时钟游标原理及其在直接数字测量中的应用

摘要

精密测量技术是当今各国高技术发展的核心内容，而数字化测量作为广泛采用的方案，已经成为技术发展的重要环节。对于数字测量方式，必然存在模拟到数字的转换环节，有限的量化精度导致信息的损失。根据Nyquist采样理论，连续的信号经过采样成为离散的数字量后，通过重建可以完全恢复出信号的原始信息。然而实际信号在采样和离散化过程中并不是完美的，导致恢复出的信号存在信息损失。
　　本文所述的精密直接数字测量技术，以ADC的边沿效应和时钟游标原理为基础。边沿效应研究了量化边沿的稳定度特性，探索利用ADC量化模糊区的稳定度指标实现量化误差的抑制。时钟游标原理，即建立采样时钟和被测信号之间的相位对应关系，可以获得类似游标卡尺的游标效应，是一种高级的相关采样方式。另一方面，作为周期性信号所特有的特性，利用时钟游标原理可以对被测信号进行波形的重建恢复，使得在采样率不高的情况下仍可获得被测信号的密集采样效果。直接数字测量技术是建立在以上理论基础之上提出的全新精密数字化测量方案，整体由前端的ADC以及后端的数字信号处理器构成。通过ADC将被测量直接转换到数字背景下，可以最大程度减小外界噪声及测量电路导致的误差。在数字背景下实现测量功能，对外界干扰具有明显的抑制能力，是一种可行的噪声优化、高精度测量途径。当我们将量化误差抑制技术与波形重建技术融入到直接数字测量结构中便可以实现高精度的全数字化测量。本文通过实验分别验证了直接数字测量的纵向电压识别精度在数字化测量中的应用，以交流电压有效值测量作为典型实例进行说明；及横向周期信号识别在时频测量中的应用，以精密频率测量为切入点进行说明。
　　从模拟测量到数字测量的发展，使得数据的数字化处理、存储和传递成为可能；从数字测量方式到直接数字测量方式的转变，将复杂的硬件实体电路变为数字背景下的虚拟处理和运算。直接数字测量技术为现代高精度数字测量提供了可行的思路，使数字测量与模拟测量之间的差距越来越小，在精度上超越模拟测量方式；同时，由于注重信号采集的连续性和相位对应关系，对频率信号的处理具有天然的优势。由此可以实现高精度的时间基准与频率测量技术，这将有助于我国对高精度导航定位的需求以及在精密测量核心技术方面达到世界领先水平。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状及趋势

1.3论文内容及章节安排

第二章 高精度直接数字测量及时钟游标效应

2.1传统模拟方式与数字方式

2.2高精度直接数字测量原理

2.3时钟游标技术原理分析

第三章 基于时钟游标的直接数字测量应用及实验

3.1纵向电压识别在数字测量中的应用

3.2横向周期特性在时频领域中的应用

第四章 基于时钟游标的直接数字测量误差分析

4.1噪声导致闸门位置误差

4.2直接数字测量原理误差

4.3系统综合性能误差分析

第五章 结论和展望

5.1研究结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

作者简介

附录