基于GP21的高精度测时电路设计(2)
致 谢 26
参考文献27
1 绪论
1.1 高精度时间测量的重要性
在生产生活中，各个方面都会涉及到时间的测量，在工业和科学技术研究领域时间测量更是不可或缺的一部分。随着社会的发展，现代科技的各个领域对测量的要求越来越高，对于时间间隔测量的研究显得尤为重要。就时间测量而言，古往今来人们有各种各样的计时方法，例如古人利用观天象、烧香等古老的方法来粗略计时，随着工作和生活品质的提高，粗略的计时逐渐变得无法满足人们的需求，后来就出现了钟表等较为精确的计时工具。然而科技发展至今，古老和传统的计时方法都已无法满足工业与科学领域的高要求，无论是电子通讯、芯片电路设计等工程应用，还是理论物理学、天文学观测等科学研究，以及激光测量、卫星定位等用于军事和航天的各项技术，都不可避免的要用到高精度的时间测量。因此，精密时间间隔测量技术在现在的测时领域占有十分重要的地位。
1.2 时间测量的发展
众所周知，时间是物质运动的最基本属性之一，因此要想完成时间间隔的计量，就必须利用物质运动的过程作为计量的标准，而且要获得准确的时间间隔就必须利用连续均匀的运动过程来作为计量的标准。
在古老的农耕时代，人们日出而作日入而息，这种生活规律默认的将平均太阳日作为一种简单的计时单位，后来又发展建立了“世界时”的计时方法，以及多种简单的计时工具。然而，该计时方法会受到天气波动变化的严重影响，同时，随着科技的发展，科学家们逐渐发现，地球自转的角速度不是一个定值，除了有长期变小的趋势以外还有小范围的波动，这显然使得该计时方法的准确性受到质疑，虽然每天也只会相差千分之几秒，对人们日常的生活并无太大影响，但是，当涉及到军事航天等领域以及科学研究的应用时，时间测量上微小的误差将会导致非常严重的后果。例如，在回旋加速器中，基本粒子加速所需的时间只有几亿分之一秒甚至仅仅几万亿分之一秒，相对于此千分之几秒的误差足以使测量过程无法进行，而此时所需要的时间计量的准确度和测量的精度也可想而知。
其实，所有物质运动的周期过程都可以作为一种计时方法，例如单摆在同一地点做小角度（一般小于10°）摆动的周期是一个常数，由此原理发明的钟摆就曾作为十九世纪以前最主要的计时工具。但是，由于温度变化引起的热胀冷缩导致摆长的变化，以及地球不同纬度处重力加速度的不同对钟摆的计时精度造成了影响，即使是在生活中的应用，长期以来也会产生诸多不便，因此该方法也并不是最理想的计时方法。
随着科技的发展，石英晶体内部电磁振荡的周期得到了科学家们的精确测定，发现其振荡周期极为稳定，不会受到地点、气候、季节变化以及各种环境变化的影响，这正是我们精确测时所需要的。利用这样一种稳定的运动周期作为计时的标准，显然会使我们时间间隔的测量精度得到很大的提升。在此之后，基于对石英晶体的研究科学家们对越来越多的高精度时间测量的方法展开了研究。
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