一種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及時(shí)間頻率測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002]時(shí)間頻率測量是電子測量的重要領(lǐng)域。隨著時(shí)頻技術(shù)的迅速發(fā)展，對頻率源的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度等指標(biāo)的要求也越來越高，對時(shí)間頻率的測量越來越重要。
[0003]在通信系統(tǒng)和設(shè)備中，頻率源的好壞直接影響到通信系統(tǒng)的性能和可靠性。頻率穩(wěn)定度是評價(jià)頻率源質(zhì)量的重要參數(shù)。頻率的時(shí)域穩(wěn)定度的常用表征方法是阿倫方差。對于頻率穩(wěn)定度的測量裝置，通常的要求有測量精度高、測量頻率范圍寬、可以同時(shí)測量短期與長期穩(wěn)定度、操作簡便和體積小功耗低等。這些方面往往難以兼顧，這給頻率測量工作帶來了不便。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀，實(shí)現(xiàn)了高精度、較寬測量范圍，還可以同時(shí)測量短期與長期穩(wěn)定度，測量儀器與配套的上位機(jī)軟件結(jié)合使用，操作簡便，測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存，易于查看。此外，該測量儀器體積小、功耗低，實(shí)用性很強(qiáng)。
[0005]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀，包括FPGA，還包括參考源接口和被測源接口，參考源接口與FPGA連接，參考源接口還通過倍頻模塊與DDS連接，F(xiàn)PGA與DDS連接，DDS與混頻器連接，被測源接口通過帶通濾波器與混頻器連接，混頻器通過信號調(diào)理模塊與FPGA連接，被測源接口與FPGA連接。
[0007]如上所述信號調(diào)理模塊包括依次連接的低通濾波器、放大器和過零比較器，低通濾波器與混頻器連接，過零比較器與FPGA連接。
[0008]本實(shí)用新型具有以下效果和優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、測量精度高。該頻率穩(wěn)定度測量儀的參考頻率是1MHz，同源自檢結(jié)果是I秒穩(wěn)定度4.9E-13，10秒穩(wěn)定度2E-13。
[0010]2、測量頻率范圍寬。其測量范圍是l~30MHz。
[0011]3、可以同時(shí)測量短期與長期穩(wěn)定度?？梢詼y量I暈秒、10暈秒、100暈秒、I秒、10秒、100秒、1000秒、10000秒的穩(wěn)定度以及天漂移率。
[0012]4、操作簡便。與測量儀器配套的上位機(jī)軟件用Visual Basic 6.0編寫，界面友好，操作簡單，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)查看和保存，占用電腦資源少。該測量儀與配套軟件都經(jīng)過長期測試，可以穩(wěn)定運(yùn)行。
[0013]5、體積小、功耗低。其體積是0.6升，整機(jī)功耗小于3W。
[0014]綜上，該頻率穩(wěn)定度測量儀具有優(yōu)越的性能和很強(qiáng)的實(shí)用性，具有廣泛的使用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的原理方框圖，其中:
[0016]I一參考源接口 ；2—倍頻模塊；3—DDS (直接數(shù)字式頻率合成器);4一被測源接口 ；5—帶通濾波器；6—混頻器；7—信號調(diào)理模塊；8 — FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例來對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0018]實(shí)施例1:
[0019]—種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀，如圖1所示，該測量儀包括參考源接口 1、倍頻模塊2、DDS3、被測源接口 4、帶通濾波器5、混頻器6、信號調(diào)理模塊7、FPGA8。1MHz的外部參考頻率連接到參考源接口 I的輸入端，分成兩路信號，一路信號連接到FPGA8并作為FPGA8工作的時(shí)鐘源，另一路信號連接到倍頻模塊2，將參考源進(jìn)行倍頻后作為DDS3工作的時(shí)鐘源。所述被測源接口 4將被測信號分成兩路信號，一路信號作為初步被測頻率連接到FPGA8，F(xiàn)PGA8通過由內(nèi)部分頻得到的IHz的時(shí)鐘信號，通過初步被測頻率對IHz的時(shí)鐘信號進(jìn)行填充計(jì)數(shù)，得到初步被測頻率的初步測量值，另一路信號連接到帶通濾波器5進(jìn)行1-30MHz的帶通濾波后作為混頻被測頻率連接到混頻器6的本振端。所述DDS3在FPGA8的控制下調(diào)整輸出頻率，經(jīng)過低通濾波后連接到混頻器6的射頻端。所述混頻器6對DDS3的輸出頻率與混頻被測頻率進(jìn)行混頻，并將中頻端連接到信號調(diào)理模塊7。所述信號調(diào)理模塊7包括依次連接的低通濾波器、放大器和過零比較器。所述低通濾波器通過對混頻器6的中頻端信號進(jìn)行低通濾波得到差拍信號，所述放大器對差拍信號進(jìn)行飽和放大，使其上升時(shí)間更短，所述過零比較器對放大后的差拍信號進(jìn)行過零檢測，使其上升時(shí)間進(jìn)一步縮短，并避免誤觸發(fā)。信號調(diào)理模塊7的輸出端連接到FPGA8。用FPGA8通過測量的差拍信號的頻率值和DDS3的輸出頻率值獲得被測信號的精細(xì)測量頻率值。
[0020]差拍信號的頻率值是DDS3的輸出頻率與被測頻率的頻率值的差值。當(dāng)測量儀未完成鎖定時(shí)，F(xiàn)PGA8通過調(diào)整DDS3的輸出頻率，將差拍信號的頻率值調(diào)整到設(shè)定范圍之內(nèi)，直到測量儀完成鎖定，或者FPGA接收到上位機(jī)的開始測量指令為止。FPGA8判斷完成鎖定的的標(biāo)準(zhǔn)可以是連續(xù)五個(gè)最新測得的精細(xì)測量頻率值的瞬時(shí)相對頻偏值都小于1E-9，否則判斷為未鎖定。瞬時(shí)相對頻偏等于精細(xì)測量頻率與被測頻率的標(biāo)稱值之差除以被測源的標(biāo)稱值。另外，如果完成鎖定則鎖定指示燈亮，可通過未鎖定指示燈熄滅指示；如果未鎖定，則可通過鎖定指示燈熄滅，未鎖定指示燈亮指示。如果無法完成鎖定，則說明被測頻率的瞬時(shí)相對頻偏值無法保持在1E-9以內(nèi)，不在本測量儀的測量目標(biāo)范圍之內(nèi)。
[0021]FPGA8還通過RS232串行接口與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)測量儀向上位機(jī)的測量數(shù)據(jù)發(fā)送，以及對上位機(jī)指令的接收、識別與響應(yīng)。當(dāng)測量儀前面板上鎖定指示燈亮、未鎖定指示燈熄滅時(shí)，可以開始使用上位機(jī)軟件獲取測量儀測得的數(shù)據(jù)，并給出相關(guān)計(jì)算結(jié)果。開始使用上位機(jī)軟件進(jìn)行測量時(shí)，F(xiàn)PGA8不再更改DDS3的輸出頻率，即使測量儀處于未鎖定狀態(tài)。
[0022]以上實(shí)例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者同等替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀，包括FPGA (8)，其特征在于，還包括參考源接口( I)和被測源接口(4)，參考源接口( I)與FPGA (8)連接，參考源接口( I)還通過倍頻模塊(2)與DDS (3)連接，F(xiàn)PGA (8)與DDS (3)連接，DDS (3)與混頻器(6)連接，被測源接口(4)通過帶通濾波器(5)與混頻器(6)連接，混頻器(6)通過信號調(diào)理模塊(7)與FPGA(8)連接，被測源接口(4)與FPGA (8)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊(7)包括依次連接的低通濾波器、放大器和過零比較器，低通濾波器與混頻器(6 )連接，過零比較器與FPGA (8 )連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于差拍法的頻率穩(wěn)定度測量儀，包括FPGA，還包括參考源接口和被測源接口，參考源接口與FPGA連接，參考源接口還通過倍頻模塊與DDS連接，F(xiàn)PGA與DDS連接，DDS與混頻器連接，被測源接口通過帶通濾波器與混頻器連接，混頻器通過信號調(diào)理模塊與FPGA連接，被測源接口與FPGA連接。本實(shí)用新型測量精度高。測量頻率范圍寬?？梢酝瑫r(shí)測量短期與長期穩(wěn)定度。體積小、功耗低。
【IPC分類】G01R23/14
【公開號】CN204945244
【申請?zhí)枴緾N201520729063
【發(fā)明人】黃劍龍, 余鈁, 秦蕾, 盛榮武, 陳智勇, 高偉, 金鑫, 湯超
【申請人】中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月18日