基于飛行時間法的納秒量級時間間隔測量系統(tǒng)研制

上述三種測量方式，各自都有自己的特點，適用于不同的條件，測量的分辨率也有很大不同。在具體應(yīng)用中，可以根據(jù)所測等離子體的能量范圍和通道個數(shù)以及所要求的分辨率，來具體的選擇適用哪種模式。

在該測量系統(tǒng)中，需要兩個通道同時測量，而且需要大量程測量，所以選擇測量范圍一，具體的寄存器配置如下：Reg0：0x48；Reg1：0x4B；Reg2：0x01；Reg3：0xXX；Reg4：0x40；Reg5：0xXX；Reg6：0x02；Reg7：0x01；Reg8：0x00；Reg9：0x00；Reg10：0x80。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊主要包括USB2.0控制器(Cy7c68013-128)、PC機，以及驅(qū)動和固件程序等。在整個測量系統(tǒng)中，為了更好的與PC機進(jìn)行通信，并獲得很快的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，最終選用USB接口(Universal SerialBus)，它是一種新的接口標(biāo)準(zhǔn)，有很多優(yōu)點如即插即用、支持熱插拔、傳輸速度快、可通過擴展連接多達(dá)127個USB設(shè)備等。

本設(shè)計選用的是Cypress公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C68013，這是一種帶USB接口的單片機芯片，雖然采用低價的8051單片機，但仍然能獲得很高的速度。它包括一個8051處理器、一個串行接口引擎(SIE)、一個USB收發(fā)器、一個8.5 kB片上RAM、一個4 kB FIFO存儲器及一個通用可編程接口(GPIF)。

通過系統(tǒng)軟件的設(shè)計就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，包括固件、應(yīng)用程序和驅(qū)動程序的設(shè)計。

3 實驗結(jié)果

通過實驗證明，該測量系統(tǒng)能測量出時間間隔范圍為3.5 ns～7.2μs，分辨率能達(dá)到500 ps。測量誤差在2％左右，其中時間間隔越短，誤差越大。部分實驗結(jié)果如表1所示。

4 主要問題

由于整個電路系統(tǒng)產(chǎn)生和測量的是納秒量級的脈沖信號，對于如此高頻率的信號，很容易受外部信號的干擾，因此在電路板的制作過程中，如何來屏蔽外部干擾信號，提高抗干擾能力，目前是一個急需解決的問題，這對整個測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性有著非常重要的意義。另一個問題就是整個測量系統(tǒng)的核心器件TDC-GP1的溫度范圍只有-40～+85℃，是否能夠經(jīng)受得起惡劣的空間環(huán)境考驗，只有通過老化實驗和環(huán)境模擬試驗驗證，才能進(jìn)一步應(yīng)用到空間探測中。

5 結(jié)語

通過實驗證明，該測量系統(tǒng)測量范圍為3.5 ns～7.2μs，測量誤差在允許范圍之內(nèi)，其主要性能指標(biāo)能滿足測量要求，具有一定的實用價值。由于電路中有納秒量級的高頻信號，因此在后續(xù)的電路設(shè)計中，將進(jìn)一步提高抗干擾能力。以滿足我國深空探測中等離子成分探測的需要。