一种超高精度频率测量仪及其测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种超高精度频率测量仪及其测量方法，该超高精度频率测量仪包括：测量臂，参考臂以及主控系统；所述测量臂和参考臂分别与所述主控系统相连；所述测量臂和参考臂均分别包括：晶振振荡单元和时钟传输单元；所述主控系统包括：时钟接收单元、时钟处理单元，相干解算单元以及通信单元。本发明的超高精度频率测量仪及其测量方法，采用相干式测量法，实现晶振频率的超高精度测量，理论上只需通过改变测量参数即可提高测量精度及测量范围，不会带来硬件成本上的提升。
【专利说明】一种超高精度频率测量仪及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种针对晶振频率的闻精度检测仪器，特别是涉及一种超闻精度频率测量仪及其测量方法。
【背景技术】 [0002]晶振振荡频率的测定一般采用频率计或者专门的晶振频率测定仪，他们一般均采用直接测量法，直接针对晶振振荡产生的时钟信号进行测定，其测量精度有限，一般在IPPM以上，即相对误差在百万 急剧增加，且精度提升空间有限。
【发明内容】
[0003]本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种通过检测两颗晶振的频率差以及精确测定晶振的振荡频率的，超高精度频率测量仪及其测量方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0005]一种超高精度频率测量仪，包括:测量臂，参考臂以及主控系统；所述测量臂和参考臂分别与所述主控系统相连；
[0006]所述测量臂和参考臂均分别包括:晶振振荡单元和时钟传输单元；所述主控系统包括:时钟接收单元、时钟处理单元，相干解算单元以及通信单元；
[0007]所述晶振振荡单元包括晶振插座及外围电路，可为晶振正常振荡提供稳定的供电环境；所述时钟传输电路可将时钟信号转化为低压差分信号传输；
[0008]所述时钟接收单元可将LVDS传输的时钟转换为普通TTL电平；
[0009]所述时钟处理单元可对输入的时钟信号进行合适的分频；
[0010]所述相干解算可根据相干解算算法，解算出测量臂晶振频率相对于参考臂晶振的频率偏差值；
[0011]所述通信单元可完成参数输入及测量结果的输出。
[0012]一种超高精度频率测量仪的测量方法，包括以下步骤:
[0013]步骤1:利用本征时钟F1测量被测时钟F2的分频信号，计算得到被测时钟F2的初值；设置循环次数；
[0014]步骤i1:设置本征时钟分频数N1为原来的η倍，根据} = #公式设置被测时钟
1 I 1 2
分频数N2，得到被测时钟F2的本次循环测量值；其中，η为大于I的自然数；
[0015]步骤ii1:判断循环次数是否达到，如达到则继续步骤iv，如未达到则返回步骤? ;
[0016]步骤iv:测量精度达到要求，结束测量。
[0017]在上述技术方案中，步骤i中的循环次数为6次。
[0018]本发明具有以下的有益效果:[0019]本发明的超高精度频率测量仪及其测量方法，采用相干式测量法，实现晶振频率的超高精度测量，理论上只需通过改变测量参数即可提高测量精度及测量范围，不会带来硬件成本上的提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0021]图1为本发明的超高精度频率测量仪的系统组成框图。
[0022]图2为分频计数器输出信号示意图。
[0023]图3为频率相干测量流程图。
[0024]图4为频率相干测量流程图。
【具体实施方式】
[0025]本发明的发明思想为:
[0026]本发明的超高精度频率测量仪采用相干测量法，由测量臂和参考臂以及主控系统组成，其各部分功能如下:测量臂与参考臂的功能一致，均包含晶振振荡单元以及时钟传输单元；主控系统包含时钟接收单元、时钟处理单元，相干解算单元以及通信单元。
[0027]晶振振荡单元:包含晶振插座及必要的外围电路，为晶振正常振荡提供稳定的供电环境；
[0028]时钟传输电路:为了较长距离地传输高频时钟信号，需要将时钟信号转化为低压差分(LVDS)信号传输；
[0029]时钟接收单元:将LVDS传输的时钟转换为普通TTL电平。
[0030]时钟处理单元:根据测量需要，对输入的时钟信号进行合适的分频，以满足最优化的相干测量，提高测量精度，扩大量程；
[0031]相干解算:根据相干解算算法，解算出测量臂晶振频率相对于参考臂晶振的频率偏差值；
[0032]通信单元:实现人机交互，完成参数输入及测量结果的输出。
[0033]下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0034]根据图1-4所示，本发明的超高精度频率测量仪，包括:
[0035]时钟晶振振荡单兀:构建晶振振荡最小电路，使晶振稳定工作，晶振振荡单兀输入VCC和GND，输出时钟信号CLK ；
[0036]时钟处理单元:时钟处理单元实现分频计数器，分频倍数可通过通信单元进行修改，当分频倍数不同时，测量精度及测量时间不同，实际应用中可根据需求进行设置；
[0037]相干解算单元，利用参考臂与测量臂的分频计数器信息，进行两颗晶振的频差计算；若参考臂与测量臂的分频倍数分别为N1和N2，其晶振频率分别为F1 (本征时钟)和F2(被测时钟)，对两路时钟处理单元得到的分频信号进行逻辑与运算，得到解算信号，利用本地时钟F1对解算信号进行周期测定，得到其周期为Ntl个时钟周期。
[0038]关于频率计算:
[0039]根据测量臂与参考臂的晶振频率差异可计算得到:[0040]
【权利要求】
1.一种超高精度频率测量仪，其特征在于，包括:测量臂，参考臂以及主控系统；所述测量臂和参考臂分别与所述主控系统相连； 所述测量臂和参考臂均分别包括:晶振振荡单元和时钟传输单元；所述主控系统包括:时钟接收单元、时钟处理单元，相干解算单元以及通信单元； 所述晶振振荡单元包括晶振插座及外围电路，可为晶振正常振荡提供稳定的供电环境；所述时钟传输电路可将时钟信号转化为低压差分信号传输； 所述时钟接收单元可将LVDS传输的时钟转换为普通TTL电平； 所述时钟处理单元可对输入的时钟信号进行合适的分频； 所述相干解算可根据相干解算算法，解算出测量臂晶振频率相对于参考臂晶振的频率偏差值； 所述通信单元可完成参数输入及测量结果的输出。
2.根据权利要求1所述的超高精度频率测量仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:利用本征时钟F1测量被测时钟F2的分频信号，计算得到被测时钟F2的初值；设置循环次数； 步骤i1:设置本征时钟分频数N1为原来的η倍，根据.=.公式设置被测时钟分频数N2，得到被测时钟F2的本次循环测量值；其中，η为大于I的自然数； 步骤ii1:判断循环次数是否达到，如达到则继续步骤iv，如未达到则返回步骤ii ； 步骤iv:测量精度达到要求，结束测量。
3.根据权利要求2所述的超高精度频率测量仪的测量方法，其特征在于，步骤i中的循环次数为6次。
【文档编号】G01R23/02GK103941086SQ201410114653
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】贺小军, 曲宏松, 张贵祥, 郑亮亮, 陶淑苹 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所