TCM-2通用時(shí)間比對(duì)模塊及其應(yīng)用

TCM-2通用時(shí)間比對(duì)模塊及其應(yīng)用兩事件之間的時(shí)間差通常是用脈沖填充法進(jìn)行測(cè)量的。它的測(cè)量精度取決于參考時(shí)鐘的頻率。這種方法具有固定的±１計(jì)數(shù)的誤差。為了提高測(cè)量的分辨率，在高精度通用定時(shí)模塊中采用了模擬擴(kuò)展技術(shù)。當(dāng)待測(cè)脈沖輸入模塊后，由模塊測(cè)量它們的時(shí)刻，并按要求將相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果通過(guò)串行移位寄存器輸出。由于被測(cè)事件與測(cè)量時(shí)鐘之間沒(méi)有確定的相位關(guān)系但它們之間有一小數(shù)周期的差。因此為了提高測(cè)量分辨率，系統(tǒng)中的擴(kuò)展器采用了模擬技術(shù)，并將不足一個(gè)計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔展寬（例如展寬１０００倍），然后再用相同的１０ＭＨｚ時(shí)鐘對(duì)展寬了的脈沖計(jì)數(shù)以達(dá)到０．１ｎｓ的分辨率。ＦＰＧＡ可實(shí)現(xiàn)所有的數(shù)字邏輯功能，包括輸入信號(hào)的選擇、擴(kuò)展邏輯、計(jì)數(shù)器、鎖存器、多路數(shù)據(jù)選擇、多個(gè)串行移位寄存器、ＰＷＭ等。其中串行移位寄存器又包括ＤＤＳ控制、ＬＥＤ顯示、與外部的數(shù)據(jù)交換等。ＦＰＧＡ中的各輸出控制模塊可按使用的要求舍取，例如，當(dāng)使用ＤＤＳ時(shí)，一般不使用ＰＷＭ。實(shí)際上，在不單獨(dú)構(gòu)成儀器時(shí)也不用ＬＥＤ顯示。模塊中的單片機(jī)可控制整個(gè)工作流程，包括控制各通道的測(cè)量、采集測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)、與母板的數(shù)據(jù)交換、接收ＧＰＳ信息或與外部主控制器（如ＰＣ）交換數(shù)據(jù)及指令等。當(dāng)以ＧＰＳ為參考源時(shí)，ＧＰＳ通道的測(cè)量值可用于計(jì)算秒間隔，從而計(jì)算基本時(shí)鐘的頻率，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可用另一串行移位寄存器來(lái)調(diào)整ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）的輸出頻率。模塊的基本時(shí)鐘同時(shí)也是ＤＤＳ的時(shí)鐘。它可控制兩個(gè)ＤＤＳ，以便輸出兩個(gè)不同的頻率。它們共用一個(gè)串行移位寄存器，可由ＤＤＳＣＳ１和ＤＤＳＣＳ２來(lái)選擇。而外部ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）則一般工作于串行輸入方式。實(shí)際上，設(shè)計(jì)時(shí)也可用其它定時(shí)脈沖作為外部參考以校準(zhǔn)時(shí)間和頻率。當(dāng)輸入待測(cè)脈沖多于四種時(shí)，可采用時(shí)分復(fù)用的方法進(jìn)行測(cè)量。通常可由模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用，也可由外部控制實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用。外部控制器通過(guò)串行移位寄存器向模塊發(fā)送操作指令。模塊根據(jù)外部控制器的指令來(lái)測(cè)量相應(yīng)通道的信號(hào)，然后經(jīng)計(jì)算送回外部控制器。ＴＣＭ－２高精度通用時(shí)間比對(duì)模塊還能自動(dòng)識(shí)別參考定時(shí)脈沖和基準(zhǔn)時(shí)鐘的類(lèi)別，同時(shí)可調(diào)整相應(yīng)的算法。表２給出了ＴＣＭ－２的主要參數(shù)指標(biāo)。表1TCM-2引腳分配及功能表引腳名引腳號(hào)I/O功能DDSD18ODDS串行數(shù)據(jù)線(xiàn)DDSCK19ODDS串行時(shí)鐘線(xiàn)DDSUD/PWM12ODDS輸入數(shù)據(jù)更新或PWM輸出DDSRST10ODDS芯片復(fù)位DDSIORST31ODDS數(shù)據(jù)口復(fù)位DDSCS233O第二片DDS的片選DDSCS135O第一生DDS的片選LEDSD13O串行顯示口數(shù)據(jù)線(xiàn)LEDSCK14O串行顯示口時(shí)鐘線(xiàn)SDDM2O輸出移位寄存器數(shù)據(jù)SCKDM3O輸出移位寄存器時(shí)鐘MBUSY4I外部接收移位寄存器滿(mǎn)標(biāo)志SDMD42I輸入移位寄存器數(shù)據(jù)SCKMD43I輸入移位寄存器時(shí)鐘DBUSY44O內(nèi)部移位寄存器滿(mǎn)標(biāo)志CKO17I輸出時(shí)鐘信號(hào)，用于生成定時(shí)脈沖及與對(duì)方盤(pán)時(shí)鐘比較CKOX46I對(duì)方盤(pán)輸出時(shí)鐘，用于在主/備工作時(shí)與本盤(pán)比較GPS1PPS48IGPS秒脈沖輸入G1PPSD47IGPS秒脈沖直接輸入，用于測(cè)量天線(xiàn)延時(shí)1PPSO1O秒脈沖輸出W/FSNCI41I光纖/微波輸入同步脈沖（用于時(shí)間雙向