高精度時間測量電路與實現

　　在基本的游標法時間測量電路中，當檢測到經過延遲線傳輸后的開始與停止信號在某點發生重合時，在Tstop – Tstart <τ1的情況下通過計算可以知道：

　　Tstop - Tstart = (n-1)× (τ1 – τ2)

　　其中n是經過的比較級數。

　　這種測量方法的分辨率是兩條延遲線中延遲單元的時間差，即(τ1 – τ2)，在電路設計時要保證τ1 > τ2。其量程由延遲單元數量和τ1、τ2共同決定。可以看出這種方法能夠實現比抽頭延遲線法更高的測量分辨率，前提是保證用于測量的兩條延遲線中的單元有穩定的延遲，為了達到這一目標常常通過PLL或DLL來產生具有穩定延遲的延遲線[4-5]。

　　基于電容充放電法的時間測量

　　基于電容充放電法的時間測量是利用恒流源在被測量時間段內對一個電容充電，之后的處理方法又分成兩種：一種測量方法是利用兩個恒流源，其中一個用于電容充電，另一個用于電容放電但是比充電恒流源小得多，開始測量時在被測時間段內用充電恒流源對電容進行充電，然后用放電恒流源對剛進行充電的電容進行放電，充電電流和放電電流的比值決定了充電時間與放電時間的比值，通過這種方法實現被測時間段的放大。經過放大的時間可以采用分辨率更低也更容易實現的方法進行計量。這種方法的原理如圖3所示，圖中左上角給出了進行充放電的波形。這種方法要求用于充電的恒流源I1遠大于用于放電的恒流源I2，假定I1與I2的比值為K。可以看出：

　　Tr/T = (I1-I2)/I2 = K-1

　　所以被測量時間段的放大倍數是由I1與I2的比值K決定的。這種測量方法的分辨率由充放電恒流源的精度、電流大小的比值和用于放電結束判斷的電壓比較器精度共同決定。

　　另一種測量方法是在被測時間段內完成電容充電后，直接使用ADC對電容上的電壓值進行轉換，根據轉換結果即可計算出充電的時間。它的原理如圖4所示。與前面通過放電實現時間放大的方法相比，這種方法可以完成更高速的測量。它的測量精度由充電恒流源和ADC的精度決定。