数字移相技术提升脉宽测量精度的FPGA实现

"电子测量中的基于数字移相高精度脉宽测量系统着重于解决脉冲宽度测量的精度问题。传统的脉冲计数法在测量时存在一个时钟周期的误差，而提高精度的方法包括提升时钟频率和采用时幅转换技术。然而，提升时钟频率会增加对硬件性能的要求，而时幅转换技术则可能受到噪声干扰和响应速度的限制。本文提出了一种新的方案，利用数字移相技术来改善测量精度，并通过FPGA芯片实现测试系统。该系统利用相位差为90°的四路时钟信号驱动四个计数器同步计数，以提高测量准确度。" 在电子测量和仪器仪表中，脉冲宽度的精确测量是至关重要的。脉冲计数法是一种常见的方法，它依赖于高频时钟脉冲来计数待测信号的高电平或低电平持续时间，以此计算脉冲宽度。然而，由于待测信号的上升和下降沿不可能与时钟的边沿完全对齐，导致最大误差为一个时钟周期。以80MHz时钟为例，最大误差可达12.5ns。为了提高测量精度，有两种主要策略：提高时钟频率或采用时幅转换。 提高时钟频率虽然可以减小测量误差，但同时也增加了对硬件性能的需求。例如，要达到1ns的测量误差，需要1GHz的时钟频率，这不仅对计数器芯片提出了极高的要求，还可能引发电路设计的诸多挑战，如布线、材料选取等。另一方面，时幅转换技术不依赖于高时钟频率，但它通常涉及模拟电路，容易受到噪声影响，且在处理高频信号时，响应速度可能成为限制因素。 为了解决这些问题，文章提出了一个创新的解决方案，即利用数字移相技术。这种方法通过延时生成相位差为90°的四路时钟信号CLK0、CLK90、CLK180和CLK270，每个时钟信号驱动一个计数器同时对待测信号进行计数。这种方法可以有效地平均误差，提高测量的准确性和稳定性，尤其适用于需要高精度测量的场景。 基于数字移相的高精度脉宽测量系统通过巧妙地利用相位差，克服了传统方法的局限性，实现了更高精度的脉冲宽度测量，这对于高速数字通信、信号处理和许多其他电子应用领域具有重要意义。通过FPGA实现，这种系统可以灵活适应不同的测量需求，并且有可能降低对高性能硬件的依赖，从而降低了成本并提高了测量系统的实用性。