（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）微波信號(hào)時(shí)域分析和測量技術(shù)的研究.pdf

摘要 本義研究的重點(diǎn)是如f u 在微波測距儀中采用在系統(tǒng)可編程邏輯器件 以提 高系統(tǒng)穩(wěn)定性 同時(shí)減小系統(tǒng)體積和功耗 并關(guān)注如何提高電路的可移植性 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展 尤其是存系統(tǒng)u j 編程邏輯器件的m 現(xiàn) 數(shù)字 電蹄的設(shè)計(jì)方法發(fā)生了很大的變化 采用功能強(qiáng)大的e d a 軟件 結(jié)合在系統(tǒng)可 編程技術(shù) i s p 可以在小從電路扳卜拆l i 芯片的情況下 應(yīng)用i s p 技術(shù) 改變 芯片的邏輯內(nèi)容 同時(shí)出于在系統(tǒng)可編程邏輯器f l 的集成度不斷提高 可以在 單片芯片q j 集成整個(gè)數(shù)字電路系統(tǒng) 使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了提高 而且體積 功耗大大減小 本文中 首先討論了目前主流的微波測距理論 然后應(yīng)用l a t t l c e l o l 6 列 微波測距儀的部分分頻控制電路進(jìn)行了集成 并進(jìn)行了功能仿真 為了提高仿 真的速度 對(duì)部分電路采用v l i d l 語言進(jìn)行邏輯捕述 通過實(shí)驗(yàn)證明 在微波測距儀中采用在系統(tǒng)u j 編程邏輯器件 收到了很好 的效果 關(guān)鍵詞 可編程邏輯器件 在系統(tǒng)可編程 微波測距儀 a b s tr a c t 1 n1h lsp a p e r t h ee m p h a s isish o wt ou s et h ei ns y s t e mp r o g r a m m a bje c h i pt oi m p r o v et l e sl a b il i t vo fm i c r o w a v er a n g ef i n d e rar i dr e d u c ct h e k iz eo ti t a tf jr s tt h en a p e zi n t r o d u c o ss o m eh a s i cih e o r i e so fm e a s u r ed is t a n c e t h e ni n t r o d u c e st h es t r u c t u r eort h el 1 3 s y s t e mp l d p r o g r a r m n a b e l o g i c d e v i c e i m itje el 6 w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fv i s ta n di s p i n s y s t e mp r o g r a m m a b e t e c h n i q u e t h ew a yo td e s i g ne l i g i t a c i r c u jlh a sc h a n g e dg r e a t a d o p t i n g s pa n df d ale c h n i q u em a yn o to n iy in t c g r a t i n gc i r c u i tb u ta ls c h a n g in g t h e l o g i cc o n t e n to ft h ec h i pw i t h o u td is i i l a n l ll n gi tf r o mt h ec i r c u i t b o a i d w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h ei s pc h i p sd e n s i t y t h ew h 0 1 ec ir c u it m a yb e jn t e g r a t e d1n n e c h i p 1 nt h isp a p e r t h em i c r o w a v er a n g e rf i n d e ra d o p t st w ol ll 1 ic el 16 p i dc h ip st oin t e g r a t es o m e s e p a r a t ec i r c u i t sa n dm a k et h ef u n c t i o n s i m u l a t i o n i tp r o v e st h ei s pc h i p m a yi m p r o v et h es t a b i l i t yo ft h es y s l e m a n dm a yr e d u c et h e p o w e rc o n s u m p l jo nt o o i no r d e rt om a k et h e s p e e do ft h ef u n c t i o ns i m u l a t i o nf a s t e r t h e s y s t e ma d o p t jn g v t l d i v e r y 1 9 h s p e e d j n t e g r a t e dc j f c u l l a r d w m e d e s c r i p t i o nl a n g u a g e t om a k es i m u l a t i o nf a s t e r a tt h es a m et i m et h i s m a k eil e a s yl ot r a r l s p l a n tt h ec i f c u it1 0o th e rk i n d s0 rt s pc h j p s k e y w o r d s p r o g r a n m n a b i ei o g i0d e v i c e in s y s t e mpr o g r a m m a b ie m i c r o w a v er a n g efj n d e r 微波衍o j 時(shí)域分折和測量技術(shù)的 口i 宄 閂i j 吾 在無線電電子測量技術(shù)中 測量對(duì)象是寬頻率范圍內(nèi)信號(hào)與系統(tǒng)的參數(shù)與 特 盹 從整體上可分為頻域測量和時(shí)域測雖 頻域測量以被測信號(hào)和被測系統(tǒng) 存頻率領(lǐng)域的特性為依據(jù) 時(shí)域測量以被測信號(hào)和系統(tǒng)在時(shí)間領(lǐng)域的特性為依 抓 0 頻域測量相比 州域測景具有以下特點(diǎn) 1 成本低 所需設(shè)備簡單 體積小 2 時(shí)域測量涵蓋的頻率范圍已與頻域測量相當(dāng) 采1 h 精密的數(shù) 據(jù)處翌i 技術(shù) 其測量的精度有可能超過頻域測量所扶得的精度 4 利用時(shí)域 洲量可簡單明了的獲得線性系統(tǒng)的一切特性 i e 是由于以上幾點(diǎn)原幽 隨著微 電子技術(shù)的發(fā)展 進(jìn)入8 0 年代厲 時(shí)域測量技術(shù)得到了飛速發(fā)展 在時(shí)域測量 中 反射測量系統(tǒng)占有很重要的地位 通過測量反射點(diǎn)到觀測點(diǎn)的往返路徑的 傳輸時(shí)川 可以測出觀測點(diǎn)至反射點(diǎn)的傳輸距離 而且通過觀察入射波和反射 波的形狀和幅度 還可以確定傳輸線阻抗不連續(xù)的性質(zhì)和數(shù)值 因此在測距 地f 探測 傳輸線檢測等領(lǐng)域都有蓿廣泛的應(yīng)用 而在反射測量中通常采用的 都是微波信號(hào) 因此利用微波信號(hào)時(shí)域分析技術(shù)進(jìn)j 測量有著廣泛的應(yīng)片j 前景 例如在如石油 化1 等部 j 中 液位晌在線測量直是國內(nèi)外計(jì)量行業(yè)的 難題 由于這些現(xiàn)場的環(huán)境惡劣 防爆要求極嚴(yán)格 許多儀表及傳感器的應(yīng)用 受到了限制 許多部門仍采用手t 測量 不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度人 而且難以實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)在線檢測 而利用微波信號(hào)進(jìn)行測距 山于解決了一次儀表帶電的問題 目應(yīng)用精密的數(shù)據(jù)處理技術(shù) f j 以使得測量精度達(dá)到生產(chǎn)的需要 而且易于遙 控監(jiān)督 自動(dòng)做業(yè) 岡此微波測距在這些領(lǐng)域里得到了廣泛的心用 電磁波測距是時(shí)域測量的 個(gè)重要領(lǐng)域 近4 0 年來 得到了飛速發(fā)展 電 磁波測距儀是光波測距儀和微波測距儀的總稱 分為三大家庭兩兄弟 從1 9 5 7 年的以閂熾燈作載波源的n a s m2 a 型光電測距儀投入大地測量生產(chǎn)作業(yè)以來 光 波測距儀已發(fā)展到了第三代 第一代是光電測距儀 第二代j 品足激光測距儀 和半導(dǎo)體測距儀 第二代是多波測距儀 以1 0 厘米波作載波的m r a i 犁微波測距 儀和n a s m 一2 a 型光電測距儀同時(shí)投入大地測量的生產(chǎn)作業(yè) 但在提高測距精度力 面尚無重大突破 難以分代而論 按儀器工作原理之異和所用載波的不同 可將電磁波測距儀分為脈沖式 1 相位式和混合式三人家庭 微波測距儀和光波測距儀兩兄弟 山d 二f c 可知 2 電磁波測距儀足以測量測距信號(hào)往返于測線的傳播r j 問t 而求得待測距離的 按測定傳播r 口劇 的不同 電磁波測距儀可以分為下述幾種類型 脈沖式 測距儀 它是直接測量儀器所發(fā)射的脈沖信號(hào)往返于測線的傳輸時(shí)間 按 微波信寸時(shí)域分析j f 測量技術(shù)的州究 d 二f c 求得待測蹲離的 一 相位式測距儀 它是測量儀器所發(fā)射的連續(xù)的 2 測距信號(hào)往返于測線的滯后千h 位 而間接地求得傳播時(shí)問 主要特點(diǎn)是測距精 度高 但至少要作二次測量 即要?jiǎng)?個(gè)以上的測距頻率 才能測出距離 且 作用距離短 三 混合式測距儀 它發(fā)射脈沖信號(hào) 而測量調(diào)制波或喈波往返 i 一測線的滯后相位 進(jìn)而問接地求得傳輸時(shí)間 因此又稱作脈沖 相位式測 距儀 既有較高的測距精度 又有較遠(yuǎn)的作用距離 英國研制的g e o r a n l 雙激 光測距儀就是例 大地測量和工程測量所應(yīng)用的電磁波測距儀 按所用載波的不同 可分為 光波測距儀和微波測距儀 采用無線電電波巾的厘米波或毫米波作載波的無線 電測足巨儀叫做微波測距儀 1 9 5 4 年在t l w a d l e y 的指導(dǎo)卜 研制成功了一種崩 i o 厘米波做載波的無線電測距儀 命名為t e l l u r o m e t o r 1 9 5 7 年t e l l u r o m e t e r 儀器公司批最生產(chǎn)了m r a i 型微波測距儀 屬于相位式測距儀 它由主臺(tái)和副臺(tái) 組成 主臺(tái)用于觀測讀數(shù) 副臺(tái)能將接收的測距信號(hào)予以變換 并重發(fā)到主臺(tái) 微波測距儀麻用于生產(chǎn)作業(yè) 與光電測距儀幾乎是同時(shí)間的 雖然精度低于光 電測距 但有以下優(yōu)點(diǎn) 1 晝夜均可觀測 這既便于選擇適當(dāng)?shù)挠^測時(shí)間 義 可作移動(dòng)目標(biāo)的觀測 2 儀器輕小 測程較遠(yuǎn) 3 要求測線的觀測條件低 凡能幾何通視 視線不受地面物體障礙的測線 均可作微波測距 在炯霧 甚 j 三d i i i 小雪的情況下亦能工作 4 要求主副臺(tái)相互定向的精度低 在測線兩 端架設(shè)儀器時(shí) 彼此問只要粗略對(duì)準(zhǔn)即可工作 5 主副臺(tái)設(shè)有無線電話 便于 及時(shí)交流情況 處理問題 m r ai 采用十進(jìn)擴(kuò)大法解算波數(shù)n 量程2 0 0 m 5 0 k m 測距精度為 5 c m 3 xi 0 d 僅重l l k g 其工作原理仍是現(xiàn)代微波測距儀的基 礎(chǔ) 此后微波測距儀的發(fā)展主要集中在以下幾方面 一 改進(jìn)儀器設(shè)計(jì) 提高 測距精度 提高載波頻率 采用單一載波頻率利提高測距頻率 改進(jìn)天 線系統(tǒng) 二 改進(jìn)測相方法 提高觀測速度 三 采用集成電路 減輕儀器 蕈量 由于微波測距儀的測量精度受地面反射波影響較大 岡而精度較低 其發(fā) 展速度比光電測距儀慢得多 7 0 年代研制的測程搬在i o 5 0 k m 精度為 1 0 n 塒 3 p p m 2 0 m m 3 p p m 但8 0 年代后微波洲距儀在重量 精度上取得了 重大突破 特別引人注目的是前蘇聯(lián)中央測繪研究所研制成功的輕小型微波測 距儀b 0 丌h a 精度達(dá)到 3 r a m 3 p p m 量程為1 5 k m 采用漏斗式喇叭形天線 和2 5 k m 采用卡塞格倫式拋物鏡面大線 英凼t e l l u r o m l e t 公司生產(chǎn)的 t e l l u m a tc m w 2 0 型微波測距儀 測量9 0 2 5 k m 精度為 5 腫 3 p p m 這幾種 新型的微波測距儀標(biāo)志著微波測距儀發(fā)展史上的重大突破 t e l1u n l a tc m w2 0 微 波測距儀的測程超過了紅外測距儀 且精度與a g a 一1 4 a 等紅外測距儀相當(dāng) 向日 微波信寸時(shí)域分十斤和測量坎術(shù)的研究 它是全天候作 i k 的儀器 可以說是拉 i 了向波測距儀用于工程測量的序幕 目前岡內(nèi)外短距離測量系統(tǒng)中多采用時(shí)間隔測量法 主要是因?yàn)槲⒉ㄐ盘?hào) 步貞率較高 波長短 采用相位法需關(guān)注模糊分辨問題 目前在1 0 米量程內(nèi) 采 用微波信號(hào)作為信號(hào)源 應(yīng)用精密的時(shí)域分析 數(shù)據(jù)處理技術(shù) 測量精度可 達(dá)0 2 測量數(shù)據(jù)的傳輸 視一業(yè)現(xiàn)場而定 1 1 j 采用無線 g 外 微波 或有 線 同軸 雙絞線 光紅 傳輸方式 微波編 l l l j 域分析和測量技術(shù)的到充 1 微波測距的理論基礎(chǔ) 測距的基小原理最先是由e l i ejb a g h d a d y 和k e n n e t hw k d 1 s e o 在1 9 6 4 年 提出的 是采用電磁波在空間以有限速度傳播 并日當(dāng)它通過均勻媒介傳播時(shí) 其瞬時(shí)相位隨傳播距離做線性變化 因此 信號(hào)到目標(biāo)問的距離為r c i 2 其中c 為光速 t 為信號(hào)從測量站到目標(biāo)間往返的時(shí)延 對(duì)于頻率為f 的正弦測 距信號(hào) 對(duì)應(yīng)的相位延遲中為 書 4 r f c 所以距離r c 咖 4 f 可見距離 的測量 l j 轉(zhuǎn)換為時(shí)陽jt 的測量或相位c b 的測量 采用測相泫存在模糊分辨的問題 因?yàn)樵砩衔覀冎荒軠y出中 3 6 0 的精 確值 測距信號(hào)的頻率越低 相位誤差和距離誤差越人 而提高測距正弦信號(hào) 的頻率則經(jīng)過日標(biāo)的彳辛返距離將包括多個(gè)波長 從而造成測最距離的1 i 確定性 日n 口測量時(shí)間間隔的普遍乃 法是電子計(jì)數(shù)法1 3 3 j 當(dāng)測量很小的時(shí)問間隔時(shí) 宵用變換法 以這種方法為基礎(chǔ)構(gòu)成叫間間隔倍增器 將叫間問隔擴(kuò)展為一 定倍數(shù)的裝置 通常倍增器與電了計(jì)數(shù)器配套使用 1 1 脈沖式鋇9 距 i i 量時(shí)間t i 1 1 電子計(jì)數(shù)法的基本原理 脈沖式計(jì)數(shù)器的原理如圖l 1 所示 被測電壓u 及u 沿著兩個(gè)通道加在整 圖1 1 脈沖式計(jì)數(shù)器的原理 f i g u r e l 1 t h ep r l n c i p l eo fp u l s ec o u n t e r 形裝置l 當(dāng)這些電壓達(dá)到門限電壓 及u 時(shí) 住整形裝置的輸出端卜產(chǎn)生 微波信號(hào)時(shí)域分析和測量掛術(shù)的研究 窄脈沖u 及i j 這兩個(gè)脈沖分別對(duì)應(yīng)于被測時(shí)f j 間隔t x 的起點(diǎn)利終點(diǎn) 這些脈 沖作用在觸發(fā)器上 觸發(fā)器輸出的脈沖存t x 時(shí)洲內(nèi) r 啟選通門 在脈沖作用的時(shí)問內(nèi) 計(jì)數(shù)器累訓(xùn)已知周期為t 的脈沖 計(jì)數(shù)脈沖由振蕩 器給出 累計(jì)的脈沖數(shù)目n 正比于被測的時(shí)間間隔 并能從讀數(shù)裝置上讀m t x n t 一 t t 1 一1 圖i 2 是計(jì)數(shù)脈沖之間的關(guān)系 因?yàn)閠 o l f 所以時(shí)鐘振蕩器的頻率 不準(zhǔn)將引入誤差 t 晶振的 f i 準(zhǔn)確度乘以t 由于 t 及 t 足由測量的離 散性 起的 因此單次測量將引入 o 1 個(gè)計(jì)數(shù)單位的誤差 對(duì)1 0 0 m h z 時(shí)鐘 信號(hào)而言 此項(xiàng)誤差為 0 h 1 0 n s 另外比較電平的不穩(wěn)定性 引起時(shí)問f f lj 隔的測量誤差為 u u t n t k 一可瓦r 一 可東r 一 面k 百k u 1 2 其中 u ah 為比較電半的不穩(wěn)定性 若警 警 u0 1 2 0 2 u u u2 nuo 1 3 1 4 卜5 n 為比例常數(shù) 為選用的比較門限電平 則此誤差為 t 羔姿生上 v 高檔計(jì)數(shù)搽的恒溫晶振頻率穩(wěn)定度優(yōu)于 1 1 0 4 5 x 1 0 o d 若輸入信號(hào)的電 壓變化斜率大于 5 1 0 v n s nu 1 m v 則a1 z 可達(dá)小于l o o p s 因此提高 測量精確度的關(guān)鍵是設(shè)法測出并減小 t 和 t 引入的誤差 因而利用下面介紹 的延遲重合法 浮標(biāo)法或時(shí)問問隔變換法等方法測出 t 與 t 可把測量精確 度再提高一 兩個(gè)數(shù)量級(jí) 單次測量精確度達(dá)5 0 1 0 0 p s u 觸放信0 時(shí)域分析和測量技術(shù)的刪f 究 t 2 u a u i 一ix 匕 t 伴 i ii 一一一一一 i ii l i il 私t 剖b t 日 r jj 一ij fff f t t t 圖1 2 訓(xùn)數(shù)脈沖之問的關(guān)系f i g u r e l 2t h er e la t i o no fc o u n t e rd u l s e 6 微波信譬川域分析和捌基技術(shù)的 究 1 1 2 延遲重合法 延遲重合法通常用存已消除起點(diǎn)誤差 al 的時(shí)間間隔測量儀中 以便減 小終點(diǎn)誤差at 時(shí)間川輻測量儀中附加分段延遲線 它是以匹配電 j 且r 選通 門以及譯碼與指示裝置為負(fù)載如圖1 3 所示 計(jì)數(shù)脈沖通過選通門丙加在幾段 延遲線的輸入端 每段延遲時(shí)問是t t n 總延遲時(shí)問為t 圖1 3 延遲重合法原理圖 f i g u r e l 3t h ep r i n c i p i eo fd e l a ys u p e r p o s i t i o n 延遲線是匹配的 因此經(jīng)n 一 t 時(shí)間后 加在輸入端的脈沖完全被匹配電 阻吸收 每段的輸出端通過選通門與譯碼及指示裝置連接 選通f j 是受觸發(fā)器 輸出的脈沖控制的 在t x 時(shí)問內(nèi)所有選通門是閉鎖的 因此在延遲線中被延遲 f 勺第n 個(gè)時(shí)鐘脈沖開始沒有加在譯碼裝置一h 反在時(shí)間t x 結(jié)束后才開啟選通fj 計(jì)數(shù)脈沖逐次通過第k 1 個(gè)及以后的選通門 共計(jì) n k 個(gè) 山圖1 4 有 t x n l kt k b 16 k b 離散性誤差 它小于t n 凼此采用此法 測量儀的離散誤差小n 倍 h h h 微波符 時(shí)域分折和測量技術(shù)的研冗 jljl i t l1 r 伴 圖1 4 延遲重合法原理圖 f i g u r e l 4 t h ep r i n c i p i eo fd e l a ys u p e r p o s i t i o n 1 1 3 游標(biāo)法 游標(biāo)法測時(shí)的原理圖如圖1 5 所不 在游標(biāo)法測時(shí)當(dāng)中 時(shí)洲問隔的起點(diǎn) 脈沖b 觸發(fā)計(jì)數(shù)脈沖振蕩器 使它丌采振蕩 同時(shí)u 又作用于觸發(fā)器l 觸發(fā) 器1 輸出的脈沖開啟選通門1 這樣計(jì)數(shù)器開始對(duì)周期為t 的脈沖計(jì)數(shù) 當(dāng)時(shí) 刊羹瓣沖 u 8 符合電路 選通f jl 觸發(fā)器1 觸發(fā)器2 汁數(shù)器 r 譯碼及讀 數(shù)裝置 薹鬟脈沖振卜 至繭斗廠孬磊諒棄百磊磊 網(wǎng)1 5 游標(biāo)法原理圖 f i g u r e l 5t h ep r i n c i p i eo fc u r s o rc o u n t e r 時(shí)問問隔終點(diǎn)脈沖u 到來叫 觸發(fā)器l 又翻轉(zhuǎn)到初始狀態(tài) 計(jì)數(shù)囂停止計(jì)數(shù) 微波信號(hào)時(shí)域分析和測量技術(shù)的研究 計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)目n 是表示n t 的時(shí)問聞隔 終點(diǎn)脈沖 時(shí)又觸發(fā)游標(biāo)振 u u i u 4 q l t x l u b ih lil l 1q k 7 卜k t o 門l 圖1 6 游標(biāo)法原理圖 f j g u r e l 6 t h ep r jn c i p l eo fc u f s o fc o u n t e r 蕩器 此時(shí)觸發(fā)器2 輸出的脈沖開啟選通門2 周期為t 一 n 1 t 0 n n 為正 整數(shù) 的游標(biāo)脈沖進(jìn)入游標(biāo)脈沖計(jì)數(shù)器和符合電路 隨著時(shí)問的變化 計(jì)數(shù)序 列和游標(biāo)序列的相鄰且墩沖開始重合 于是符合電路開始工作 其輸出脈沖作用 到選通門2 使經(jīng)過游標(biāo)通道的計(jì)數(shù)停 r 設(shè)游標(biāo)脈沖計(jì)數(shù)器累計(jì)了k 個(gè)游標(biāo)脈 沖 由圖1 6 有 t x n t n a t o 1 7 t k t n k t l 一 t k 1 n 一 t 礎(chǔ) 1 8 t t t j 計(jì)數(shù)與游標(biāo)脈沖前沿沒有準(zhǔn)確重合而引起的誤差 由丁 t 的限制 n 的數(shù)值不能太大 通常設(shè)計(jì)使 t n 為方便 n 最好取1 0 或1 0 0 將a t 代入上式 其中k 描述間隔at e 的持續(xù)時(shí)間 以周期t 的分?jǐn)?shù)表示 t x n t a k t o r l mat f 卜9 l n 游標(biāo)的步距 儀器讀數(shù)裝置與兩個(gè)計(jì)數(shù)器相連 使讀數(shù)裝置的高位顯示數(shù)目n 而低位顯示數(shù) 目為k 一般n 1 0 或1 0 0 那么at 的值以t 的十分之幾或百分之幾的形式從 計(jì)數(shù)器裝置的低位上讀出 從而使單次測量的離散誤差減小1 0 倍或1 0 0 倍 據(jù) 報(bào)導(dǎo) 利 咩 游標(biāo)法構(gòu)成p s 測時(shí)系統(tǒng)可達(dá)到優(yōu)于5 0 p s 的測量準(zhǔn)確度 1 1 4 時(shí)間間隔變換法 將時(shí)間問隔變換成電壓 然后將它重新變換成時(shí)間問隔 變換后的時(shí)川人 微波信號(hào)時(shí)域分所和洌量技術(shù)的m 宄 二被測的時(shí)問惻隔 這種裝置稱為時(shí)間間隔展寬器 展寬器與數(shù)寧式時(shí)間f u j 隔 測鼉儀配套使用可用于展寬與at 和at 相關(guān)的時(shí)間問隔t d 和t e 例 法國湯姆遜公司生產(chǎn)的t s n 6 3 6 時(shí)間問隔測量儀 如圖1 7 所示 則對(duì) t 3 5 2 0 r l s t 及t e 3 5 l 2 0 r i s atr 展寬2 0 0 倍 用于展寬t d 和t e 的展 寬器的線路相同 電流產(chǎn)生器 i 通過二極管c r 8 通電流 當(dāng)被測時(shí)1 1 l j 問隔的 起t 或 終點(diǎn) 脈沖到達(dá)后的第一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí) 單穩(wěn)態(tài)2 通過c r 7 把 一極管c r 8 關(guān)閉 電流發(fā)生器 i 就對(duì)電容器c 3 7 恒流充電 通過放大器 把快速比較器m 2 6 觸發(fā)變態(tài) 當(dāng)經(jīng)l r l 延遲3 5 n s 的信號(hào)到達(dá)后 單穩(wěn)態(tài)1 觸發(fā) 電流發(fā)7 l i 器 i 的電流被c r 6 短路 使電容器c 3 7 停止充電 1 剞叫通過電流發(fā) 生器i 2 0 0 恒流放電 在放電終了時(shí) 快速比較器m 2 6 即回到初態(tài) 這樣電容 器c 3 7 充電和放電時(shí)間內(nèi) m 2 6 都處于變換狀態(tài) 使測 l t d 或a t t e 用的 游標(biāo)計(jì)數(shù)器計(jì)算時(shí)鐘脈沖的數(shù)值 電容器c 3 7 的充電和放電都足線性的 只是 充電的斜率人 放電的斜率小 它們的斜率是如此調(diào)整的 即保證1 2 0 0 或l n 的比例 兇而對(duì)應(yīng)于充放電期間的時(shí)間間隔比t d 或t e 展寬了2 0 0 倍 圖巾的 延遲線i r 1 的時(shí)延量不要求絕對(duì)準(zhǔn)確 只要求用于 起點(diǎn) 展寬器和 終 囊 展 1 0 0 m h z 時(shí)鐘 邏輯電路 電流發(fā)牛器 單穩(wěn)態(tài)1 c 3 7 充電結(jié)束 蚪蓋蔫結(jié)束 c r 6 c r 8 c r 7 i c 3 7 f 卜 q 9 彪0 0 流 發(fā) 生 器 m 2 6 圖1 7 列間闖隔測量儀原理圖 f i g i j r e l 7t h ep r i n c i p eo ft i m e p e r i o dn l e a s u r e 寬器電路中的延遲線l r i 的時(shí)延相等即可 微波信 知j 域分析邱測量拽術(shù)的研究 出陶1 8 有 t d 3 5 2 0 n s a1 1 t e 3 5 l 2 0 r l s t u 山t x n t 一 t a t n 有t x n t 一t d t e 已不包含 3 5 1 s 卜1 0 卜1 i f 1 一1 2 圖1 8 時(shí)州間隔測量儀原理圖 f i g u r e l 8t h ep r i n c i p l eo ft i m ep e r i o dm e a s u reir l sl r u m e n t f 面介紹帶有展寬器的精密數(shù)寧式時(shí)間間隔測量儀的工作原理 圖1 9 中 所示的展寬器把t d 和t e 展寬2 0 0 倍后再左控制輸入到 起點(diǎn) 游標(biāo)計(jì)數(shù)器和 終l l 游標(biāo)計(jì)數(shù)器的1 0 0 m h z 時(shí)鐘脈沖 然后再 b e 汁數(shù)器級(jí)聯(lián) 這樣可獄得 l o o p s 的測量準(zhǔn)確度 原理如下 終點(diǎn)展寬器 2 0 0 t l 1 0 0 m h z 時(shí)鐘 或fj1 或fj2 2 0 0 t d f 起點(diǎn)展寬器 1 0 0 m h z 時(shí)鐘卜1 n 1 l 等1 0 m h z 高約l 一 型割秈j r f 廄 起點(diǎn)游標(biāo)訓(xùn)數(shù)器 圖1 9 時(shí)間間隔測量僅原理圖 f i g u r e l 9t h ep r j n p l e o ft i m ep e r i o di i i o a s u r e i n s t r u m e n t 參照?qǐng)Di 2 圖1 9 可知 通過邏輯電路使在 起點(diǎn) 脈沖到來之后 c r 終點(diǎn) 微波信 j 時(shí)域分析和州量技術(shù)的研究 脈沖到來之前 主計(jì)數(shù)器通過或門3 記下n 一1 個(gè)時(shí)鐘脈沖數(shù) 又在 起點(diǎn) 脈沖到達(dá)后的第 個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí) 起點(diǎn) 游標(biāo)記數(shù)器丌始記數(shù) 其b 2 0 0 t d t 個(gè)時(shí)鐘脈沖數(shù) 終點(diǎn) 脈沖到達(dá)后的第二個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí) 終點(diǎn) 游標(biāo)計(jì)數(shù)器丌始計(jì)數(shù) 共記下2 0 0 t e t 個(gè)時(shí)鐘脈沖數(shù) 如果2 0 0 t e t 丈于2 0 0 則 終點(diǎn) 游標(biāo)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)步脈沖 經(jīng)過或門3 送入主計(jì)數(shù)器 隨后頻率約 為l o m h z 的補(bǔ)償振蕩器丌始振蕩 其輸出既通過或門2 加到起點(diǎn)游標(biāo)計(jì)數(shù)器 又通過或門l 加到終點(diǎn)游標(biāo)計(jì)數(shù)器 起點(diǎn)游標(biāo)計(jì)數(shù)器的容量設(shè)計(jì)為m 2 0 0 即對(duì) 應(yīng)m 1 0 n s m 為3 以上的正整數(shù) 因?yàn)? 5 n s t d 或t e 6 k h z l 1 0 k mr 1 5 k h z f i k mf 1 5 0 k h z l 2 0 m 厶 7 5 0 0 k l l z 可見 這四把電尺所對(duì)應(yīng)的測距頻率約為6 k h z 1 5 k i l z 1 5 0 k l l z 7 5 0 0 k h z 直接使用這四個(gè)測距頻率來測量距離是很不方便的 因?yàn)樗鼈兊淖畲箢l率和最 小頻率豐h 差約1 2 5 0 倍 這在設(shè)計(jì)中 將大大增加電路設(shè)計(jì)的難度 使其電路的 結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 同時(shí)降低整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性 要解決這個(gè)問題實(shí)際上 是采用 差頻測相 的方法 1 2 2 差頻測相法測距的基本原理 差頻測相的方法是 如果我們采用角頻率為w 和w 的信號(hào) 測得的干h 位 分別為 十t 2 z 1 t t 1 一1 9 十 2 2 m t t 卜2 0 與0 的差為 牽 2 中 一審 z22 z t 一2 t 二2 一 2 t 1 2 1 令 l2 o l l 一 1 l 即f l5 l f i 2 微被信號(hào)h t 域分析和刪量技術(shù)的研究 中i 2 a j t 4 n f t t 4 頑d v 1 2 2 其中f t 1 f 分別為 j 1 o 塒應(yīng)的頻率 也就是澄 利用角頻 率為0 的測距信號(hào)兩次測出的相位值之差 相當(dāng)于用角頻率為 0 的 等效測距信號(hào)一次測量的結(jié)果 這樣使電路的結(jié)構(gòu)變得簡單 同時(shí)增強(qiáng)了整個(gè) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性 例如c w 9 32 0 0 型微波測距儀的測距頻率發(fā)置采用的是二進(jìn)制力法 用了育 十四個(gè)不同測距頻率的序列 其最精密的測距頻率為1 6 0 m h z 十四個(gè)不剛測距 頻率通過絕對(duì) 直接 頻率測相和差頻測相可以計(jì)算所對(duì)應(yīng)的十四個(gè)小同模糊 距離g g l 2 根據(jù)這十四個(gè)模糊距離i 可推算出微波測距儀距離計(jì)算的最 終公式 卟每 等m 等m 一 k 等 2 式中 n i n t d l l 當(dāng)次洲量的正整數(shù) 劃應(yīng)相位變化的整削期數(shù) 其中n o 當(dāng)次測量的模糊距離 m 當(dāng)次測量的不足一周期的相位差的尾數(shù) n o a b c d 的十四次測量的次數(shù) d 當(dāng)次測量的距離 由于十四個(gè)測距頻率在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)選定 從而可以預(yù)先知道所對(duì)應(yīng)的十四個(gè)模 糊距離l 的值 這樣 公式中只要知道n 值和 十 值 距離d 就可計(jì)算出 在微波 測距儀系統(tǒng)測距過程中 由相位計(jì)數(shù)器測出卸 再加上上個(gè)測距頻率所得到 的距離d 計(jì)算出的n 值 從而得到距離d 一次測距過程是 第一個(gè)測距頻率 經(jīng)孝h 位訃數(shù)器測出所對(duì)應(yīng) 如 知道t a 十 山上述公式可計(jì)算出第一個(gè)測距頻 率所得的距離d 第二個(gè)測距頻率的n i d l 取其正整數(shù) 距離d l n 耐一 3 6 0 第 i 個(gè)測距頻率以此類推 這樣距離d 也由第一個(gè)測距頻 率所得到粗距離到第十四個(gè)測距頻率所得到精距離 最后測量距離達(dá)到 5 m m 3 x 1 0 1d 的測量精度 1 3 微波測距中的誤差分析 在測量中有時(shí)要對(duì)一個(gè)或多個(gè)測量量進(jìn)行 一次或多次洲量 對(duì)于許多的數(shù) 據(jù)都要進(jìn)行處理 在測量數(shù)據(jù)的處理過程中 通常都是通過研究和處理誤差來 完成的 測量誤差一般可以分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差 d 微波f 號(hào)塒域分析和測量技術(shù)的研究 1 3 1 偶然誤差與系統(tǒng)誤差對(duì)微波測距精度的綜合影響 設(shè)在觀測結(jié)果中存在著偶然誤差 與系統(tǒng)誤差j 其總誤差臼 2 5 其 j 獨(dú)立觀測次數(shù)i l 2 n 上式兩端平方求和 得 口2 2 占2 隨湍再分別除以 得幽 墜堂 凼 2 墜型 z打蚪雄 r 1 凼2 墜型 0 則 l 刨 幽 刨 1 2 4 盱h揮 可表示為i l l 2 i n m 2 卜2 5 其中m m m 分別足觀測結(jié)果總誤芳的均方根值 偶然誤差和系統(tǒng)誤差的均方 根值 j l 測量皆非一次 而是多次重復(fù)觀測 所以經(jīng)常所說的偶然誤差和系統(tǒng) 洪差 不是指 與8 本身 而是 1 1 與m 一的簡稱 由 一2 5 武很易看出 只有當(dāng)f f l k i n 時(shí) 觀測結(jié)果的總誤差i n 爿 可用偶然 誤差j 1 1 近似表示 迸一步講 只有證明了i t i m 時(shí) 才可按最小二乘法原理和 公式對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行平籌計(jì)算和精度m r 計(jì) 若在實(shí)際觀測結(jié)果r r 的系統(tǒng)誤差小 能忽略時(shí) 不加考慮的仍按最小二乘法原理進(jìn)行平差計(jì)算 所得的結(jié)果就不是 最佳估值 目前在文章中都是 有 定程度的系統(tǒng)誤差 或 有系統(tǒng)誤差的影響 等 定性說明 而沒有對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行近似的定量分析 根據(jù)理淪與實(shí)驗(yàn)資料證明 當(dāng) i l 二m 或ms 二m 時(shí) 才i i j 以為系統(tǒng)誤差已小到可以忽略不計(jì) 前者適用卜 j 精度較高的大地測量 后者用于地形或炮兵聯(lián)測 當(dāng)滿足卜述條件時(shí) 就可用 最小二乘法原理對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行半差運(yùn)算和精度估計(jì) 凼此對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行近 似的定量分析是必要的 這罩求系統(tǒng)誤差在數(shù)量級(jí)上的大小 不能用來改幣系統(tǒng)誤差 而只是用來 與偶然誤差進(jìn)行比較 決定其取舍 對(duì) 1 i2 5 式做簡單的改變 即成 鏟 爿 1 2 6 卜2 6 式就是電磁波測距真實(shí)精度罷 內(nèi)部符合精度冬 系統(tǒng)誤差 堡 三者之 ddd 俐晌近似關(guān)系 只要知道其中的兩項(xiàng) 很容易求出第二項(xiàng) 例如微波測距儀的 野外作業(yè) 除個(gè)別地區(qū)地面反射影響大之外 大量試驗(yàn)資料表明 微波測距儀 微波f 圳州0 城分析和測量技術(shù)的計(jì)7 的內(nèi)部符合精度 般在五 萬分之一到y(tǒng) j 萬d z 一范圍內(nèi) h 1 1 m d 3 2 2 1 1 1 0 微波測距的真實(shí)精度 即外部符合精度 u 與高精度的已知邊 慕線 邊 大激光邊 比較得到 一般為二十萬分之一 這個(gè)數(shù)值與國內(nèi)外試驗(yàn)結(jié) 果是一致的 這么人的系統(tǒng)誤差是不容忽略的 在平差計(jì)算平u 精度估計(jì)之前 一定要進(jìn)行改l 卜 1 3 2 r 嵌波測距中誤差表達(dá)式 目自h 國內(nèi)外都采用m 4 m b d 柬計(jì)算電磁波測距邊的中誤差 其中a 是儀器 本身的固有誤差 它與邊k 無關(guān) b d 是與邊長有關(guān)的比例誤差 兩者皆是偶然 性質(zhì)的誤差 儀器mj 時(shí) 為表征儀器的技術(shù)指標(biāo) 是用上式表示儀器的誤差 關(guān)系與大小 如m 5 m m 1 0 1 0 6 d 這種形式表明 該儀器具有固定炭差 5 1 n m 它與邊長無關(guān) 與邊長有關(guān)的誤差是 1 0 1 0 1 1d 該形式表明 即 使忽略其固定誤差 其測邊精度最高也只能到一百萬分之一 但是m a b d 在形式上只能是電磁波測距的最大誤差 不能反映偶然誤 差的特性 用此式來規(guī)定野外作 p 的限差 會(huì)降低觀測結(jié)果的精度 同時(shí)電磁 波測距精度不僅與邊長有必 還取決于外界的地形和氣象條件 如用微波測距 儀測量邊長相等的兩條邊 按m a b d 算得的葉1 誤差是一樣的i 若這兩條邊 的地形條件小i 刊 地面反射誤差差別較大 則這兩條邊的真實(shí)精度是會(huì)有顯著 的不同 因此 可以采用m m 二 y 2 d 2 z 來訃算電磁波測距v j 中誤差 其 中 2 2 m 2 m 墨 2 粵 2 m r 分別表示儀器讀 h j 數(shù) 儀器常數(shù) 大氣折射率 調(diào)制頻率的中誤差 這個(gè)公式是根據(jù)誤差傳播定 律推導(dǎo)出來的 因此 它完全反映了偶然誤差的性質(zhì) 其次 應(yīng)在野外條件下 測定m 和m 的值 而克服在短邊或在室內(nèi)測定a b v j 局限性 在測定m m 的同時(shí) 還在野外條件下測定儀器常數(shù)k 值 1 3 3 微波測距的系統(tǒng)誤差改正 觀測結(jié)果中存在著偶然誤差與系統(tǒng)誤差是毫無異議的 只是住不同條件下 兩者的大小小同而已 偶然誤差 零均值的隨機(jī)洪籌 的出現(xiàn) 從表面上看 是雜亂兀章的 毫無規(guī)律 但就整體而言 卻具有一定的統(tǒng)計(jì)艦律 可以按概 率統(tǒng)計(jì)的辦法束減弱或者消除其影響 系統(tǒng)誤差是一種固定的或名 服從某一函 微波信 川域分析耳 測量授術(shù)的研究 數(shù)規(guī)律的誤差 它與偶然誤差不同 不能用一種統(tǒng)一 的方法處理 而只能針對(duì) 某 具體觀測對(duì)象和條件 用取不同的處理方法 幽此 系統(tǒng)誤差本身雖有規(guī) 律 但對(duì)某一測量結(jié)果作實(shí)際處理時(shí) 往往要比處理偶然誤籌復(fù)雜 甚至無法 解決 測量誤差的基本理論 高斯定理的建立 是以測量結(jié)果中只存在偶然誤若 而不含有系統(tǒng)誤差為前提的 所以 在利用高斯定理對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算 和精度估計(jì)時(shí) 都是假設(shè)系統(tǒng)誤差與偶然誤差相比 比較小 小到可以忽略不 計(jì)這 先決條件 反之 如果觀測結(jié)果q j 存在著4 i 可忽略的系統(tǒng)誤差 仍按最 小 乘法原理和公式進(jìn)行 則所得的平差結(jié)果和精度估計(jì)都是值得懷疑的 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 儀器尤其足無線電儀器的性能不斷提高 觀測方法 與措施r 趨完善 則近似反映偶然誤差的所謂內(nèi)部符合精度越來越高 所以系 統(tǒng)誤差劃觀測結(jié)果的影響就突出起來 處理帶有不 f 忽略的系統(tǒng)誤差的觀測結(jié) 果 一股有兩種途徑 一是修正高斯定理 擴(kuò)大其應(yīng)用范圍 使之能顧及系統(tǒng) 誤差的存在 這個(gè)問題困難目前尚未解決 二是事先改m 觀測結(jié)果中的系統(tǒng)誤 差 而后再按最小二乘法的原理和公式 對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行平差訓(xùn)算和糟度估計(jì) 這種方法與修正高斯定理樹比 就簡單多了 困內(nèi)外大量統(tǒng)計(jì)資料證明 微波測距邊與商精度的已知邊相比 普遍短 3 6 x 1 0 左右 這樣大的系統(tǒng)誤差已 重地影響著微波測距的精度提高和作用 的發(fā)揮 應(yīng)此探討如何改正它的系統(tǒng)誤籌是卜分迫切和必要的 在測量實(shí)踐中 一般采用下列辦法來處理系統(tǒng)誤差對(duì)觀測結(jié)果精度的影響 l 盡t t i 能精確地測出系統(tǒng)誤差的人小 直接對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)誤差改 l f 如皋線測量中的溫度改正 電磁測距巾的儀器常數(shù)改正 2 無法精確地測出其大小 只能掌握它出現(xiàn)的規(guī)律 就采用相應(yīng)的措施 避免系統(tǒng)誤差的影響 如經(jīng)緯儀觀測中的度盤分配 選擇觀測時(shí)間減少光折差 的影響 但多數(shù)系統(tǒng)洪差的產(chǎn)生是出多種囚素引起的 相互影響又是錯(cuò)綜復(fù)雜 很 難細(xì)分各種誤差源的大小 微波測距的系統(tǒng)誤差就屬于這種情況 它主要由水 蕉氣壓力和地面反射引起 這兩者同前很難用詳盡的公式分丌 雖可在觀測過 程中 設(shè)法避免 但外界變化無常 很難掌握 對(duì)于這一類型的系統(tǒng)誤差 劉 榮 趙維忠 j 提出 根掘大量的實(shí)際觀測結(jié)果 用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法 找f 微波 測距系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律建立其近似改正公式 用這種方法 改l 卜觀測結(jié)果巾 的系統(tǒng)誤籌要具備以下兩個(gè)條件 1 劃所討論對(duì)象產(chǎn) 生系統(tǒng)誤差的因素有比較詳盡的分析 準(zhǔn)確判定系統(tǒng)洪 差變化的規(guī)律 關(guān)于微波測距的系統(tǒng)誤差源的理論分析 叮知系統(tǒng)誤差有三種形式 是 與邊長無關(guān)的常值系統(tǒng)誤差 是 瓠塑長成l f 比的線性變值系統(tǒng)洪籌 i 是隨 微波符i 時(shí)域分析和側(cè)量技術(shù)的 j f 飩 邊k 變化的周期性系統(tǒng)誤差 2 要有大最的觀測結(jié)果 并有較高精度的已知數(shù)據(jù) 他俐收集了凼內(nèi) i 2 1 6 條微波測距的實(shí)測資料 它們分布在平原 丘陵和山 區(qū) 邊長山2 0 0 米n 6 0 公早 這2 1 6 條邊都有較高精度晌基線邊長或大激光測距 儀觀測結(jié)果 對(duì)微波測距的精度而占 后者 除個(gè)別邊外 是可以作為標(biāo)準(zhǔn)長 度的 在2 1 6 條邊上 設(shè)微波測距邊長為d 相應(yīng)的基線或高精度激光邊為d 1 麗 者之差 d d 1 一d j 近似視為微波測距的真誤差 它包含著偶然誤差和系統(tǒng)誤 差兩部分的綜合影響 表1 1 中儀列出一部分?jǐn)?shù)據(jù)以供參考 由此表可以看m 微波測距邊比已知邊測短了4 1 0 1 d j 左右 以 d 為縱半標(biāo) d 為橫坐標(biāo) 可繪 制微波誤差點(diǎn)位分布圖 邊長概值 d傅里葉級(jí)數(shù)正弦函數(shù)4 1 0 6 d 米 米 5 3 4 90 0 7 60 0 4 80 0 2 80 0 40 0 3 60 0 2 0 0 5 5 1 1 8 9 80 0 5 80 0 5 50 0 0 20 0 5 4 0 0 40 0 4 30 0 1 3 1 6 9 3 90 0 8 4 0 0 8 6 0 0 0 20 0 7 40 0 l o0 0 6 8 0 1 6 2 0 6 6 60 0 6 l0 0 7 2o 0 1 10 0 9 9 0 3 80 0 8 3一o 0 2 l 2 6 9 7 3o 1 3 30 1 4 9o 0 1 6o 1 3 0 0 0 3o 1 0 80 0 2 5 6 0 1 20 2 9 3o 1 4 0o 1 5 3 1 5 5o 1 3 8o 1 2 0o 7 3 4 0 8 0 30 2 80 2 6 4o 0 1 60 1 8 60 0 9 4o 1 6 0 1 1 7 4 9 3 0 90 4 6 20 3 1 6o 14 60 2 2 0 0 2 4 20 1 9 70 2 6 5 5 7 4 160 3 0 60 2 9 lo 0 1 50 2 4 90 0 5 70 2 3 0 0 7 6 1 8 5 2 20 0 0 70 0 8 2 0 0 7 30 0 8 4 0 0 7 70 0 7 1 0 0 6 7 表1 1 微波測距誤差 先后試用了很多種函數(shù)束擬合誤差分布 并對(duì)微波測距進(jìn)行系統(tǒng)誤差修正 其中最為理想者為直線一傅里葉級(jí)數(shù) 旦1 占 d o 口j d 十 c o s k 等b 釓s i n 女等d 其中j 為第i 條邊d 的系統(tǒng)誤差以m 為單位 d 為第i 條邊上微波測距觀測值 以l0 k i n 為單位 a 墳 k 1 2 1 0 為待定系數(shù) 可以使微波測距 精度由平均1 8 萬分之一提高n 2 7 萬分之一 其性能改善比直線l r 弦函數(shù) 微被情l j 時(shí)域分析和測量技術(shù)的研冗 j d 上 一 等 d 及線性函數(shù) 甌 4 1 0 6 d 要好許多 其巾 a a 與 是待定系數(shù) 9 微波俯 j 域分析柙測量技術(shù)的研究 2 在系統(tǒng)可編程邏輯器件 2 1 高密度可編程邏輯器件 高密度叮編程邏輯器件 h d p l d 通常指那些集成度大j 二1 0 0 0 門 片的 p i d 器件 這里所說的門不是實(shí)際的 而是用來衡量p l d 規(guī)模的p l d 等效門 顯然 h d p i d 是v l s i 集成工藝高度發(fā)展的產(chǎn)物 在集成工藝精度未達(dá)到1 m 以f 時(shí) 是 生產(chǎn)不出這種商密度和高性能器件的 i i d p l d 人斂可分兩類 一類是吐i g a l 發(fā)展起來的 雖然其規(guī)模比普通g a l 大得 多 功能也強(qiáng)得多 其主體仍是與 或陣列 因而稱之為陣列型h d p l d 另一類是 可編程門陣列 f p g a 它是許多邏輯宏單元組成的陣列 因而稱之為單元型 f o p l d 隨著集成 1 藝的發(fā)展 h d p l d 的集成規(guī)模越來越大 超過1 0 0 0 0 門 片的h d p i d 已不鮮見 完令有町能將一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)裝在一片h d p l d 中 從而使制成的設(shè)備體 積小 蕈量小 成本低 生產(chǎn)過程簡犖 維修方便 陣列型l i d p l d 與g a l 目比 具 有上屯清零 1 f 可編程 1 0 0 可測試等優(yōu)點(diǎn)外 還有如下優(yōu)點(diǎn) 1 高速度 h d p l d 是采用集成精度小于1pm 的 1 藝制成的 芯片尺 j f j 輸入到輸出 p i nt o p i n 之間的傳輸延遲小 因而可在較高速度下使用 女w l a t t i c e 公司生產(chǎn)的i s p l s l 2 0 0 0 系列產(chǎn)品的傳輸延遲為7 5 n s 使用頻率可達(dá) 1 3 5 m h z 2 低功耗一一h d p l d 中每門的功耗隨集成密度提高而降低 例如低密度 g a i 2 2 v l 正常工作時(shí)電源電流的典型值為9 0 m a 而含8 0 0 0 等效門的i s p l s l 3 1 9 2 正常工作時(shí) 電源電流典型值只有t 5 m a 可見h d p i d 中每門的功耗遠(yuǎn)小于低密 p l d 3 商保密性能 a l 雖然可以加密 但兇其規(guī)模小 很容易被解密 h d p l d 規(guī)模是g a i 的數(shù)十倍 加之絕大多數(shù)端口皆是t 0 端 企圖通過窮舉測試的方法 解密幾乎是不可能的 因而h d p l d 自勺力n 密性能是非?？煽康?此外大多數(shù)h d p l d 都有對(duì)能導(dǎo)致c m o s 電路損壞的可控硅自鎖效應(yīng)的防護(hù)能力和對(duì)短暫高壓脈沖 e s d 的防護(hù)能力 由子結(jié)構(gòu)上的差別 使得陣列型b d p l d n f p g a 的應(yīng)用范圍也有所不同 邏輯 系統(tǒng)通?？煞譃閮扇祟愋?一類是控制密集型 一類是數(shù)據(jù)密集型 控制密集 型也稱邏輯密集型 如高速緩存控制 d r a m 控制和d m a 控制等 它們僅需要很少 的數(shù)據(jù)處理能力 但邏輯關(guān)系一般都復(fù)雜 數(shù)據(jù)密集型需要大量數(shù)據(jù)處理能力 具應(yīng)用多見丁通訊領(lǐng)域 為選擇合適的h d p l d 應(yīng)從速度與性能 邏輯利用率 編程技術(shù)及其它幾方面進(jìn)行考查 1 速度與性能 微波信 j 時(shí)域分析和測量披術(shù)的 究 數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng)巾每個(gè)單元所需的輸入端較少 邏輯相塒簡單 對(duì)邏輯塊 輸入端的需求較少 用f p g a 實(shí)現(xiàn) 可能只需一級(jí)c l b 便可實(shí)現(xiàn) 而f p g a 的c l b 囚 其尺叫小 延時(shí)是很小的 凼而能獲得高的單 i 速度 但若削c l b 來實(shí)現(xiàn)控制密 集型系統(tǒng)則相反 岡為控制密集型系統(tǒng)通常是輸入密集型的 邏輯復(fù)雜 c l b 的 輸入端往往不夠使用 需把多個(gè)c l b 串聯(lián)起來 這樣就使其延遲時(shí)間成倍地增長 系統(tǒng)速度急劇降低 而若用陣列型h d p i d 米實(shí)現(xiàn)則絕大多數(shù)情況都只需一繳延 遲 從而獲得較高速度 至于 2 連速度 大體也如此 對(duì)數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng) 如果用單元型h d p l d 岡 所需級(jí)數(shù)少 可以將相關(guān)數(shù)據(jù)位緊密排列在一起 使互連路線較短 有利與系 統(tǒng)性能的提高 但對(duì)于控制密集型系統(tǒng) 由于信號(hào)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜 不經(jīng)反復(fù)運(yùn) 算和布局 很難使甄連的長度減至很小 而若 連通道長 經(jīng)過的連接點(diǎn)多 其速度就低 所以控制密集型系統(tǒng)也宜采用陣列型h d p l d 其互連延時(shí)是固定的 可獲得較高的互連速度 所以陣列型h d p l d g l 單元型h d p l d 各適用丁小同的場合 一般來說 陣列剮 速度優(yōu)于單元型 2 邏輯利用率 邏輯利用率是指器件中資源被利用的程度 陣列型p l d 邏輯強(qiáng)而寄存器較 少 單元型p l d 中邏輯弱兩寄存器多 這正好與控制密集型系統(tǒng)與數(shù)據(jù)密集型系 統(tǒng)相對(duì)應(yīng) 因此從邏輯利用率角度 也是f p g a 有利于數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng) 陣列型 h d p l d 有利于控制密集型系統(tǒng) 3 使用方便性 使用方便首先要考慮性能的可預(yù)測性 在這一點(diǎn)上 陣列型p l d o r 于單元型 p l d 對(duì)陣列型p l d 通常只要輸入 輸出端u 數(shù) 內(nèi)部門和