一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统和方法

本发明属于精密测量与激光干涉，特别涉及一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统和方法。

背景技术：

1、外差激光干涉测量技术有着纳米级测量分辨率、大量程与非接触式测量等优势，广泛应用于精密位移检测、半导体装备定位等高级制造与科研领域。随着多自由度、多测量轴等精密检测需求的不断提升，多通道外差激光干涉同步测量已成为该领域一个十分重要的发展方向。

2、现在多数多通道测量系统的采集单元都是各通道独立配置本地时钟，不同通道的采样时钟天生存在频率偏差和相位漂移，直接造成通道间采样同步精度偏低，多轴位移测量的一致性与准确度都会受影响。另外，传统并行adc模块数据接口的pcb布线复杂度高，通道间信号串扰问题也比较突出，难以稳定保证多通道数据的同步传输。同时，采集模块的参考时钟抖动会引入额外的相位测量误差，而现有方案对时钟抖动的抑制能力有限，这也成了限制多通道外差干涉测量精度进一步提升的一个因素。

3、针对上述技术短板，有必要研发一套具备统一时钟源、低抖动特性、高通道同步精度的外差激光干涉信号采集与传输系统，以满足多轴精密激光干涉测量的实际应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对多通道外差激光干涉测量中通道同步精度低、时钟抖动大、高速数据传输同步性差的问题，提出一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统和方法，实现多路干涉信号的高精度同步采集与传输。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统，所述系统包括：外差激光干涉位移测量平台、相位解算板卡和时钟板卡，所述外差激光干涉位移测量平台的光信号输出端通过光纤与相位解算板卡的光电转换模块相连，所述时钟板卡的时钟输出端通过射频电缆与相位解算板卡的adc模块相连。

3、进一步地，所述的外差激光干涉位移测量平台用于产生多路外差激光干涉测量光信号，并通过光纤将各路光信号传输至各相位解算板卡。

4、进一步地，所述相位解算板卡包括光电转换模块、滤波器模块、adc模块和fpga芯片，其中：所述光电转换模块用于将多路外差激光干涉测量光信号转为模拟电信号；所述滤波器模块用于滤除模拟电信号中目标频带外的杂散信号，保留有效外差拍频信号；所述adc模块集成有jesd204b接口、lvds驱动单元、本地时钟振荡器与控制接口，其采样率配置为300 msps，分辨率为14位，用于将滤波后的模拟电信号转为数字信号，并将数字信号发送给fpga芯片；所述fpga芯片内置gth收发器，用于接收来自adc模块的数字信号，并完成后续相位解算处理。

5、进一步地，所述时钟板卡包括时钟芯片和时钟抖动清除器，其中：所述时钟芯片用于生成高稳定度参考时钟信号；所述时钟抖动清除器用于接收时钟芯片输出的参考时钟信号，经过抖动抑制和倍频处理后，将同步时钟信号输出至相位解算板卡的adc模块，为多通道adc提供统一的采样时钟与同步参考。

6、一种多通道外差激光干涉测量信号同步方法，基于上述系统实现，包括以下步骤：

7、步骤1、时钟板卡上电后，时钟芯片向时钟抖动清除器输出高稳定度参考时钟信号，时钟抖动清除器对参考时钟信号进行抖动抑制与倍频处理，生成符合adc模块采样要求的低抖动时钟与同步参考信号；

8、步骤2、时钟抖动清除器通过射频电缆将sysref系统参考信号与device clock设备时钟信号传输至相位解算板卡的adc模块，为各通道adc提供同源的采样时钟与帧同步参考；同时fpga芯片向adc模块输出sync同步控制信号与spi配置信号，用于链路同步与寄存器配置；

9、步骤3、adc模块通过时钟接口接收sync同步控制信号、sysref系统参考信号与device clock设备时钟信号，通过控制接口接收spi配置信号，完成采样时钟锁定、jesd204b链路初始化与工作参数配置；

10、步骤4、adc模块将通过滤波后的模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号通过jesd204b-4lanes串行传输链路发送给fpga芯片的gth收发器，以此来实现多通道外差激光干涉测量信号的同步传输。

11、与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用统一时钟板卡分发同源时钟与sysref参考信号，消除了多通道独立本地时钟带来的频率偏差与相位漂移，显著提升了多通道采集的同步精度；集成时钟抖动清除器，有效抑制时钟相位噪声与抖动，降低时钟抖动引入的相位测量误差，提升外差干涉测量的分辨率与准确性；采用jesd204b高速串行接口实现adc与fpga的数据传输，减少了并行接口的布线复杂度与信号串扰，结合sync与sysref同步机制，保证了高速数据传输的通道同步性；采用光纤传输光信号、射频电缆传输时钟信号的架构，隔离了模拟光信号与数字时钟信号的干扰，提升了系统的电磁兼容性与测量稳定性。

1.一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统，其特征在于，包括外差激光干涉位移测量平台、相位解算板卡和时钟板卡；所述外差激光干涉位移测量平台的光信号输出端通过光纤与相位解算板卡的光电转换模块相连，所述时钟板卡的时钟输出端通过射频电缆与相位解算板卡的adc模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统，其特征在于，所述的外差激光干涉位移测量平台用于产生多路外差激光干涉测量光信号，并通过光纤将各路光信号传输至各相位解算板卡。

3.根据权利要求1所述的一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统，其特征在于，所述相位解算板卡包括光电转换模块、滤波器模块、adc模块和fpga芯片，其中：所述光电转换模块用于将多路外差激光干涉测量光信号转为模拟电信号；所述滤波器模块用于滤除模拟电信号中目标频带外的杂散信号；所述adc模块集成有jesd204b接口、lvds驱动单元、本地时钟振荡器与控制接口，其采样率配置为300 msps，分辨率为14位，用于将滤波后的模拟电信号转为数字信号，并将数字信号发送给fpga芯片；所述fpga芯片内置gth收发器，用于接收来自adc模块的数字信号。

4.根据权利要求1所述的一种多通道外差激光干涉测量信号同步系统，其特征在于，所述时钟板卡包括时钟芯片和时钟抖动清除器，其中：所述时钟芯片用于生成高稳定度参考时钟信号；所述时钟抖动清除器用于接收时钟芯片输出的参考时钟信号，经过抖动抑制和倍频处理后，将同步时钟信号输出至相位解算板卡的adc模块。

5.一种多通道外差激光干涉测量信号同步方法，其特征在于，基于权利要求1~4任一项所述的多通道外差激光干涉测量信号同步系统实现，包括以下步骤：