantoga]

1. Заряжаем конденсатор током I1 за время измеряемого интервала.
2. Разряжаем током I2=I1/25 (или по вкусу). Считаем число периодов 40МГц до пересечения нуля. Получается время с разрешением 1нс.
Должно получиться.

[SSerge]

1. Заряжаем конденсатор током I1 за время измеряемого интервала.
2. Разряжаем током I2=I1/25 (или по вкусу). Считаем число периодов 40МГц до пересечения нуля. Получается время с разрешением 1нс.
Должно получиться.

Делим 500 микросекунд на 2 наносекунды, берём двоичный логарифм.
А теперь, внимание, вопрос: много Вы видели 18-разрядных АЦП с двойным интегрированием?

А вот если не весь интервал так измерять, а только время от фронта входного сигнала до следующего клока, то это другое дело, тут уже требования к точности аналоговой схемы вполне разумные.

[VCO]

Делим 500 микросекунд на 2 наносекунды, берём двоичный логарифм.
А теперь, внимание, вопрос: много Вы видели 18-разрядных АЦП с двойным интегрированием?

Тут на соседней ветке видел - C8051F350 http://www.silabs.com/Support%20Documents/...1F350_Short.pdf
Здесь другой вопрос возник - а как быть с ТКС и ТКЕ эталонных элементов, обеспечат ли они 2 нс?

А вот если не весь интервал так измерять, а только время от фронта входного сигнала до следующего клока, то это другое дело, тут уже требования к точности аналоговой схемы вполне разумные.

Здесь другие вопросы: А какой минимальный временной интервал надо измерять? А успеют ли ключ и АЦП поймать нужный уровень и , если успеют, то с какой погрешностью, а если не успеют, то как зафиксировать, может нужно аналоговое ЗУ для захвата и т.д. А главный вопрос:
А лучше ли это, чем "метод грубой силы"???

[rx3apf]

Здесь другой вопрос возник - а как быть с ТКС и ТКЕ эталонных элементов, обеспечат ли они 2 нс?

Ну, вообще-то уже один эталон есть - опорный сигнал с периодом 25 nS. Никто не мешает померять его период тем же методом в отсутствии входного сигнала, сразу после измерения исследуемого сигнала, чтобы температурный дрейф и все такое не сказались. Вроде бы никаких подводных камней и 1..2 nS разрешения вполне достижимы ?

Здесь другие вопросы: А какой минимальный временной интервал надо измерять? А успеют ли ключ и АЦП поймать нужный уровень

А АЦП-то торопится некуда. Ключик открыли, измерительный конденсатор начал заряжаться через резистор (и без генератора тока обойдемся, потом пересчитаем), ключик закрылся - запустили АЦП. Хорошо бы, чтобы за это время не утекло с конденсатора. Тут любой набортный ADC справиться должен.

может нужно аналоговое ЗУ для захвата

Вот оно и есть, конденсатор.

А лучше ли это, чем "метод грубой силы"???

Все ж гигагерцовая логика не в каждом ларьке продается, да и опорник множить - все ж раздувается...

Но все это (с преобразованием время-напряжение) в теории понятно, а на практическую схемотехнику я бы и сам с интересом поглядел бы - хотел такую штуку сделать в самодельном частотомере (все ж на два порядка можно улучшить разрешение), но как все это сделать по-красивее, чтобы не получить из-за гонок фронтов ошибку в дискрет опорника, к примеру...

[SSerge]

А лучше ли это, чем "метод грубой силы"???

Так о том и речь, что сейчас все эти методы имеют смысл при пико- и фемтосекундных временах, с развитием техники граница применимости простых лобовых решений смещается в сторону всё больших частот.
А частоту умножить - одна микросхема, практически без обвязки и без настройки.

Замечу, что быстрыми в "методе грубой силы" должны быть только логика на входе да несколько первых разрядов счётчика, остальные могут быть уже медленными, т.к. они считают только импульсы переполнения от быстрого счётчика.
Кстати, узнать состояние быстрого счётчика по окончанию импульса можно без параллельного считывания его состояния.
Это можно сделать методом досчёта до переполнения, подавая ему на вход свои счётные импульсы. Так сделано, например в широко известном частотомере на PIC16.

[asdf]

Нет, это не годится, во первых ограничение по потреблению, во вторых получится дорого

Рекомендую посмотреть TDC-GP2
Поищите, по ним уже было обсуждение

Прикрепленные файлы

 DB_GP2_e.pdf ( 433.75 килобайт ) Кол-во скачиваний: 52

 

[jam]

Рекомендую посмотреть TDC-GP2
Поищите, по ним уже было обсуждение

Поиск результатов не дал - интересно, где их можно купить и сколько стоют.

[ledum]

Поиск результатов не дал - интересно, где их можно купить и сколько стоют.

Обычно у Киевского Филура и Питерского Аллюра прайс совпадает со складом http://aly.ru/PRICE_part/acam.htm
http://filur.net/Price/Filur_PrLisr/49.htm
To Petrovich А эталон 40 МГц это какой генератор у Вас - 2нс/500мкс=4Е-6, т.е. 4ppm - это уже, как минимум, должен быть термокомпенсированый

Сообщение отредактировал ledum - Mar 28 2010, 20:45

[asdf]

Поиск результатов не дал - интересно, где их можно купить и сколько стоют.

http://www.e7e.ru/?top=2
в Москве дает 21-26$

[jam]

http://www.e7e.ru/?top=2
в Москве дает 21-26$

Однако на TDC-GPX цена аж 230$ - дешевле взять быстрый ацп или увх с микроконтроллером.

[VCO]

А эталон 40 МГц это какой генератор у Вас - 2нс/500мкс=4Е-6, т.е. 4ppm - это уже, как минимум, должен быть термокомпенсированый

Кстати, точность, термостабильность и временная стабильность важны для всех методов, кроме тех, где частота будет умножаться.

[ledum]

Кстати, точность, термостабильность и временная стабильность важны для всех методов, кроме тех, где частота будет умножаться.

Почему же только - если генератор взять обычный клоковый с отклонением 50ppm, то никакое умножение 4ppm с него не сделает - погрешность останется те же 50ppm, если, конечно, умножитель не совсем кривой, и точность будет в пределах 25нс.
Зы А в даташите на TDC-GP2 уж что-то накручено, и 15 ns pulse-pair resolution при длительности интервала максимум 1.8мкс как-то заставляет задуматься в применимости в данном приложении

[VCO]

Почему же только - если генератор взять обычный клоковый с отклонением 50ppm, то никакое умножение 4ppm с него не сделает - погрешность останется те же 50ppm, если, конечно, умножитель не совсем кривой, и точность будет в пределах 25нс.

Да, но ppmы то после умножения будут не от 25 нс, а от 1 нс, например.

[ledum]

Да, но ppmы то после умножения будут не от 25 нс, а от 1 нс, например.

Не надо путать разрешающую способность и точность. Если Вы умножите 40.002 МГц на 25, получите 1000.05 МГц и будете ими, такими же ошибочными заполнять измеряемый интервал получите на счетчике 500025 импульсов заполнения на точном измеряемом интервале 500мкс, вместо 500000 правильных, с той же самой относительной погрешностью.
По ходу возник вопрос какой сигнал автор вопроса собирается измерять и сможет ли он сформировать правильно фронты

Сообщение отредактировал ledum - Mar 29 2010, 08:13

[asdf]

Однако на TDC-GPX цена аж 230$ - дешевле взять быстрый ацп или увх с микроконтроллером.

УВХ на 25псек стоит 1500$ ? ,пардон за

[jam]

УВХ на 25псек стоит 1500$ ? ,пардон за

Это у Hittite такая цена безумная - SPT9101 с более приличной ценой.

Кроме того сейчас есть массивы увх  drs.web.psi.ch/docs/nss08.pdf - обещают по 15уе за 8 каналов, но продают за 100евро и то по блату.


Но проще всего взять быстрый ацп - для таких применений то что надо.

[asdf]

Это у Hittite такая цена безумная - SPT9101 с более приличной ценой.
Но проще всего взять быстрый ацп - для таких применений то что надо.

Это, похоже, аналог AD9101, так он не подойдет, у него полоса 350мГц.
Если TDC не нравится, можно сделать похожий измеритель с использованием, например , линий задержки DS.
Привда в рассыпухе это будет громоздко, да и потреблять будет намного больше.

[jam]

Это, похоже, аналог AD9101, так он не подойдет, у него полоса 350мГц.
Если TDC не нравится, можно сделать похожий измеритель с использованием, например , линий задержки DS.
Привда в рассыпухе это будет громоздко, да и потреблять будет намного больше.

А 350МГц и не нужно - мы получаем 50ps c полосой 20Мгц. Битность ацп умножается на полосу. Но есть у нас и настоящие  http://afi.jinr.ru/ВЦП

[asdf]

А в даташите на TDC-GP2 уж что-то накручено, и 15 ns pulse-pair resolution при длительности интервала максимум 1.8мкс как-то заставляет задуматься в применимости в данном приложении

Там, в зависимости от включения и тактовой частоты интервал до мсек может быть.
Но в данном случае, как мне кажется, более правильно применить смешанную схему - основное измерение делать заполнением периода тактовой 40мГц, а период до 25нсек в начале и в конце измерять с помощью TDC или схемки на линии задержки.

А 350МГц и не нужно - мы получаем 50ps c полосой 20Мгц. Битность ацп умножается на полосу. Но есть у нас и настоящие  http://afi.jinr.ru/ВЦП

Никогда не сталкивался, поделитесь информацией как это делается.

[VCO]

Не надо путать разрешающую способность и точность.

А, ну да, виноват, дурак, исправлюсь! Что-то башка сегодня савсэм плахой. Я видимо в мыслях имел только неточность частоты, которую можно компенсировать калибровкой, а зачем-то нестабильности приплёл. Но в природе эти вещи обычно взаимосвязаны, хотя и бывают исключения.

По ходу возник вопрос какой сигнал автор вопроса собирается измерять и сможет ли он сформировать правильно фронты

Похоже, обычная в этой ветке история, автор темы задаёт вопрос и куда-то смывается, а все здесь голову ломают. Ну ничего, зато много полезной информации черпаем!

[Petrovich]

Обычно у Киевского Филура и Питерского Аллюра прайс совпадает со складом http://aly.ru/PRICE_part/acam.htm
http://filur.net/Price/Filur_PrLisr/49.htm
To Petrovich А эталон 40 МГц это какой генератор у Вас - 2нс/500мкс=4Е-6, т.е. 4ppm - это уже, как минимум, должен быть термокомпенсированый

Генератор хороший 2ppm.
Аналоговую схемотехнику не хочется туда добавлять, появятся иные проблемы...
Видно придется ставить еще один генератор и делать нониусный измеритель... но все равно придется думать как его упростить...

[ledum]

Генератор хороший 2ppm.
Аналоговую схемотехнику не хочется туда добавлять, появятся иные проблемы...
Видно придется ставить еще один генератор и делать нониусный измеритель... но все равно придется думать как его упростить...

Ну а если поставить умножитель с минимумом обвязки, например, Si5322 или выбрать что-нибудь http://www.silabs.com/products/clocksoscil...es/default.aspx Мануал на все умножители с установкой коэффициентов http://www.silabs.com/Support%20Documents/...renceManual.pdf . Или подыскать другие Сонетовские чипы-умножители. Разрешалова с клоковой 622 или 644 МГц уже должно хватить. В крайнем случае взять ADF4360 -5, -6 и зафапировать от 40МГц, обвязка будет тоже почти никакая

Сообщение отредактировал ledum - Mar 29 2010, 12:44

[jam]

Никогда не сталкивался, поделитесь информацией как это делается.

Если известна форма сигнала и сделать две выборки при помощи ацп с текущей разрядностью (полученной при этих выборках разницей амплитуды) , то можно вычислить начало сигнала. Например предположим , что мы семплируем фронт имеющий постоянную скорость нарастания и с промежутком в 10нс сделали две выборки. Одна скажем показала 100ед, а вторая 1100ед. Следовательно сигнал начался за 1нс до первой выборки с точностью 10пс. Как видите - фронт больше 100нс - а разрешение при этом 10пс. Аппертурный джиттер ацп итд в этом примере не учтён.

[asdf]

Если известна форма сигнала и сделать две выборки при помощи ацп с текущей разрядностью (полученной при этих выборках разницей амплитуды) , то можно вычислить начало сигнала.

Понятно, спасибо.