整个系统分为单片机系统模块、TDC-GP2测量模块和显示模块三部分。TDC-GP2作为系统测量核心单元,可直接对信号时间间隔进行测量,并通过单片机处理后将时间间隔数值在液晶显示器上显示。与常用的测量方法相比,该方法所需外围器件少,电路结构简单,功耗低。
3.2 测量系统软件设计
测量单元由START信号触发,接收到STOP信号后停止。由环形振荡器的位置和粗值计数器的计数值可以计算出START信号和STOP信号之间的时间间隔,测量范围可达20位。在3.3 V和25℃时,GP2的最小分辨率是65 ps,RMS噪音约是50 ps(0.7 LSB)。温度和电压对门电路的传播延迟时间有很大的影响,通常通过校准来补偿由温度和电压变化引起的误差。在校准过程中,TDC测量一个和两个校准时钟周期的时序如图5所示,其测量范围受计数器大小的限制:
tyy=BIN×26 224△1.8μs。
初始化之后,TDC-GP2高速测量单元接收到START脉冲后开始工作,达到设置的采样数或者遇到测量溢出后才停止工作。软件设计的重点在于根据需要设置TDC-GP2的工作模式和读取其内部的测量数据。在测量结尾,ALU开始依照HIT1和HIT2的设置处理数据并把结果送入输出寄存器。如果不进行校准,ALU传输16位原始数据到输出寄存器;如果进行校准,则ALU传输32位的固定浮点数到输出寄存器。然后通过单片机AT89S52处理后,在液晶显示器读取时间间隔数据,其测量流程如图6所示。
4 结 语
该系统充分利用TDC-GP2的优良特性,通过其高精度时间间隔测量功能实现了。IGBT导通延迟时间间隔的测量。该系统测量范围为2.0 ns~1.8 μs,其主要性能指标能满足测量IGBT导通延迟时间的要求,具有一定的实用价值。由于IGBT导通的电流信号是纳秒量级的高频信号,因此在后续电路设计中,将进一步提高系统的抗干扰能力,以满足测量导通延时时间间隔的需要。另外,单片机的工作频率较低,为了进一步提高该系统的工作速度,甚至增加更多的附加功能,可以考虑用工作频率更高的控制芯片作为系统的控制核心;同时也可以通过使用更高精度的时间间隔测量芯片来提高测量精度。