專利名稱：改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于頻率穩(wěn)定度測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
頻率穩(wěn)定度是衡量一臺(tái)時(shí)鐘信號(hào)源輸出頻率信號(hào)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，在時(shí)域上，時(shí)鐘信號(hào)頻率隨時(shí)間的變化，可將頻率量視為時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)，用f(t)表示。f(t)也代表了時(shí)間t時(shí)的瞬時(shí)頻率。實(shí)際上，由于測(cè)量上的困難，瞬時(shí)頻率只是一種理論上的概念，因?yàn)樗袦y(cè)量以及涉及的頻率穩(wěn)定度都需要一定的采樣時(shí)間，測(cè)量結(jié)果則為該采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率。在時(shí)間軸上以某個(gè)時(shí)刻t0為起始點(diǎn)，連續(xù)地對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣，各采樣計(jì)數(shù)值fi與相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)ti相對(duì)應(yīng)，則可得到采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率值。當(dāng)時(shí)間趨于無限小時(shí)即可得到各時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)頻率值。
對(duì)于用式(1)阿侖方差以及式(2)哈達(dá)瑪方差表征的時(shí)域頻率穩(wěn)定度來說，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的頻率測(cè)量裝置對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而得到相應(yīng)采樣時(shí)間T內(nèi)對(duì)應(yīng)的頻率值，進(jìn)一步通過方差計(jì)算相應(yīng)的頻率穩(wěn)定度。
σy(2,τ,τ,fh)=12(N-1)Σl=1N-1[f(τl+1)-f(τl)]2---(1)]]>式中τ為采樣時(shí)間與采樣周期，表明阿侖方差是無間隙采樣，fk為采樣時(shí)間內(nèi)相應(yīng)的差頻值，N為測(cè)量次數(shù)。
Hσy(3,τ)=16(m-2)Σk=1m-2(yk+2-2yk+1+yk)2---(2)]]>τ為取樣時(shí)間，yk為每個(gè)取樣時(shí)間測(cè)得的相應(yīng)差頻值，m為測(cè)量次數(shù)。
常用數(shù)字頻率測(cè)量方法是在給定的采樣時(shí)間(即閘門時(shí)間)內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，進(jìn)行換算得出被測(cè)信號(hào)的頻率。這種測(cè)量方法的測(cè)量精度取決于閘門時(shí)間和被測(cè)信號(hào)頻率。當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)或者閘門時(shí)間取得較小時(shí)，將產(chǎn)生較大誤差。
后來人們提出了利用被測(cè)頻率信號(hào)的沿作為觸發(fā)計(jì)數(shù)與結(jié)束計(jì)數(shù)的“等精度測(cè)量”方法，因?yàn)槊看卧陂l門時(shí)間T內(nèi)的開始與結(jié)束采樣計(jì)數(shù)都是以被測(cè)信號(hào)的沿作為標(biāo)準(zhǔn)，故在一定程度上提高了測(cè)量的精度，且測(cè)量精度與被測(cè)頻率信號(hào)頻率大小無關(guān)。如圖1所示。
預(yù)置閘門信號(hào)(寬度為T)在高電平期間，被測(cè)信號(hào)第一個(gè)脈沖的上升沿，使計(jì)數(shù)器使能端有效，并分別對(duì)參考時(shí)基和被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)T秒后，預(yù)置閘門低電平到來時(shí)，此時(shí)兩計(jì)數(shù)器并沒有停止計(jì)數(shù)，一直等到隨后而至的被測(cè)信號(hào)的上升沿到來時(shí)兩計(jì)數(shù)器同時(shí)關(guān)閉。這里使能信號(hào)(實(shí)際閘門信號(hào))的時(shí)間寬度，恰好等于被測(cè)信號(hào)的完整周期數(shù)，這正是確保被測(cè)信號(hào)在任何頻率條件下都能保持恒定精度的關(guān)鍵。
如圖1所示的等精度測(cè)量中，設(shè)被測(cè)信號(hào)的頻率為Fx，參考時(shí)基的頻率為fo，在閘門時(shí)間T內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)及參考時(shí)基的計(jì)數(shù)分別為N1，N2，則有fx=f0×N1N2---(3)]]>由式(3)可知，被測(cè)信號(hào)的頻率fx與參考時(shí)基頻率fo及兩計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N1，N2有關(guān)。由于采用了等精度測(cè)量法，故對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值N1不會(huì)引入±1誤差，即在一個(gè)以被測(cè)信號(hào)沿作為觸發(fā)開始計(jì)數(shù)與結(jié)束計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際閘門采樣時(shí)間寬度內(nèi)，對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值完全等于其完整周期。而計(jì)數(shù)值N2在按照?qǐng)D1所示的測(cè)量方案時(shí)，是會(huì)引入誤差的，其誤差產(chǎn)生的機(jī)理如圖2所示。
當(dāng)閘門信號(hào)觸發(fā)沿脈沖到來時(shí)，等待下一個(gè)被測(cè)信號(hào)的上升沿，此時(shí)刻使能相應(yīng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行“開始計(jì)數(shù)”與“結(jié)束計(jì)數(shù)”操作。由圖2可知，使能計(jì)數(shù)器時(shí)刻點(diǎn)A和B與參考時(shí)基信號(hào)的下一個(gè)沿脈沖到來存在著時(shí)間差Δt1，Δt2，其具體差值的大小取決于被測(cè)信號(hào)與參考時(shí)基信號(hào)在A時(shí)刻或B時(shí)刻的相位差值，并且其大小也不是一個(gè)恒定的固定相位差關(guān)系，這就會(huì)導(dǎo)致在每次采樣時(shí)存在著不同的誤差，這亦是產(chǎn)生計(jì)數(shù)誤差的原因。對(duì)于那些高穩(wěn)定度、高頻率的時(shí)鐘頻率源來說，需要更進(jìn)一步的改進(jìn)測(cè)量的方法，將時(shí)間差Δt1，Δt2減小到最小值甚至為0，以提高其測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在保持現(xiàn)有測(cè)量方法特性的基礎(chǔ)上，提高測(cè)量的精度以及測(cè)量頻率范圍的改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度方法及其裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)和不足。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的技術(shù)方案為改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法，其方法是參考時(shí)鐘信號(hào)通過DDS技術(shù)進(jìn)行分頻處理后，得到穩(wěn)定、準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)周期采樣時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)為拓寬被測(cè)頻率信號(hào)測(cè)量范圍，并在精密時(shí)間測(cè)量環(huán)節(jié)為獲得較好的參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)比相周期，利用DDS單元對(duì)原始被測(cè)頻率信號(hào)進(jìn)行分頻處理；在周期采樣時(shí)鐘信號(hào)沿到來時(shí)，根據(jù)精密時(shí)間測(cè)量模塊固有的最小分辨率測(cè)量精度來判斷被測(cè)信號(hào)與參考時(shí)鐘信號(hào)此時(shí)刻的最小相位差，并使能相應(yīng)的計(jì)數(shù)器工作，從而完成被測(cè)頻率信號(hào)的測(cè)量。
在時(shí)域頻率信號(hào)穩(wěn)定度測(cè)量中，參考用頻率源信號(hào)通常采用10MHz時(shí)鐘信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)參考輸入，并且參考源信號(hào)的頻率輸出可看作為一個(gè)較穩(wěn)定的時(shí)鐘源，通過對(duì)穩(wěn)定的參考源時(shí)鐘信號(hào)作數(shù)字合成分頻技術(shù)，可以得到標(biāo)準(zhǔn)的周期采樣時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)于被測(cè)信號(hào)來說，為拓寬整個(gè)測(cè)量裝置的應(yīng)用測(cè)量范圍，滿足高頻信號(hào)測(cè)量的需求，在保證被測(cè)信號(hào)源固有穩(wěn)定度不受影響的前提下，發(fā)明中引入了現(xiàn)行比較成熟的DDS芯片及技術(shù)，它是根據(jù)奈奎斯特取樣，從連續(xù)信號(hào)的相位出發(fā)將信號(hào)取樣、量化、編碼，形成一個(gè)正弦函數(shù)表，存在EPROM中。合成時(shí)，通過改變相位累加器的頻率控制字，來改變相位增量，相位增量不同將導(dǎo)致一周內(nèi)的取樣點(diǎn)數(shù)的不同。因角頻率ω＝Δ/Δt，在取樣頻率不變的情況下，通過改變相位累加器的頻率控制字，將這種變化的相位/幅值量化成數(shù)字信號(hào)，通過D/A變換及低通濾波器即可得到人們需要的綜合信號(hào)。因?yàn)槠淞己玫妮斎胼敵鲂旁氡?，被測(cè)信號(hào)通過DDS處理之后，可得到穩(wěn)定度與原被測(cè)信號(hào)相當(dāng)且頻率較低的信號(hào)。由于方案中是將較高頻率的原被測(cè)信號(hào)分頻轉(zhuǎn)化為較低頻率的被測(cè)信號(hào)，在DDS芯片使用上沒有采用其內(nèi)部的PLL倍頻模塊功能，故在DDS輸出端可以獲得更佳的信噪比輸出。且對(duì)于那些準(zhǔn)確度不高的被測(cè)頻率信號(hào)(如10.123456789MHz)，經(jīng)過DDS的分頻后，可以得到非常精確的周期信號(hào)(如1.000000000MHz)。
為提高整個(gè)測(cè)量的精度，在“等精度測(cè)量”方法的基礎(chǔ)上，引入精密時(shí)間測(cè)量模塊，當(dāng)周期采樣時(shí)鐘信號(hào)開始/結(jié)束觸發(fā)沿到來時(shí)，并不是立刻對(duì)被測(cè)信號(hào)及參考信號(hào)開始/結(jié)束計(jì)數(shù)，而是在精密時(shí)間測(cè)量模塊本身固有的最小測(cè)量精度下先判斷兩路信號(hào)的相位關(guān)系，使被測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)的上升沿盡量重合。當(dāng)被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)的上升沿時(shí)間差為ns量級(jí)時(shí)，傳統(tǒng)的測(cè)量脈沖寬度的脈沖計(jì)數(shù)法已不再適用。這是因?yàn)橐獪y(cè)的脈沖越窄，所需要的時(shí)鐘頻率就愈高，對(duì)芯片的性能要求也越高。本發(fā)明裝置中引入了TDC-GP1模塊。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之裝置，如圖3所示它包括第一隔離放大器用以對(duì)參考頻率信號(hào)的處理；第二隔離放大器用以對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)的處理；參考頻率信號(hào)的DDS分頻單元用以對(duì)參考頻率信號(hào)的DDS分頻處理；被測(cè)頻率信號(hào)的DDS分頻單元用以對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)的DDS分頻處理；走時(shí)計(jì)數(shù)單元用以對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)與參考頻率信號(hào)相位差在精密時(shí)間測(cè)量模塊本身固有的最小分辯率測(cè)量精密下相差最小時(shí)，對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)及參考頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；鎖存器單元用以計(jì)數(shù)的鎖存；精密時(shí)間間隔測(cè)量單元判斷此時(shí)刻一組參考時(shí)鐘信號(hào)上升沿與被測(cè)信號(hào)上升沿具體的時(shí)間差值是否達(dá)到模塊固有最小分辨率測(cè)量精度，從而通過處理器使能相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作；處理器用以信號(hào)的控制和數(shù)據(jù)處理。
該方法是一種更輕便、直觀的方法滿足工程任務(wù)對(duì)時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量的要求。在“等精度測(cè)量”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高測(cè)量精度，彌補(bǔ)“等精度測(cè)量”帶來的誤差。它可廣泛應(yīng)用于時(shí)域頻率信號(hào)源的頻率穩(wěn)定度測(cè)量，如晶體振蕩器、程控交換機(jī)信號(hào)源、原子頻標(biāo)等。
而該裝置組成合理，簡單，性能穩(wěn)定。


圖1等精度計(jì)數(shù)測(cè)量原理2等精度測(cè)量誤差產(chǎn)生原理3改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量示意4TDC-GP1測(cè)量單元5參考頻率信號(hào)DDS單元分頻處理示意6被測(cè)頻率信號(hào)DDS單元分頻處理示意7時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量示意圖具體實(shí)施方式
1、參考頻率信號(hào)f0的處理如圖5所示參考頻率信號(hào)f0經(jīng)過隔離放大器1后被送至DDS1的外時(shí)鐘輸入端，作為DDS1工作外部參考時(shí)鐘，同時(shí)DDS1的外部通訊端口連接至處理器，用以接受來自處理器的控制字命令及雙向的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)際選用的DDS1芯片內(nèi)部有2個(gè)48位頻率控制寄存器(F0、F1)，對(duì)于本裝置參考頻率信號(hào)f0為10MHz，當(dāng)不使用DDS1內(nèi)部PLL倍頻功能時(shí)，48位的頻率控制寄存器F0全填充1時(shí)，DDS1會(huì)有10MHz頻率信號(hào)輸出，因此為得到標(biāo)準(zhǔn)的周期采樣時(shí)間信號(hào)T(如1秒、10秒)，需要對(duì)DDS1中頻率控制寄存器F0設(shè)置相應(yīng)的分頻數(shù)值，具體計(jì)算的方法是D=248×ff0---(4)]]>其中，D為所需要計(jì)算的具體分頻數(shù)值，f0為參考信號(hào)頻率，本裝置中f0為10MHz，f為所需要分頻的采樣時(shí)間信號(hào)頻率，對(duì)于f為1Hz(1秒)及0.1Hz(10秒)的情況，分頻數(shù)值D應(yīng)為248×10-7或248×10-8。具體的采樣時(shí)間T是用戶根據(jù)實(shí)際采樣過程中的需要而通過PC端軟件設(shè)置的，而分頻數(shù)值是處理器通過RS232串行接口與PC端通訊得到用戶設(shè)置的采樣時(shí)間T后，運(yùn)用公式(4)計(jì)算得到。處理器根據(jù)DDS1相應(yīng)的串行通訊時(shí)序，將分頻數(shù)值D寫入DDS1相應(yīng)緩存器后，得到最終的DDS1端周期采樣時(shí)間信號(hào)T輸出。
2、被測(cè)頻率信號(hào)fx的處理如圖6所示被測(cè)頻率信號(hào)fx經(jīng)過隔離放大器3后分別送至兩路DDS處理模塊。當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率為上百兆甚至幾百兆赫茲時(shí)，考慮到走時(shí)計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)頻率范圍的限制，在本發(fā)明中設(shè)計(jì)其中一路DDS2模塊對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)進(jìn)行1/100分頻處理。被測(cè)信號(hào)經(jīng)隔離放大器3后直接送入DDS2的外部時(shí)鐘輸入端，作為DDS2工作時(shí)的參考時(shí)鐘。DDS2的外部通訊端口連接至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)式(4)得到的248×10-2分頻數(shù)值通過串行通訊時(shí)序?qū)懭隓DS2緩存區(qū)，經(jīng)DDS2得到的1/100分頻率信號(hào)后，送至走時(shí)計(jì)數(shù)器1進(jìn)行粗頻率測(cè)量，單片機(jī)讀取鎖存器1對(duì)走時(shí)計(jì)數(shù)器1取樣的數(shù)值后，記錄下此時(shí)的頻率數(shù)值，乘以100后便可得到被測(cè)信號(hào)的粗頻率值F。
另一路經(jīng)過隔離放大器3的被測(cè)信號(hào)被送至DDS3的外部時(shí)鐘輸入端，作為DDS3工作時(shí)的參考時(shí)鐘。同時(shí)DDS3的外部通訊端口連接至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)式(4)計(jì)算得到與DDS3通訊用的分頻數(shù)值 其中F為通過走時(shí)計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)、單片機(jī)運(yùn)算得到的被測(cè)信號(hào)的粗頻率值，f取1MHz，并通過串行通訊時(shí)序?qū)⑺玫木唧w分頻數(shù)值寫入DDS3緩存區(qū)，經(jīng)DDS3后得到1MHz的頻率信號(hào)，將所得的頻率信號(hào)再送至低通濾波模塊后得到最終的1MHz頻率信號(hào)輸出。
3、被測(cè)頻率信號(hào)的測(cè)量如圖7所示被測(cè)頻率信號(hào)經(jīng)過DDS分頻單元2處理后得到的1MHz頻率信號(hào)與10MHz參考時(shí)鐘信號(hào)分別送至精密時(shí)間間隔測(cè)量模塊，具體的是送至相應(yīng)時(shí)間處理芯片的STOP1與START引腳端。處理器依據(jù)參考時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)DDS分頻單元1處理后得到的周期采樣時(shí)間信號(hào)T的上升沿使能精密時(shí)間間隔測(cè)量模塊對(duì)STOP1與START兩路頻率信號(hào)進(jìn)行相位測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果傳送給處理器處理，根據(jù)精密時(shí)間間隔測(cè)量模塊的最小分辨率測(cè)量精密來判斷一組STOP1與START頻率信號(hào)的上升沿是否達(dá)到最小的時(shí)間差，即圖2中被測(cè)信號(hào)與參考時(shí)鐘信號(hào)此時(shí)時(shí)間差Δt1、Δt2最小，隨后處理器停止精密時(shí)間間隔模塊的測(cè)量工作，并使能走時(shí)計(jì)數(shù)器2和走時(shí)計(jì)數(shù)器3開始計(jì)數(shù)工作。當(dāng)處理器檢測(cè)到周期采樣時(shí)間信號(hào)T的下降沿到來時(shí)，又一次使能精密時(shí)間間隔測(cè)量模塊對(duì)STOP1與START兩路頻率信號(hào)進(jìn)行相位測(cè)量，當(dāng)判斷兩路信號(hào)此時(shí)刻的時(shí)間差Δt1、Δt2最小時(shí)，處理器停止精密時(shí)間間隔測(cè)量模塊的測(cè)量工作，并使能鎖存器2和鎖存器3分別對(duì)走時(shí)計(jì)數(shù)器2和走時(shí)計(jì)數(shù)器3的計(jì)數(shù)值進(jìn)行鎖存，同時(shí)通過處理器使走時(shí)計(jì)數(shù)器2和走時(shí)計(jì)數(shù)器3清零后并使能新一輪的采樣計(jì)數(shù)。在完整的一個(gè)采樣周期T內(nèi)，鎖存器2和鎖存器3保存的走時(shí)計(jì)數(shù)器2和走時(shí)計(jì)數(shù)器3的讀數(shù)值N1、N2傳遞給處理器，處理器通過RS232串行接口將測(cè)量結(jié)果N1、N2傳遞到PC機(jī)端，PC端軟件依據(jù)公式(3)得到相應(yīng)的被測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)頻率值y1、y2……yi(i＝1、2、3……n-1，n為正整數(shù))。同時(shí)在PC端利用Visual Basic編程環(huán)境及DirectX圖形處理技術(shù)將測(cè)量結(jié)果及實(shí)時(shí)的被測(cè)信號(hào)測(cè)量曲線顯示在屏幕上。被測(cè)信號(hào)頻率穩(wěn)定度的計(jì)算結(jié)果是根據(jù)式(1)阿侖方差或者式(2)哈達(dá)瑪方差得到的。需要說明的是，將測(cè)量得到的實(shí)時(shí)頻率值運(yùn)用公式(1)或(2)具體的計(jì)算頻率穩(wěn)定度時(shí)，需要在結(jié)果中除以被測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)頻率的平均值 的計(jì)算方法是將n個(gè)采樣周期T內(nèi)的被測(cè)信號(hào)的頻率值做加法平均。
上述精密時(shí)間間隔測(cè)量模塊采用TDC-GP1模塊，它是利用信號(hào)通過邏輯門電路的絕對(duì)傳輸時(shí)間提出了一種新的時(shí)間間隔測(cè)量方法，測(cè)量原理如圖5所示，START信號(hào)和STOP信號(hào)之間的時(shí)間間隔由非門的個(gè)數(shù)來決定，而非門的傳輸時(shí)間可以由集成電路工藝精確地確定。
在選用的TDC-GP1模塊內(nèi)，通過其判斷此時(shí)刻一組參考時(shí)鐘信號(hào)(START)上升沿與被測(cè)信號(hào)(STOP1)上升沿具體的時(shí)間差值是否達(dá)到最小分辨率測(cè)量精度內(nèi)，即參考時(shí)鐘信號(hào)與被測(cè)信號(hào)此時(shí)刻相位差最小時(shí)，從而通過處理器使能相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作，最終使在整個(gè)采樣周期范圍內(nèi)的被測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)的計(jì)數(shù)器讀數(shù)盡可能準(zhǔn)確，以提高整個(gè)頻率穩(wěn)定度測(cè)量的精度。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法，其方法是參考時(shí)鐘信號(hào)通過DDS技術(shù)進(jìn)行分頻處理后，得到穩(wěn)定、準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)周期采樣時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)為拓寬被測(cè)頻率信號(hào)測(cè)量范圍，并在精密時(shí)間測(cè)量環(huán)節(jié)為獲得較好的參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)比相周期，利用DDS單元對(duì)原始被測(cè)頻率信號(hào)進(jìn)行分頻處理；在周期采樣時(shí)鐘信號(hào)沿到來時(shí)，根據(jù)精密時(shí)間測(cè)量模塊固有的最小分辨率測(cè)量精度來判斷被測(cè)信號(hào)與參考時(shí)鐘信號(hào)此時(shí)刻的最小相位差，并使能相應(yīng)的計(jì)數(shù)器工作，從而完成被測(cè)頻率信號(hào)的測(cè)量。
2.如權(quán)利要求1所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法，其特征是所述精密時(shí)間測(cè)量方法是利用TDC-GP1模塊的信號(hào)通過邏輯門電路的絕對(duì)傳輸時(shí)間來對(duì)被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)相位關(guān)系進(jìn)行精確測(cè)量，在“等精度測(cè)量”方法基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高測(cè)量精度。
3.如權(quán)利要求1所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法，其特征是所述參考頻率信號(hào)的DDS單元分頻處理是參考頻率信號(hào)f0經(jīng)過隔離放大器1后被送至DDS1的外時(shí)鐘輸入端，作為DDS1工作外部參考時(shí)鐘，同時(shí)DDS1的外部通訊端口連接至處理器，用以接受來自處理器的控制字命令及雙向的數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)周期采樣時(shí)鐘信號(hào)T輸出。
4.如權(quán)利要求3所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法，其特征是所述DDS1中頻率控制寄存器F0設(shè)置相應(yīng)的分頻數(shù)值，具體計(jì)算的方法是D=248×ff0;]]>其中，D為所需要計(jì)算的具體分頻數(shù)值，f0為參考信號(hào)頻率，本裝置中f0為10MHz，f為所需要分頻的周期采樣時(shí)鐘信號(hào)頻率。
5.如權(quán)利要求1所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法，被測(cè)頻率信號(hào)的DDS單元分頻處理是被測(cè)頻率信號(hào)經(jīng)過隔離放大器3后分別送至DDS2和DDS3處理模塊；其中一路DDS2模塊對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)進(jìn)行1/100分頻處理，經(jīng)DDS2得到的1/100分頻率信號(hào)后，送至走時(shí)計(jì)數(shù)器1進(jìn)行粗頻率測(cè)量，單片機(jī)讀取鎖存器1對(duì)走時(shí)計(jì)數(shù)器1取樣的數(shù)值后，記錄下此時(shí)的頻率數(shù)值，乘以100后便可得到被測(cè)信號(hào)的粗頻率值F；另一路經(jīng)過隔離放大器3的被測(cè)信號(hào)被送至DDS3的外部時(shí)鐘輸入端，作為DDS3工作時(shí)的參考時(shí)鐘，經(jīng)DDS3后得到1MHz的頻率信號(hào)，將所得的頻率信號(hào)再送至低通濾波模塊后得到最終的1MHz頻率信號(hào)輸出。
6.改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量裝置，它包括第一隔離放大器用以對(duì)參考頻率信號(hào)的處理；第二隔離放大器用以對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)的處理；參考頻率信號(hào)的DDS分頻單元用以對(duì)參考頻率信號(hào)的DDS分頻處理；被測(cè)頻率信號(hào)的DDS分頻單元用以對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)的DDS分頻處理；走時(shí)計(jì)數(shù)單元用以對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)與參考頻率信號(hào)相位差在精密時(shí)間測(cè)量模塊本身固有的最小分辯率測(cè)量精密下相差最小時(shí)，對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)及參考頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；鎖存器單元用以計(jì)數(shù)的鎖存；精密時(shí)間間隔測(cè)量單元判斷此時(shí)刻一組參考時(shí)鐘信號(hào)上升沿與被測(cè)信號(hào)上升沿具體的時(shí)間差值是否達(dá)到模塊固有最小分辨率測(cè)量精度，從而通過處理器使能相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作；處理器用以信號(hào)的控制和數(shù)據(jù)處理。
7.如權(quán)利要求6所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量裝置，其特征是所述精密時(shí)間間隔測(cè)量單元采用TDC-GP1模塊。
8.如權(quán)利要求6所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量裝置，其特征是所述被測(cè)頻率信號(hào)的DDS分頻單元包括DDS2模塊對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)進(jìn)行1/100分頻處理，經(jīng)DDS2得到的1/100分頻率信號(hào)后，送至走時(shí)計(jì)數(shù)器1進(jìn)行粗頻率測(cè)量，單片機(jī)讀取鎖存器1對(duì)走時(shí)計(jì)數(shù)器1取樣的數(shù)值后，記錄下此時(shí)的頻率數(shù)值，乘以100后便可得到被測(cè)信號(hào)的粗頻率值F；另一路經(jīng)過隔離放大器3的被測(cè)信號(hào)被送至DDS3的外部時(shí)鐘輸入端，作為DDS3工作時(shí)的參考時(shí)鐘，經(jīng)DDS3后得到1MHz的頻率信號(hào)，將所得的頻率信號(hào)再送至低通濾波模塊后得到最終的1MHz頻率信號(hào)輸出。
9.如權(quán)利要求6或8所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量裝置，其特征是走時(shí)計(jì)數(shù)單元包括走時(shí)計(jì)數(shù)器1用以對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)的1/100分頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；走時(shí)計(jì)數(shù)器2用于對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)分頻后的穩(wěn)定準(zhǔn)確的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；走時(shí)計(jì)數(shù)器3用以對(duì)參考頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
10.如權(quán)利要求6所述改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量裝置，其特征是它還包括一個(gè)PC機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的時(shí)域信號(hào)頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法和裝置。其方法是參考時(shí)鐘信號(hào)通過DDS技術(shù)進(jìn)行分頻處理后，得到穩(wěn)定、準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)周期采樣時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)為拓寬被測(cè)頻率信號(hào)測(cè)量范圍，并在精密時(shí)間測(cè)量環(huán)節(jié)為獲得較好的參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)比相周期，利用DDS單元對(duì)原始被測(cè)頻率信號(hào)進(jìn)行分頻處理；在周期采樣時(shí)鐘信號(hào)沿到來時(shí)，根據(jù)精密時(shí)間測(cè)量模塊固有的最小分辨率測(cè)量精度來判斷被測(cè)信號(hào)與參考時(shí)鐘信號(hào)此時(shí)刻的最小相位差，并使能相應(yīng)的計(jì)數(shù)器工作，從而完成被測(cè)頻率信號(hào)的測(cè)量。該方法彌補(bǔ)“等精度測(cè)量”帶來的誤差，拓寬了實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中被測(cè)信號(hào)頻率范圍，并通過對(duì)參考時(shí)鐘信號(hào)作分頻處理，獲得到穩(wěn)定、準(zhǔn)確的周期采樣時(shí)間。它可廣泛應(yīng)用于時(shí)域頻率信號(hào)源的頻率穩(wěn)定度測(cè)量，如晶體振蕩器、程控交換機(jī)信號(hào)源、原子頻標(biāo)等。
文檔編號(hào)G01R23/12GK1963543SQ200610125109
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月23日
發(fā)明者雷海東, 候群, 張霞, 操長茂, 錢同惠, 李建民, 李明濤, 葉鋒, 漆為民, 王中明 申請(qǐng)人:江漢大學(xué)