一种高精度时间间隔计数器的校准方法

         0引言

         时间间隔测里是时间坐标系中两个时刻之间的持续时间的侧盆，它是电子测量的一项基本技术。时间间隔测盆被广泛应用于通信、雷达、卫星及导航定位等领域。传统中常用的时间间隔测量方式是电子计数器测量，高精度时间间满计数器在科学实验和一些应用系统，例如大型通信系统、电力系统、特别是高速运动目标的跟踪定位系统、导航系统中发挥着重要的作用[1].然而，计数器测量受到其计数误差的限制，在对非常短的时间间隔进行侧量时必须使用孩率相当高的计数时钟。为了确保测量结果准确可靠，需要在测量范围内的不同时间间隔点上进行校准【2】。近年来，高精度计数器特别是微波计数器的测频能力提高很快，对校准方法提出了新的要求。本文分析了计数器校准过程中存在的随机误差、通道时延差异、阻抗不匹配等引人误差，并针对这些误差给出了一种改进的高精度计数器的校准方法，将时间量转化为长度量，首先对相对量进行定标，再利用高速数字示波器对固定时延量进行修正。经过定标和修正后，该校准装置在10ps一1ns的时间间隔范围内，最大允许误差小于(3Ps+0.01×时间间隔标称值)。该校准方法有效地提高了高精度时间间隔计数器的校准水平。

　　1时间间隔测量方法

　　传统的时间间隔测量方法主要包括电子计数法、模拟内插法、延迟线内插法等，它们都是以电子计数法为基础发展起来的，已经在很多领域得到了应用〔3一4〕.电子计数法测量原理如图1所示。其中，参考脉冲的频率为f0，周

　　2常用校准方法和误差分析[7一8]

　　时间间隔较长(数ns以上)时，计数器的校准方法如图2所示。该方法利用标准时间间隔产生器和高精度的参考时基，生成两路大小已知的时间间隔脉冲，通过两根同型的电缆组件连接到被校准的计数器进行测量，将测量值与设定值进行比较，实现计数器的校准。

　　当时间间隔较短(1ns以下)时，计数器的校准方法如图3所示。将标准时间间隔产生器生成的脉冲信号一分为二，一路作为开始脉冲，另一路经过固定延迟线后作为结束脉冲，延迟线通常采用经过标定的无源同轴线。该方法利用两路脉冲的时间差对被较计数器进行校准。在图2所示的校准方法中，时间间隔准确度的表达式如下:

(1)时基不准引人的误差

　　时间间隔产生器通常采用参考时钟计数的方法生成较长的时间间隔，此时由时基不准引人的误差为"rrorXdela"。利用高准确度的原子频标作为参考时基可以有效地降低该误差。