一种频率器件性能评估的方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种频率器件性能评估的方法及装置。

背景技术：

大多数电子设备、通信设备、自动控制等设备都需要稳定的时钟来保证系统正常运行。这些设备的时钟信号基本都来自频率器件。由于频率器件的自身老化、环境温度波动等原因，输出的时钟会逐渐偏离基准频率，出现累积相位误差、频率偏移。当参考时钟丢失后，频率器件输出时钟相位误差或频偏不能超过某一值，否则会出现部分业务中断，严重的话会导致整个设备瘫痪。参考时钟丢失后的一段时间内，频率器件能够维持设备能够正常工作的能力，就是的保持能力(holdover)。保持能力是影响通信系统可靠性的重要指标。所以，关键通讯设备入网测试时，都要做保持能力测试。

现有的保持能力测试主要是相位保持能力，比如，在参考丢失后24小时候时钟相位不能大于1.5us。最常见的测试方法是，先让设备跟踪参考时钟(比如gps(globalpositioningsystem，全球定位系统))24小时，然后断开参考时钟，用示波器、时间间隔测试仪或频率计测试输出时钟的1pps(pulsepersecond，每秒脉冲数)信号和标准的1pps信号之间的相位差，测试24小时。现有的测试方法的缺点是：第一，测试结果偶然性很大，主要原因是环境温度变化、老化在每个时间点都不一样。而且，每只样品差异也很大，同样的环境测试的结果往往差异巨大。经常出现的情况是，第1次测试结果满足要求，再次测试则就远远超过要求。第二，比较耗时，2天只能测试一个数据。如果做15次测试就需要1个月。第三，需要在整机设备上测试，要锁相环参与，无法做批量测试。尤其是，由于环境在变化，频率器件的参数也在变化，不同频率器件之间的性能也是千差万别。因此，现有的测试方法无法评估一批频率器件的保持能力是在什么水平。总之，现有的技术评估频率器件的保持能力耗时耗力，测试结果偶然性很大，不准确、不全面、不可靠，无法做批量样品的整体保持能力评估。

技术实现要素：

根据本发明实施例提供的方案解决了现有评估技术中耗时耗力、测试结果波动性大、评估结果不准确、以及无法批量测试技术问题。

根据本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的方法，包括：

在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；

利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；

根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

优选地，当保持性能信息为相位保持信息时，所述利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息包括：

根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力；

利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息；

其中，所述n和k均为正整数，其k为预设时间内的采样个数。

优选地，当保持性能信息为时间保持信息时，所述利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息包括：

根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后x+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后x+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；

利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；

其中，所述n和x均为正整数，其x为累积相位波动达到预定值时的采样个数。

优选地，当保持性能信息为相位保持信息和时间保持信息时，所述利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息包括：

根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力以及根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后x+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后x+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；

利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息，以及利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；

其中，所述n、x和k均为正整数，其x为累积相位波动达到预定值时的采样个数，其k为预设时间内的采样个数。

根据本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的装置，包括：

采集模块，用于在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；

计算模块，用于利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；

评估模块，用于根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

优选地，所述计算模块包括：

第一获取单元，用于根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力；

第一计算单元，用于利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息；

其中，所述n和k均为正整数，其k为预设时间内的采样个数。

优选地，所述计算模块包括：

第二获取单元，用于根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后x+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后x+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；

第二计算单元，用于利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；

其中，所述n和x均为正整数，其x为累积相位波动达到预定值时的采样个数，。

优选地，所述计算模块包括：

第三获取单元，用于根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力以及根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后x+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后x+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；

第三计算单元，用于利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息，以及利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；

其中，所述n、x和k均为正整数，其x为累积相位波动达到预定值时的采样个数，其k为预设时间内的采样个数。

根据本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的设备，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的频率器件性能评估的程序，所述频率器件性能评估的程序被所述处理器执行时实现包括：

在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；

利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；

根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

根据本发明实施例提供的一种计算机存储介质，存储有频率器件性能评估的程序，所述频率器件性能评估的程序被处理器执行时实现包括：

在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；

利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；

根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

根据本发明实施例提供的方案，涵盖了任意时间点的测试结果，数据量大，用概率密度分布的统计方法，结果更可靠、更科学；可以大批量测试，成本低，效率高；从整体上对一批频率器件做评估，并且能够从两个维度作出评估：在规定的时间内相位保持能力和在规定的相位内的时间保持能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的装置示意图；

图3是本发明实施例提供的频率器件性能评估的功能框图；

图4是本发明实施例提供的频率器件性能评估的装置的功能框图；

图5是本发明实施例提供的计算第1个数据的相位的示意图；

图6是本发明实施例提供的计算第2个数据的相位的示意图；

图7是本发明实施例提供的计算给定时间内相位保持能力的流程图；

图8是本发明实施例提供的计算给定相位的时间保持能力的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的方法流程图，如图1所示，包括：

步骤s101：在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；

步骤s102：利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；

步骤s103：根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

其中，当保持性能信息为相位保持信息时，所述利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息包括：根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力；利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息；其中，所述n和k均为正整数，其k为预设时间内的采样个数。

其中，当保持性能信息为时间保持信息时，所述利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息包括：根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后x+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后x+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；其中，所述n和x均为正整数，其x为累积相位波动达到预定值时的采样个数，。

其中，当保持性能信息为相位保持信息和时间保持信息时，所述利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息包括：

根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力以及根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后x+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后x+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息以及利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；其中，所述n、x和k均为正整数，其x为累积相位波动达到预定值时的采样个数，其k为预设时间内的采样个数。

图2是本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的装置示意图，如图2所示，包括：采集模块201，用于在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；计算模块202，用于利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；评估模块203，用于根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

其中，所述计算模块202包括：第一获取单元，用于根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力；第一计算单元，用于利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息；其中，所述n和k均为正整数，其k为预设时间内的采样个数。

其中，所述计算模块202包括：第二获取单元，用于根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；第二计算单元，用于利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；其中，所述n和k均为正整数，其k为预设时间内的采样个数。

其中，所述计算模块202包括：第三获取单元，用于根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后k+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后k+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的相位保持能力以及根据所述采样频偏数据集中的第n个采样频偏数据及随后x+1个采样频偏数据和采样时间点数据集中的第n个采样时间数据及随后x+1个采样时间点数据，得到所述第n个采样频偏数据的时间保持能力；

第三计算单元，用于利用所得到的所述每个采样频偏数据的相位保持能力，计算所述频率器件的相位保持信息，以及利用所得到的所述每个采样频偏数据的时间保持能力，计算所述频率器件的时间保持信息；其中，所述n和k均为正整数，其k为预设时间内的采样个数。

本发明实施例提供的一种频率器件性能评估的设备，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器耦接的存储器；所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的频率器件性能评估的程序，所述频率器件性能评估的程序被所述处理器执行时实现包括：

在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；

利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；

根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

本发明实施例提供的一种计算机存储介质，存储有频率器件性能评估的程序，所述频率器件性能评估的程序被处理器执行时实现包括：

在设置的测试时间段内通过对频率器件输出的性能测试信号进行采集，得到所述频率器件的采样频偏数据集和采样时间点数据集；

利用所得到的采样频偏数据集和采样时间点数据集，计算出所述频率器件的保持性能信息；

根据所计算出的保持性能信息对所述频率器件的性能进行评估。

图3是本发明实施例提供的频率器件性能评估的功能框图，如图3所示，包括：

步骤s301：测试出频率器件在一段时间内的频偏，记录每个频偏数据和时间数据。

从第1个数据开始，逐次计算每个频偏数据对时间的积分，即可获得特定时间段内的时间的累积相位。然后从第2个数据重复上述过程，获得第2个数据。逐次计算所有点的累积相位，获得所有时刻的频率器件保持能力。

步骤s302：分别固定时间计算保持相位、固定相位计算保持时间，从两个维度来评估频率器件的保持能力。

第一个维度是保持相位，给定测试时间t，在t时间段内频率器件相对初始点的最大相位波动为θhold，θhold就是该频率器件的相位保持能力，即通常说的24小时保持能力。这里相位保持能力用us(微妙)作单位，也可以用其他时间单位。

第二个维度是保持时间，给定允许最大相位波动φ下，测试频率器件在相位在φ以内能够持续多长时间thold。通常说频率器件1.5us保持能力指的就是保持时间，这里保持时间用小时做单位。

步骤s303：获得每个时刻的保持能力数据后，用概率密度的方法来评估单只和一个批次频率器件的保持能力。

具体地说，在一定环境条件下(比如一定温度波动范围，经过预老化)，测试频率器件的频偏，并记录测试时间。首先，计算保持相位。从第一个数据开始，在一段时间t内，用频偏对时间积分并累加，即可得到这段时间内相位累积曲线，对曲线上每一个数据取绝对值并找到最大值，这个最大值就是该时间段内的相位保持能力。然后从第二的数据开始重复上述过程，得到第二个数据的t时间内保持能力。依次计算后面数据的保持能力。最后，用这些保持能力相位数据做概率分布曲线，即可得到频率器件在t时间内的保持能力分布图。从分布图上可以评估t时间内频率器件的相位保持能力，比如95％的概率下，相位保持能力是多少个us。其次，计算保持时间，即给定最大相位φ的条件下保持的最长时间。计算方法同上，但停止相位累加的条件不是固定时间t内，而是最大相位超过φ。在相位累加的过程中，一旦最大相位超过φ，立即停止累加，计算当前时间和首数据时间差，即首数据时间点开始相位不超过φ的保持时间thold。依次计算第2个数据、第3个数据，直至最后一个累加相位能够达到φ的数据。最后用这些数据做概率分布曲线，即可得到频率器件最大相位不超过φ的保持时间概率分布图。从分布图可以计算出频率器件相位不超过φ的保持时间概率。如果用概率分布图上95％概率的保持数值作为一只频率器件的保持能力，那么可以得到两个维度的保持能力数据：时间保持能力和相位保持能力。统计一批频率器件的这两个维度的保持能力数据，可以做两个概率密度分布图，这样就可以评估这一批频率器件的保持能力。

图4是本发明实施例提供的频率器件性能评估的装置的功能框图，如图4所示，主要有5部分构成：1)频率器件10，包括测试夹具、供电、驱动等，每个装置可以测试若干个频率器件。2)电子开关12，切换待测频率器件和通用计数器之间的连接。如果一个频率器件对应一个频率计或其他频率测试设备或器件，可以去掉电子开关。3)通用计数器13，用来测试频率器件的频率，可以用带tdc功能的器件或设备替代。4)原子频标15，为通用计数器提供基准时钟。如果有其他高精度时钟，也可以不用原子频标。5)计算机14，主要用于数据采集及电子开关控制，同时记录本地时间作为一个测试数据。同时可以用计算机完成上述评估方法的计算。

本发明对频率器件的数据的采集可以用频率计、逻辑器件实现，或者是采用包含tdc(timerdigitalconverter，时间数字转换器)功能的器件实现，每个测试数据需要增加一个测试时间。整个测试不需要整机设备参与，只需要电子开关、频率计和原子钟。每个频率器件每次测试包括2个数据：频率值和测试时刻的时间(可以是电脑的本地时间)。多久采集一个数据可以自由设定，可以是1秒、5秒、10秒，可以是等间隔的，也可以是非等间隔。测试总时长根据需求从几天到几周、几个月不等。为了描述方便，这里用统一的口径：每个频率器件10秒钟采样一个频率数据，等间隔采集数据。测试总时长10天，则总共有86400对数据。计算t＝24小时的保持能力，相位要求为1.5us。测试完成后把测试的频率转换成频偏，这里频偏为ppb。每个测试数据对应的时间转换成秒。

先计算相位保持能力，即给定一段时间t内的保持能力，这里是24小时。那么10天的数据共有9天的数据可以计算24小时保持能力。最后一天的数据不满24小时，所以不计入。前9天的每个数据都可以计算一个保持能力值，计算范围是从本数据开始后面8640个时间段的数据，共8641对数据。把频偏积分就是累积相位，参考图2。从第1个数据开始经历24小时总共有k+1个数据(这里k＝8640)。把这k+1个数据的频偏都减去第首个数据的频偏f1，这是为了消除初始频偏造成的相位累积。如图5所示，频偏曲线围城的面积由k个曲边梯形组成，第1个图形有一个底边长度为0。用梯形面积近似替代曲边梯形面积，则每个曲边梯形的面积计算见公式(1)。把每个梯形面积逐步累加起来，再累加过程中记录下相位绝对值的最大值，这个最大值就是t1时刻开始24小时内频率器件的相位保持能力。图6是第2个数据的24小时内相位累加示意图，方法同前面一样。不同的是，每个数据都要减去首数据的频偏f2。计算的结果是是t2时刻开始24小时内频率器件的相位保持能力。这样，依次计算前9天内所有时刻该频率器件24小时内的相位保持能力数据，总共有77760个数据。把这些数据做直方图，或者概率密度图，便可以得到保持能力的分布图。根据分布图可以得到24小时保持能力小于某个值(比如1.5us)的占比。或者可以计算95％概率，这颗频率器件24小时内的保持能力是多少us。具体计算方法是，把所有数据从小到大排序，77760*0.95＝73972，即第73872个值便是以95％概率测试通过的相位值。

θk＝0.5*(fk+1+fk)*(tk+1-tk)公式(1)

接着计算时间保持能力，即给定最大相位波动条件下，频率器件能够维持的最长时间，这里给定相位为1.5us。时间保持能力相位计算方法同上，但停止条件不一样。计算相位保持能力时，计算24小时内所有数据的累积相位，记录下相位绝对值得最大值。而时间保持能力不同，相位累加一直进行下去。一直到相位绝对值超过1.5us时停下，记录下该时刻和首数据时刻的时间差，这个差值就是1.5us的时间保持能力。由于最后一天的数据持续时间不超过24小时，也不计入计算结果。同样，依次计算前9天内所有时刻该频率器件相位不超过1.5us的持续最长时间，总共有77760个数据。最后几天的数据可能会出现持续几天都没有超过1.5us的情况，但后面没有数据了，无法继续计算，所以计算结果不是真正的时间保持能力，有可能低估了。由于数据量大，这些影响可以忽略。把这些数据做直方图，或者概率密度图，便可以得到时间保持能力的分布图。用同样的方法可以计算出95％概率下，频率器件1.5us的保持时间。

从上面的方法可以获得每只频率器件的24小时保持相位和1.5us的保持时间。如图7和图8所示，把一个批次多个频率器件用同样的方法计算出来，取95％(也可以是其他值)的值作为每只频率器件的保持能力典型值，分别做直方图或概率密度图，就可以得到该批次频率器件的24小时保持相位分布图和1.5us的保持时间分布图。可以估算出该批次的保持能力(包括保持相位和保持时间)。

实施例一：

频率器件性能测试装置。频率器件为ocxo((ovencontrolledcrystaloscillator，恒温晶体振荡器)诺干，ocxo输出接带tdc(time-to-digitalconverter，时间数字转换器)功能的时钟芯片，省去图中的通用计数器和电子开关，直接由tdc测出ocxo的频率。时钟芯片由mcu(microcontrollerunit，微控制单元)或cpu(centralprocessingunit，中央处理器)控制，时间信息由本地rtc(real-timeclock，实时时钟)或cpu的tick时间提供。参考基准由gps和锁相环提供，省掉原子频标。数据存储在本地存储器或者存在计算机上。完成ocxo的频率及时间数据采集后，计算每只ocxo在24小时内的保持能力。或者，以1.5us为限，计算ocxo保持能力在1.5us以内的保持时间长度。

实施例二：

评估ocxo在24小时内的保持能力。利用频率器件性能评估装置测试出ocxo一段时间内的频率和测试时间。从第一个数据点开始，计算24小时内的累积相位，记录下累积过程中相位的绝对值的最大值。对每一个计算结果从小到大排序，找出第95％个数据的相位值，该值就可以作为ocxo的24小时相位保持水平。

实施例三：

评估ocxo相位不超过1.5us的保持时间。利用频率器件性能评估装置测试出ocxo一段时间内的频率和测试时间。从第一个数据点开始，计算累积相位，直到累积相位绝对值达到1.5us，记录下该数据点时间和第一个数据点的时间差。这个时间差即1.5us的保持时间。计算所有点的1.5us保持时间，并对对每一时间从小到大排序，找出第95％个数据的时间值，该值就可以作为ocxo的1.5us的时间保持水平。

根据本发明实施例提供的方案，较现有的测试方法省时，省力，节省成本，大大提高了测试效率，对单个以及批次频率器件都可以作出准确、可靠的评估。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。