实时多通道并行通用计时测量系统

摘要

本发明公开了一种实时多通道并行通用计时测量系统。包括ARMSTM32系列微处理器、多片时间数字转换芯片（TDC-GPX芯片）、开始/停止信号输入接口阵列、数字/模拟切换开关阵列、多路自动增益控制（AGC）放大电路、多路高速比较电路、触摸式液晶屏、外部存储器、温度传感器和上位计算机。本发明实现多通道同时并行计时，实时性好；同时支持模拟和数字，单端和差分多种类型信号输入，适用范围广；具有导线长度补偿、多片TDC-GPX芯片通道一致性校正和温度补偿，精度高；一个微处理器控制1~4片TDC-GPX构成一个基本测量单元，需更多通道则堆叠使用多个基本测量单元，结构紧凑，扩展性强；基于LabView的上位机软件简化了图形化监控、显示应用程序开发难度。

主权项

一种实时多通道并行通用计时测量系统，该系统由1个或多个基本测量单元构成，其特征在于每个基本测量单元包括：ARM STM32系列微处理器（201）、多片时间数字转换芯片即TDC‑GPX芯片（202）、开始/停止信号输入接口阵列（203）、数字/模拟切换开关阵列（204）、多路自动增益控制即AGC放大电路（205）、多路高速比较电路（206）、触摸式液晶屏（207）、外部存储器（208）、温度传感器（209）和上位计算机（210）；ARM STM32系列微处理器（201）分别与多片时间数字转换芯片即TDC‑GPX芯片（202）、触摸式液晶屏（207）、外部存储器（208）、温度传感器（209）和上位计算机（210）连接；开始/停止信号输入接口阵列（203）连接数字/模拟切换开关阵列（204）；数字/模拟切换开关阵列（204）的数字输出连接多片时间数字转换芯片即TDC‑GPX芯片（202），其模拟输出连接多路自动增益控制放大电路（205）；多路高速比较电路（206）分别与多路自动增益控制放大电路（205）和多片时间数字转换芯片即TDC‑GPX芯片（202）相连；多片时间数字转换芯片即TDC‑GPX芯片（202），用于测量从接收到起始信号至收到停止信号的间隔时间，单端输入时，每片最多可同时测量8个通道，分辨率为81ps， 差分输入时，每片最多测量2个通道，分辨率为10ps，且测量结果是由28位数据总线并行输出；ARM STM32系列微处理器（201），用于配置和控制K片TDC‑GPX芯片执行测量任务，1≤K≤4，读取、上传测量数据；上位计算机（210），通过全速通用串行总线即USB接口或通用异步串行口即UART与ARM STM32系列微处理器通信；上位机软件基于LabView平台开发，并通过全速USB接口或UART串口配置测量相关参数，控制测量过程，实时显示测量数据，还能按用户要求定制工作界面和其它功能；温度传感器（209），用于测量本系统工作环境温度，为温度补偿提供依据；外部存储器（208），使用非易失Flash即闪速存储器，用于存储测量数据、各通道导线长度补偿值、一致性校正值和温度补偿值；开始/停止信号输入接口阵列（203），用于输入模拟或数字的开始信号和停止信号，支持单端和差分电压信号输入，支持K路开始信号，1≤K≤4；单端输入时支持K路各自独立的开始信号和K×8路停止信号，且每8路停止信号对应1路开始信号，即单端输入时最大支持4路开始信号和32路停止信号；差分输入时支持K路各自独立的开始信号和K×2路停止信号，且每2路停止信号对应1路开始信号，即差分输入时最大支持4路开始信号和8路停止信号；数字/模拟切换开关阵列（204），根据开始/停止信号输入接口阵列（203）输入的开始信号和停止信号是数字信号还是模拟信号，决定各切换开关所拨的位置，用于指引各输入信号在印刷电路板即PCB上的走向；多路自动增益控制即AGC放大电路（205），用于将输入的不同幅度模拟脉冲电压信号调整为幅值和形状趋于一致的脉冲电压信号输出到多路高数比较电路；多路高速比较电路（206），用于将所述的AGC放大电路（205）输出的模拟脉冲电压信号转换为数字信号，该数字信号作为停止脉冲输入到TDC‑GPX芯片；触摸式液晶屏（207），能触摸操作，用于配置测量参数和显示测量结果，适用于无上位计算机（210）的测量场合。