基于ADF4360-6和ECL分频的高精度时间间隔测量模块设计

　　0　引言

　　精密时间间隔测量对测控技术的进步起到了举足轻重的作用,因而研究微小时间间隔的测量技术具有重要的现实意义[1]。基于脉冲计数原理,设计了一种基于ADF4360-6频率合成器和ECL(EmitterCoupled Logic,射极耦合逻辑电路)分频电路的高精度时间间隔测量模块,产生1·2 GHz参考时钟。采用高性能的AD9515时钟分配器,解决了高频模拟信号与ECL逻辑电平之间电平转换的关键技术。将本模块应用在电磁波反射测长仪中,通过测量发射脉冲与反射脉冲间的时间间隔,可以实现对电缆长度的测量,具有很高的精度。大量实验证明该模块可以实现对微小时间间隔的精确测量,具有很高的应用价值。

　　1　原理概述

　　脉冲计数法是时间间隔测量技术中最基本的方法[2]。脉冲计数法中的脉冲是指参考时钟信号,参考时钟信号是脉冲计数法测时的时间基准,故又称时基信号。脉冲计数法是用标准信号形成被计数的时基信号Tref,通过测量时间间隔T内时基信号的个数n,直接显示T的值:

　　2　系统设计

　　如图1所示,系统设计主要分3部分:高频参考时钟设计部分、电平转换部分和ECL分频电路部分。

　　2. 1　高频参考时钟设计

　　为了产生低偏差低晃动的高频稳定时钟信号,模块选用高稳定度的温补振荡器TC18B作为标准晶振输入,该晶振的频点为12·000 00 MHz,频率稳定性为±1·0×10^-6,年老化率为±1×10^-6。选用ADF4360-6频率合成器实现锁相倍频,其原理图如图2所示。

　　该芯片频率输出范围为1 050~1 250 MHz,主要由低噪声数字鉴相器、精确电荷泵、可编程参考分频器(R分频器)、可编程A、B计数器及双模前置分频器(P/P+1)等部件组成。5位A计数器、13位B计数器与双模分频器(P/P+1)共同组成了N分频器,分频比N=BP+A.输入基准信号fi,经固定分频(除以R分频)后得到参考频率f_REF,f_REF的信号输入数字鉴相器的一端,压控振荡器输出信号f0经可预置分频器(N分频)后输入数字鉴相器的另一端。这2个信号进行比较,产生一个对应于2个信号相位差的误差电压,该误差电压经处理后去调整压控振荡器的频率(相位)。当环路锁定时,输入信号与压控振荡器输出信号频差为零,相位差不再随时间变化。此时,误差控制电压为一固定值,压控振荡器输出频率与输入信号频率相等,得

　　ADF4360-6具有3个内部锁存器,分别是控制锁存器(Control latch),N计数锁存器(N counter latch)和R计数锁存器(R counter latch),通过串行接口更改锁存器的内容可以实现对芯片工作状态、N分频系数和R分频系数的设置。在对各锁存器进行设置时必须遵循以下编程顺序: R counter latch, Con-trol latch,N counter latch.并且在对Control latch和N counterlatch设置时,中间必须有足够的时间间隔,否则芯片无法正常工作,其时序图如图3所示。