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用于微小電容檢測的測頻專用芯片
在理想情況下, 當兩個信號. 廠D和. 丘的相位完全重合時, 同步脈沖產生器才會產生一個同步脈沖, 這種重合的幾率是相當小的。 實際上, 同步脈沖產生器有一定的檢測分辨率, 用6表示。 當兩個信號的相位差小于6時, 同步脈沖產生器就會產生一個同步脈沖, 這樣就會給測頻帶來一定的誤差。 通過分析可知, 實際閘門信號開啟和關閉時信號, 。 的相位相對于, D的位置有四種情況。
(1)實際閘門開啟和關閉時均超前于廠0;(2)實際閘門開啟和關閉時均滯后于To;
(3)實際閘門開啟時超前、 關閉時滯后于fo;
(4)實際閘門開啟時滯后、 關閉時超前于fo;假設在計數過程中被測信號的頻率恒定不變, 所以廠I的相位超前或者滯后于, o的時間相同, 假設都為z(ns)。 只有當x<6時, 才會產生同步脈沖。
分析(1)、(2)兩種情況可知, 雖然同步脈沖產生器存在檢測分辨率6, 但它不會對測量精度產生影響。 而(3)、 (4)兩種情況會造成測量誤差, 波形示意圖如圖3—3所示。 測量值如式(3. 1)所示。
其中丘‘表示真實值。 由式(3—2)化簡得到:L’ -瓦U五xL萬(3-3)
所以在(3)和(4)兩種情況中, 由檢測分辨率造成的測頻相對誤差為:其中0: ⅣD, 0是實際閘門時間。 誤差£ 是兩個信號的相位差x和實際閘門時間t的函數。 由式(3—4)nN以看出, 實際閘門開啟和關閉時兩個信號的相位差越小、實際閘門時間越長, 則測頻精度越高。 本文采用通用0. 1跏m CMOS工藝, 利用多個反相器級聯的方法產生0. 56ns的延時時間, 即同步脈沖產生器的檢測分辨率6=0. 56ns。 式(3—4)中, 當x=0. 56ns、 No=1000時的測頻相對誤差為占=0. 0112%。 由于實際電路需要滿足建立保持時間的要求, 只有當(o. 56一x)大于建立保持時間時,同步脈沖產生器才會產生有效的同步脈沖控制計數器開始和停止計數, 所以實際的測頻誤差會比理論計算出來的值更小。
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