專利名稱：相檢寬帶測頻技術及高精度頻率計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子與時頻測量技術領域。
目前，大多數數字頻率計的測頻方法是采用在標準的閘門時間內對被測頻率信號的周期個數進行計數而得出被測頻率值。這種方法由于受閘門時間內±1個被測信號周期的誤差影響，因而測量精度低。近年來國內外相繼出現了一些采用不同方法的高精度計算計數器。如菲利蒲公司生產的計數器產品(Philips，Eindhoven，Netherlands)采用了多周期同步測量技術和模擬內插技術，使測量的閘門時間與被測信號整周期個數嚴格相關，并在此時間內對標準的高頻時標個數進行計數再經過計算求出被測頻率值。又如美國的H.P公司生產的5370B計算計數器(Hewlett-packard Co.Palo Alto California)則是采用了游標法進行高精度時間間隔測量，同時計數與此時間間隔同步的被測信號的整周期個數，再計算出被測頻率值。國內電子工業(yè)部科技情報研究所和中國曉峰技術設備公司在《國際電子測量儀器選購設備指南》里還報導了有關定點頻標比對的測量方法及設備。以上這幾種測頻方法雖說可提高頻率測量精度，但卻存在著設備線路復雜，造價高和多比本發(fā)明測量精度低10倍的不足。特別是后一種測頻方法只能在一些穩(wěn)定的點頻上獲得高精度，而不能用于寬頻率范圍的任意頻率測量。
本發(fā)明的目的在于避免上述已有技術的不足，提供一種適用于寬頻率范圍且精度更高的相檢式多周期同步測頻技術以及線路簡單、造價低的測頻計算計數器。
本發(fā)明根據被測頻率量與標準頻率量都是周期量，當兩量之間有頻率差異時兩信號隨著時間其相對相位變化的原理，采用了頻率信號的周期性特征相位檢測方法對一般頻率量進行測量。其測量步驟為首先用相位檢測線路測出被測頻率信號與標準頻率信號之間的瞬時相位小到一定范圍時的時刻信息(瞬時相位重合)，根據一段時間前后兩次相檢所檢測到的兩比對頻率信號相位重合之間的時間間隔值，按照如下公式fX(被測頻率值)＝ (被測信號計數值)/(標頻信號計數值) ×標頻信號頻率標稱值算出被測頻率值，并按公式Tx= 1/(fx) = (標頻計數值)/(被測計數值×標頻標稱值)算出被測信號的周期值。
式中，被測信號計數值和標頻信號計數值是在所測量的那段時間前后兩信號兩次相位重合相遇的時間間隔中，分別用兩個計數器對被測頻率信號和標準頻率信號進行整周期計數所測得的結果。其中兩計數部分的工作可用計算機或單獨的硬件線路完成，也可用計算機和一定的硬件線路結合來完成。計算部分多用計算機自動完成，也可以手工計算。
為了在提高測量精度的同時保證有寬的連續(xù)測量范圍，本發(fā)明在相檢法測頻中，采用了一個以上的頻標信號。在這些頻標信號中有一個是主頻標，其它是由主頻標經過綜合產生或與主頻標頻率值不同的穩(wěn)定的標頻信號，主頻標與其之間有一定的頻差(可以差幾十Hz到幾百KHz，甚至更大)。這樣可避免使標頻信號與被測信號間頻率值相同或出現嚴格的分數、倍數關系。并使被測頻率信號與標頻之間的差拍頻率或公因子頻率(或準公因子頻率)的周期值能小于所設定的閘門時間，以保證測量的精度及正常工作。測量時標頻的選擇可根據被測頻率的情況進行人工或自動切換。
用該測試方法設計的頻率計數器的線路框圖如

圖1所示。該測試設備由相位重合檢測線路、產生門時信號的閘門線路、機內(或機外)標頻、頻率綜合器、時基分頻與測量控制，主門1、主門2、計數器1、計數器2和乘除法運算、顯示及整形器K1、K2等電路構成。其中相位重合檢測線路連接在被測頻率與標頻信號之間，使被測頻率信號與標頻信號同時進入相位重合檢測線路進行瞬時相位重合判別與檢測。主頻標后連接有可形成與其成一定差值的頻率綜合器。當標頻信號與被測信號間出現頻率值相同或成嚴格的分數、倍數關系時，則由頻率綜合器產生的標頻信號作為中介，破壞這種關系，以保證測量能夠正常進行。圖中f01和f02選擇開關為主頻標與綜合頻標的切換開關。門時信號產生線路的兩輸入端分別連接在相位重合檢測線路與時基選擇測量控制電路的輸出端，使主閘門的開與關受控于時基信號和兩比對信號相位相重合的雙重作用，或僅僅受控于兩比對信號相位重合信息，以此構成多周期同步測量的閘門門時為兩比對信號周期的倍數值。門時產生線路的輸出端連接到被測頻率與標頻信號的主門電路輸入端(即主門1、主門2)，以主閘門的開與關控制兩比對信號各自的門路開與關。相位重合檢測線路可用將兩比對信號整形成很窄的窄脈沖再通過與門或與非門構成;亦可用“動態(tài)與門電路”構成。當兩整形后的輸入信號均同時發(fā)生上跳或下跳時，該電路產生一個上跳或下跳，以此識別兩信號的相位重合時刻。該數字頻率計中時基的產生可通過頻標分頻而得到，也可通過計算機的軟件來設置。計數器計數工作可由計數線路完成，也可由計數線路與計算機聯(lián)合完成。
該數字頻率計的工作原理被測頻率信號和標頻信號分別經整形成脈沖信號后送到一個判別兩信號瞬時相位重合的檢測線路，當兩個不同頻率值的脈沖信號的上升沿(或下跳沿)同時到來的瞬間，該線路產生一個檢測信號。并由頻標經分頻產生一定的時基信號(如1ms，10ms，100ms，1s，10s等或其它要求的時基信號)。該時基信號與上述兩信號相位重合檢測輸出共同作用產生本機的門時信號。即門時信號的開啟與關閉時刻嚴格對應于兩比對信號相位重合的時刻，而門時信號的長度卻近似于時基信號的長度，如圖2所示。在主門時的控制下使其主門1與主門2開啟，同時對被測信號和標頻信號各自進行計數，其計數的時間間隔由周期性信號滿周期的相位重合相遇檢測開始，又由另一個同樣的檢測而終止。最后由所計的被測值和標頻值算出被測信號的頻率值和周期值。
圖1是本發(fā)明的設備方框2是本發(fā)明的門時信號形成波形圖本發(fā)明的兩個實施例分別為相位重合檢測線路采用動態(tài)與門和與窄脈沖整形器配合的與非門兩種。
本發(fā)明由于主門信號幾乎嚴格地等于被測信號和標頻信號的周期值的倍數值(所含誤差只有相位重合檢測線路的檢測誤差)，所以較普通的多周期同步測量方法精度在相同條件下有近上千倍地提高。同時由于測量精度僅相關于相位檢測線路，而與被測或標準頻率信號的頻率值高低無關，因而，既實現了高精度的頻率測量，也實現了對高低頻信號的歸一化等精度測量。此外由于本發(fā)明的設備線路簡單，成本低，可在幾十KHz到幾百MHz的頻率范圍內獲得1～2×10-10/秒以上的頻率測量精度，較國外進口的計算計數器(如5360A)精度高10倍以上，且成本只及國外同類設備的十分之一，因此是一種適用于中、高頻頻率信號的高精度測量儀器。
權利要求
1.一種多周期同步測量方法，是使測量的閘門時間與被測信號整周期個數相關，并在此時間內對頻標及被測信號個數進行計數，計算出被測頻率值，其特征在于a.這種多周期同步測頻是以相位檢測為基礎，計數的時間間隔由周期性被測及標頻信號相位重合相遇檢測開始，并由另一個同樣的檢測而終止，即首先用相位檢測線路測出被測頻率信號與標準頻率信號之間的瞬時相位相遇的時刻信息，然后根據一段時間前后兩次相檢所檢測到的兩比對頻率信號相位重合之間的時間間隔值，按照f(x)(被測頻率值)= (被測信號計數值)/(標頻信號計數值) ×標頻信號標稱值T(x)= 1/(f(x)) = (標頻計數值)/(被測計數值×標頻計數值)分別算出被測信號的頻率值和周期值，式中，被測信號計數值和標頻信號計數值是在所測量的那段時間始末兩信號兩次瞬時相位相遇的時間間隔中，分別用兩計數器測得的結果；b.采用了多個標頻信號，其中一個為主標頻，其它是由主標頻經過綜合產生或與主標頻頻率值不同的標準頻率信號，主標頻與綜合標頻之間有一定的頻差，以保證有寬的連續(xù)頻率測量范圍；c.測量閘門受控于時基信號和兩比對信號相位重合的雙重作用，門時同時為兩比對信號周期的倍數值。
2.一種高精度數字頻率計，包括標頻信號電路，時基電路，計算顯示器和分別控制被測頻率信號計數器1，標頻信號計數器2工作的主門電路1、主門電路2，其特征在于a.被測頻率信號與標頻信號電路之間連接有差別相位重合的檢測電路，使兩比對信號頻率值的脈沖信號上升或下跳同時來到的瞬間，該電路產生一個檢測信號;b.標頻信號電路后又增設了一個頻率綜合器，并設有切換開關接通f01或f02，測試時根據被測頻率值與標頻之間的關系進行人工或自動切換，以保證被測信號與標頻信號之間有一定的頻差且避免它們的頻率出現嚴格的分數、倍數關系;c.主門1、主門2，相位重合檢測器、時基電路三者之間連接組成主閘門線路，以時基信號與兩比對信號相位重合檢測輸出的共同作用產生本機門時信號，并用此門時信號再控制兩比對信號各自的主門電路的開關(主門1、主門2)而計數。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度測頻方法及設備。該方法采用以相位檢測為基礎的多周期同步測量，其主門信號幾乎嚴格等于被測信號和標頻信號的多倍周期值，測量精度僅相關于相位檢測線路的檢測精度，而與兩比對信號的頻率值高低無關。因此較普通的多周期同步測量方法精度在相同條件下可提高上千倍。本發(fā)明設備線路簡單，成本低，較國外進口的高精度計算計數器精度高10倍以上，且成本僅有國外設備的十分之一，是一種適用于中、高頻頻率信號測量的高精度測量儀器。
文檔編號G01R25/00GK1056582SQ9010366
公開日1991年11月27日 申請日期1990年5月19日 優(yōu)先權日1990年5月19日
發(fā)明者周渭 申請人:西安電子科技大學