專利名稱:高分辨率智能通用頻率計的制作方法
本發(fā)明屬無線電測量技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說是涉及頻率、周期、時差、相位、頻穩(wěn)的測量方法設(shè)計的測量儀器。
通常所使用的采用同步測量技術(shù)所設(shè)計的數(shù)字頻率計，內(nèi)頻標為整數(shù)晶體振蕩器，只能對某一頻率范圍的信號進行頻率、周期、時差等測量。而對定點頻標進行高分辨率的頻率測量、頻率比對、時差測量、相位比對、頻率穩(wěn)定度的測量則使用其它專用測試儀器。據(jù)D.W.allan NBS，H，Daams，NRC“Picosecond Time Difference Measurement System”Proc.of the 29tn Annu.Symp.on.freq.cont.Symp(1975)404-411介紹美國國家標準局(NBS)采用雙混頻器時差法對定點頻標進行測量，這種方法要受到公共晶體振蕩器頻率變化值的影響，因此對公共晶體振蕩器的要求特別高對于長期指標測量要求公共晶體振蕩器的頻率漂移遠小于被測信號頻率漂移;對于短期指標測量，為了消除公共晶體振蕩器噪聲影響，要把混頻后兩差拍信號相位差調(diào)得相當小，為此要加入移相器，但是移相器的加入提高了設(shè)備造價，引入了額外噪聲，又使得測量系統(tǒng)(設(shè)備)不能同時兼顧長、短期的頻標指標測量。
本發(fā)明的目的之一是針對雙混頻器時差法所存在的問題提出了雙混頻器相位差法測量方法，以免除公共晶體振蕩器的漂移影響，降低測量設(shè)備的成本，同時使其能夠兼顧長、短期頻標指標的測量。目的之二是提供一臺測量儀器，既能對20MHz、10MHz和5MHz/n(n為正整數(shù))的定點頻標進行高分辨率的頻率測量、頻率比對、時差測量、相位測量、頻率穩(wěn)定度測量，又能對0.1Hz～100MHz范圍內(nèi)的頻率、周期、時差進行測量的高分辨率智能通用頻率計。
本發(fā)明所提出的雙混頻器相位差法測量方法，其要點是對被測定點信號fx和參考定點信號fo分別與公共晶體振蕩器通過差拍混頻器A和差拍混頻器B進行差拍混頻或諧波混頻，然后對兩個差拍信號的相對相位差進行測量。
應(yīng)用本發(fā)明所提出的測量方法設(shè)計的高分辨率智能通用頻率計，其要點是采用尾數(shù)偏調(diào)的晶體振蕩器既作為雙混頻器相位差法測量方法中的公共晶體振蕩器，又作為頻率計的內(nèi)頻標，同時設(shè)置選通門A、選通主門B、選通主門C和選通門D。所設(shè)置的差拍混頻器采用ECL D觸發(fā)器構(gòu)成，其原理是根據(jù)D觸發(fā)器輸出的電平狀態(tài)取決于cp端輸入信號到來時，D端的電平狀態(tài)(即周期性的D端輸入信號相對于cp端輸入信號的相對相位狀況)而構(gòu)成了具有相位整周期變化鑒別能力的差拍混頻或諧波混頻的電路。公共晶體振蕩器的內(nèi)頻標信號接入ECL D觸發(fā)器的D端，而由輸入端來的被測定點信號fx或參考定點信號fo接入ECL D觸發(fā)器的cp端(對于20MHz和10MHz的被測定點信號先經(jīng)過四分頻、然后送入cp端，其它被測定點信號直接接入cp端);所設(shè)置的控制分頻與二倍頻網(wǎng)絡(luò)中的二倍頻器由一個異或門和一個延時電路組成，當輸入信號為一對稱的方波時，一路直接接入異或門的一端，另一路經(jīng)過延時電路接入異或門的另一端，則輸出為二倍頻的方波。
本發(fā)明的電路原理框圖如圖1所示，附圖1中(1)表示測頻，(2)表示測周，(3)表示測時差，(4)表示對定點頻標進行高分辨率測時差，(5)表示對定點頻標進行高分辨率測頻，(6)表示對定點頻標進行高精度頻率比對，(7)表示對定點頻標進行頻率穩(wěn)定度測量。
以下對本發(fā)明的各項測量功能結(jié)合附圖1予以說明(1)測頻由公共晶體振蕩器經(jīng)過控制分頻與二倍頻網(wǎng)絡(luò)得到分頻的采樣閘門信號和被測信號fx經(jīng)過放大器A(若fx為25MHz～100MHz，則經(jīng)過放大與四分頻器)、再經(jīng)過選通門A后所得到的信號一起經(jīng)過同步網(wǎng)絡(luò)形成同步閘門，然后分別同時經(jīng)過選通主門B和選通主門C去控制計數(shù)器A和計數(shù)器B，計數(shù)器A在同步閘門內(nèi)對來自選通門A所輸出的信號進行計數(shù);與此同時計數(shù)器B在同步閘門內(nèi)對頻標經(jīng)過控制分頻與二倍頻網(wǎng)絡(luò)所輸出的時標進行計數(shù)，然后送入微機用公式fx＝(nA/nB)·fs〔若選通門A所選通的信號來自放大與四分頻器，則fx＝(4·nA/nB)·fs〕計算，即可得到被測信號fx的頻率值fx。
其中nA-計數(shù)器A的計數(shù);
nB-計數(shù)器B的計數(shù);
fs-時標頻率值。
(2)測周整個過程和測頻相同，只是計算公式用TX＝(nB/nA)·Ts〔若選通門A所選通的信號來自放大與四分頻器，則Tx＝(nB/4·nA)·Ts〕替代，即可得到被測信號fx的周期值TX。
其中Ts-時標周期。
(3)測時差來自選通門A的信號和來自放大器B的信號分別作為選通主門B的開門和關(guān)門信號去控制計數(shù)器A對時標進行計數(shù)，然后送入微機用公式△t＝nA·TS計算出fx和fo輸入信號之間的絕對時差△t。
以上三項功能機內(nèi)的內(nèi)頻標尾數(shù)偏調(diào)影響，經(jīng)公式計算后都已消除。
(4)高分辨率測定點頻標時差對來自差拍混頻器A的差拍信號，經(jīng)過控制分頻A(若測絕對時差時，分頻比為1)送至選通主門B作為開門信號，對來自差拍混頻器B的差拍信號，經(jīng)過控制分頻B(若測絕對時差時，分頻比為1)送至選通主門B作為關(guān)門信號，形成一個閘門去控制計數(shù)器A對時標進行計數(shù)(計時差);同時對來自控制分頻A所輸出的信號，經(jīng)過選通主門C控制計數(shù)器B對時標進行計數(shù)(計周期)，然后送入微機，用公式△t＝(nA/nB)·Txo計算出被測定點信號(頻標)fx和參考定點信號(頻標)fo的絕對時差△t。
其中Txo-被測信號fx的標稱周期值。
(5)高分辨率測定點頻標的頻率由公共晶體振蕩器輸出的內(nèi)頻標和選通門A所輸出的信號經(jīng)過差拍混頻器A進行差拍混頻，再經(jīng)過控制分頻A到達選通主門B，形成閘門去控制計數(shù)器A對時標進行計算，然后送入微機用公式△fx/fo＝(nA·TS-M·Tc)/M·Tc·(fg·Tc-1)計算出被測定點信號(頻標)fx的相對誤差△fx/fo。
其中M-控制分頻A(控制分頻B)的分頻次數(shù);
Tc-差拍混頻器A(差拍混頻器B)輸出信號的標稱周期值;
fg-公共晶體振蕩器的標稱頻率值。
(6)定點頻標的高精度頻率比對來自控制分頻A的信號經(jīng)過選通主門B去控制計數(shù)器A對時標進行計數(shù)，同時來自控制分頻B的信號經(jīng)過選通主門C去控制計數(shù)器B對時標進行計數(shù)，然后送入微機用公式△fx/fo＝(nA-nB)/nB·(fg·Tc-1)計算出被測定點信號(頻標)fx的相對誤差△fx/fo。
(7)定點頻標的穩(wěn)定度測量由控制分頻A來的信號送入二分頻器(用JK觸發(fā)器構(gòu)成)，從Q和
Q端分別輸出兩個狀態(tài)相反的信號，再分別經(jīng)過選通主門B和選通主門C去控制計數(shù)器A和計數(shù)器B對時標進行連續(xù)N個交替不斷的計數(shù)，然后送入微機用公式σ＝〔TS/M·Tc·(fg·Tc-1)〕Σi = 1N(ni+1-ni)2/2N]]>計算出對應(yīng)于計數(shù)閘門時間M，Tc的頻率穩(wěn)定度值σ。
其中ni-用計數(shù)器A和計數(shù)器B進行交替計數(shù)的第i次的計數(shù);
ni+1-用計數(shù)器A和計數(shù)器B進行交替計數(shù)的第i+1次的計數(shù);
N-采樣次數(shù)。
(8)高分辨率定點頻標的相位比對對由差拍混頻器A和差拍混頻器B所輸出的兩個差拍信號用鑒相雙穩(wěn)電路進行鑒相，然后經(jīng)過濾波器就可得到定點信號(頻標)fx相對于參考信號(頻標)fo的相位差電平，即相位比對值。
本發(fā)明所提出的雙混頻器相位差法測量方法還可用于相位計和線性相位比對儀的設(shè)計。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果是和一般采用同步測量技術(shù)的數(shù)字頻率計相比，只是增加了十幾個門電路和觸發(fā)器，就可以設(shè)計成為一機多用的高分辨率智能通用頻率計，對于0.1Hz～100MHz范圍內(nèi)的頻率、周期、時差測量、保持了原測量精度。其技術(shù)指標如下1、在0.1Hz～100MHz范圍內(nèi)測頻和測周均以歸-化精度顯示，不低于2×10-8/10S，2×10-7/S，2×10-6/100mS，2×10-5/10mS。
直接顯示頻率值和周期值。
2、時差測量范圍 1μS-10S測量精度 100nS
而對定點頻標測量的技術(shù)指標為3、頻頻標值的測量測量分辨率2×10-11/S4、頻率比對1×10-11/10S5、時差測量100pS，用于頻率測量為5×10-14/小時，2×10-15/天。
6、相位比對比相插孔輸出記錄精度2×10-14/天，6×10-13/小時。
7、頻率穩(wěn)定度用于直接測量并以阿倫方差形式顯示2×10-9/10mS，2×10-10/0.1S，2×10-11/S，5×10-12/10S。
帶擴展插件后可達1×10-10/10mS，1×10-11/0.1S，1×10-12/S，3×10-13/10S。
和采用雙混頻器時差法的測量設(shè)備相比，避免了使用價格昂貴的高精度綜合頻率計和移相器，所以價格低廉，成本費約降低到原成本的3%，增加了測量長期頻標的功能，且精度高于其它儀器10倍以上。
本發(fā)明中的差拍混頻器和二倍頻器電路簡單，使用元器件少。從整機結(jié)構(gòu)來說線路也是簡單的，成本低而精度高。
發(fā)明人曾作一實施例，邏輯電路圖如附圖2和附圖3所示。附圖2、附圖3中(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、及(7)和附圖1注釋相同。附圖2中(8)、(9)、(10)、(11)及(12)表示用面板對測量的控制，其中(8)為fx不分頻控，(9)為fx四分頻控，(10)為10MHz時標控，(11)為1MHz時標控，(12)為10KHZ時標控。
附圖3為附圖2中控制部分的詳細邏輯電路圖。
權(quán)利要求
1.一種雙混頻器相位差法測量方法，其特征是對被測定點信號fx和參考定點信號fo分別與公共晶體振蕩器通過差拍混頻器A和差拍混頻器B進行差拍混頻或諧波混頻，然后對兩個差拍信號的相對相位差進行測量。
2.按照權(quán)利要求
1所說的雙混頻器相位差法測量方法，其特征是一路用計數(shù)器A對兩個差拍信號進行時差計數(shù)，同時另一路用計數(shù)器B對被測定點信號fx經(jīng)過差拍混頻后的差拍信號的周期進行計數(shù)，然后用公式△t＝(nA/nB)·Txo計算出被測定點信號fx和參考定點信號fo之間的絕對時差△t。
3.按照權(quán)利要求
1所說的雙混頻器相位差法測量方法，其特征是對由差拍混頻器A和差拍混頻器B所輸出的兩個差拍混頻信號用鑒相雙穩(wěn)電路進行鑒相，然后經(jīng)過濾波器得到被測定點信號fx和參考定點信號fo的相位差電平，即相位比對值。
4.應(yīng)用雙混頻器相位差法測量方法的高分辨率智能通用頻率計，其特征是采用尾數(shù)偏調(diào)的晶體振蕩器，既作為雙混頻器相位差法測量方法中的公共晶體振蕩器，又作為頻率計的內(nèi)頻標，同時設(shè)置選通門A、選通主門B、選通主門C和選通門D。
5.按照權(quán)利要求
4所說的高分辨率智能通用頻率計，其特征是采用ECL D觸發(fā)器構(gòu)成差拍混頻器，用公共晶體振蕩器的內(nèi)頻標信號接入ECL D觸發(fā)器的D端，而由輸入端來的被測定點信號fx或參考定點信號fo接入ECL D觸發(fā)器的cp端。
專利摘要
高分辨率智能通用頻率計屬無線電測量技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明提出了雙混頻器相位差法測量方法，并應(yīng)用這個方法提供了一種一機多用的儀器。儀器中采用尾數(shù)偏調(diào)的晶體振蕩器；差拍混頻器用ECLD觸發(fā)器構(gòu)成；二倍頻器由一異或門和一延時電路組成。本發(fā)明的儀器既能對20MHz、10MHz和5MHz/n(n為正整數(shù))的定點頻標進行高分辨率的頻率測量、頻率比對、時差測量、相位比對、頻穩(wěn)測量，又能對0.1Hz～100MHz的信號進行頻率、周期、時差測量。線路簡單、成本低、精度高。
文檔編號G01R25/00GK86101904SQ86101904
公開日1987年2月25日 申請日期1986年3月18日
發(fā)明者周渭, 俞應(yīng)華, 楊建恒 申請人:陜西省計量測試研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan