Измерение длительности импульса с точностью до пары наносекунд Опции

[Quantum1]

Приветствую сей форум!
Собственно задача такова, требуется точно измерить длительность (не менее 500 нс и не более 4мкс) одиночного импульса с точностью до 2ух наносекунд, и на основании этих измерений процессор задает частоту работы синтезатора частот, и все это счастье на отечественной комплектации*)
Если с синтезатором частот все хорошо - есть всякие 1508ПЛхх, которые можно тактировать 1ГГц, то с измерением все не так радужно... Вся задача по сути сводится к счету импульсов частотой 1 ГГц. И тут красивых решений я пока не могу выдать. Может есть у кого-нибудь опыт решения похожих задач?

Спасибо!

[dxp]

1. Существуют специализированные микросхемы-измерители временных интервалов, используются в лазерных дальномерах, например. Разрешения и точности там должно хватить с запасом.

2. Подать импульс на интегратор и измерить величину сигнала на его выходе. Но тут непросто может оказаться и со схемотехникой, и с подбором элементной базы.

[Белый дед]

При одиночном импульсе точность измерения ограничивается шумами - шумом источника сигнала и шумом измерительного компаратора.
2 нс на первый взгляд - очень сомнительно.

[Quantum1]

1. Существуют специализированные микросхемы-измерители временных интервалов, используются в лазерных дальномерах, например. Разрешения и точности там должно хватить с запасом.

Да! Я видел парочку похожих, но они не производятся. Если подскажешь какой-нибудь список буду очень благодарен.

2. Подать импульс на интегратор и измерить величину сигнала на его выходе. Но тут непросто может оказаться и со схемотехникой, и с подбором элементной базы.

Для меня это тяжелый путь, сам эту идею крутил как мог, но прибор должен работать в широком диапазоне температур, тут я думаю учесть все погрешности просто не реально, плюс вероятно придется осуществлять индивидуальный подбор каких-либо элементов, и еще работать с АЦП... короче просто ворох проблем...

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 22 2013, 19:03

[_pv]

Да! Я видел парочку похожих, но они не производятся. Если подскажешь какой-нибудь список буду очень благодарен.

вражеские: http://www.acam.de/products/time-to-digita...erter/overview/

Для меня это тяжелый путь, сам эту идею крутил как мог, но прибор должен работать в широком диапазоне частот, тут я думаю учесть все погрешности просто не реально, плюс вероятно придется осуществлять индивидуальный подбор каких-либо элементов, и еще работать с АЦП... короче просто ворох проблем...

импульсы как часто идут?
просто любой даже очень медленный сигма-дельта АЦП сам по себе вполне интегратор даже для совсем коротких импульсов, надо только антиалиасинговый фильтр правильно сделать, а медлительность компенсируется высоким разрешением.
например ad7195, на 1КГц имеет шум интеграла одной выборки 0.1нВ*сек,
то есть подав импульс на вход такого АЦП (размазав его хорошенько входным фильтром) и просуммировав несколько отсчётов (чтобы и входной и цифровой(4 отсчёта) фильтр устаканился) разрешения будут на порядок выше требуемых, однако отечественных производителей аналогов не подскажу.

[Quantum1]

При одиночном импульсе точность измерения ограничивается шумами - шумом источника сигнала и шумом измерительного компаратора.
2 нс на первый взгляд - очень сомнительно.

Измерения одиночные, но не однократные, а периодичные, т.е. усреднение по n-количеству измерений конечно будет, но суть в том что эта подстройка происходит уже во время работы. А для первых измерений погрешности которые внесут шумы можно учесть программно или не учитывать если они будут в пределах одного-двух 2нсекудных тактов. В принципе можно и частоту счетных импульсов делать 500 МГц, но тут уже посмотрим какую тактовую частоту сделаем для синтезатора.

вражеские: http://www.acam.de/products/time-to-digita...erter/overview/

импульсы как часто идут?
просто любой даже очень медленный сигма-дельта АЦП сам по себе вполне интегратор даже для совсем коротких импульсов, надо только антиалиасинговый фильтр правильно сделать, а медлительность компенсируется высоким разрешением.
например ad7195, на 1КГц имеет шум интеграла одной выборки 0.1нВ*сек,
то есть подав импульс на вход такого АЦП (размазав его хорошенько входным фильтром) и просуммировав несколько отсчётов (чтобы и входной и цифровой(4 отсчёта) фильтр устаканился) разрешения будут на порядок выше требуемых, однако отечественных производителей аналогов не подскажу.

такая штука не пройдет, иначе все было бы гораздо проще... система должна запускаться с ПЕРВОГО же импульса, и не иметь аналоговой инерциальности, т.е. все обсчеты чисто в цифре и реальном времени... т.е. если измеряемые импульсы резко изменят длительность, система должна тоже среагировать резко, пусть и с первоначальными погрешностями.

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 22 2013, 10:35

[rx3apf]

На cqham.ru подобную тему обсуждали и было предложено достаточно красивое и простое решение (тема про эталон частоты на основе GPS). С разрешением 50..100 nS считаем традиционным способом с использованием генератора заполняющих импульсов, "хвосты" - интерполятором. Тут потребуются два канала, на "голову" и "хвост". Получится чуть сложнее, но не так уж страшно. С применением программируемой логики - тем более.

Но, конечно, задержка, обусловленная работой ADC, тут обязательно будет.

Сообщение отредактировал rx3apf - Oct 22 2013, 10:35

[Quantum1]

На cqham.ru подобную тему обсуждали и было предложено достаточно красивое и простое решение (тема про эталон частоты на основе GPS). С разрешением 50..100 nS считаем традиционным способом с использованием генератора заполняющих импульсов, "хвосты" - интерполятором. Тут потребуются два канала, на "голову" и "хвост". Получится чуть сложнее, но не так уж страшно. С применением программируемой логики - тем более.

Но, конечно, задержка, обусловленная работой ADC, тут обязательно будет.

Я тоже о такой системе в первую же очередь думал и думаю, но пока мне здесь не понятно, как учесть все погрешности и хвосты получается нужно как то очень быстро "обнулять", при каждом новом такте, т.е. в районе тактового фронта, легко получаются неопределенные состояния те же +-100нС, а эту уже много. Спасибо, попробую поискать эту тему.

Посмотрел... что то ничего не понял, там о готовых решениях идет речь, т.е. о покупке приборов итд... можете пожалуйста кинуть конкретно ссылку где именно обсуждается данный метод, Спасибо!

вражеские: http://www.acam.de/products/time-to-digita...erter/overview/

а нужны наши*) и под -60*)

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 22 2013, 10:56

[rx3apf]

За 400 nS (минимальная длина импульса минус цикл заполнения) -"голову" всяко можно обнулить. Если и пауза между импульсами хотя бы не меньше - то и с "хвостом" проблем нет. Для измерения заряда можно использовать встроенный 10-битный ADC ширпотребного микроконтроллера, а если не хватает скорости - то взять какую-нибудь мелочь восьминогую, и даже тактировку ее можно сделать от программируемой логики.

http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=21028&page=26

А про -60 забудьте

Сообщение отредактировал rx3apf - Oct 22 2013, 11:09

[zzzzzzzz]

Токмо, чтобы вы посмеялись:

если деньги и время есть - разработка и изготовление ASIC по 0.18 мкм. Возможно и с ПЗ порешать.
По прямому методу счета, с тактовой частотой вплоть до 4 ГГц. Плюс, можно запихнуть ещё огромную кучу нужной цифры или МIXа. Или, вообще, сделать более "мудрый", адаптивный алгоритм счёта. Не шутка. А безнадёжное предложение ОКРа.

Всё, можно смеяться.
Я тоже поржу (над отсутствием либо денег, либо времени, либо и того, и другого)

[Quantum1]

За 400 nS (минимальная длина импульса минус цикл заполнения) -"голову" всяко можно обнулить. Если и пауза между импульсами хотя бы не меньше - то и с "хвостом" проблем нет. Для измерения заряда можно использовать встроенный 10-битный ADC ширпотребного микроконтроллера, а если не хватает скорости - то взять какую-нибудь мелочь восьминогую, и даже тактировку ее можно сделать от программируемой логики.

Может я чего то не понял...
Как я понял этот прицип, к примеру работаем на частоте 10МГц, т.е. период 100нС
"хвост"- (количество тактовых импульсов)*(период 100 нС).
"голова" - заряд на конденсаторе, который набирается за время от начала такта и до конца(или до конца измеряемого импульса), сбрасывается до нуля, при начале нового такта. Соответственно АЦПируем это заряд получаем прибавку к "хвосту" т.е. полной время измеряемого импульса.

отсюда и проблема неопределенности если конец измеряемого импульса наступает в районе фронта тактового сигнала.. Т.е. мы получаем погрешность не просто +-100нС, а еще и погрешности заряда на конденстаоре.


за ссылку большое спасибо -изучаю

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 22 2013, 11:19

[rx3apf]

Нет, под "головой" я подразумевал время от фронта исходного импульса до фронта счетного, а под "хвостом" - от спада исходного опять же до фронта счетного. Вот эти дельты (в пределах одного периода счетного) и надо преобразовать интерполяторами, а "тело" будет целое число "счетных" импульсов импульсов. А вот чтобы не было неоднозначности в районе фронта, в обсуждаемой теме и было сделано, что длина преобразовываемого импульса не 0...1T, а 1...2T.

[rudy_b]

Делается просто, стандартный конвертор время-время.

Исходно разряженный конденсатор заряжается постоянным большим током во время импульса и разряжается постоянным малым током после него до нуля. Время разряда измеряется счетом числа импульсов.

Длительность импульса равна длительности разряда деленной на соотношение зарядного и разрядного токов. Причем разряд не обязательно начинать сразу по концу импульса, можно немного подождать и присинхронизироваться к генератору заполняющих импульсов. Точность 2 нс в данных условиях получить несложно, поскольку импульсы длинные и начальная нелинейность такого конвертера не будет мешать.

Можно и точнее, но тогда лучше делать периодическую калибровку конвертера по импульсам стандартной длины от кварцевого генератора.

[rx3apf]

0.05%. Можно, да. Но вот на счет "несложно" - не уверен. А перекалибровка - это само собой, тут просто без вариантов.

Сообщение отредактировал rx3apf - Oct 22 2013, 11:28

[_pv]

Измерения одиночные, но не однократные, а периодичные.

сигма-дельта АЦП
...
такая штука не пройдет, иначе все было бы гораздо проще... система должна запускаться с ПЕРВОГО же импульса, и не иметь аналоговой инерциальности, т.е. все обсчеты чисто в цифре и реальном времени... т.е. если измеряемые импульсы резко изменят длительность, система должна тоже среагировать резко, пусть и с первоначальными погрешностями.

какая периодичность импульсов? сколько максимум времени есть после спада импульса, до того момента как надо выдать измеренную длительность в цифре?