一种基于差拍法的频率稳定度测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及时间频率测量领域，具体涉及一种基于差拍法的频率稳定度测量仪。
【背景技术】
[0002]时间频率测量是电子测量的重要领域。随着时频技术的迅速发展，对频率源的准确度和稳定度等指标的要求也越来越高，对时间频率的测量越来越重要。
[0003]在通信系统和设备中，频率源的好坏直接影响到通信系统的性能和可靠性。频率稳定度是评价频率源质量的重要参数。频率的时域稳定度的常用表征方法是阿伦方差。对于频率稳定度的测量装置，通常的要求有测量精度高、测量频率范围宽、可以同时测量短期与长期稳定度、操作简便和体积小功耗低等。这些方面往往难以兼顾，这给频率测量工作带来了不便。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于差拍法的频率稳定度测量仪，实现了高精度、较宽测量范围，还可以同时测量短期与长期稳定度，测量仪器与配套的上位机软件结合使用，操作简便，测量数据实时保存，易于查看。此外，该测量仪器体积小、功耗低，实用性很强。
[0005]本实用新型通过下述技术方案实现:
[0006]一种基于差拍法的频率稳定度测量仪，包括FPGA，还包括参考源接口和被测源接口，参考源接口与FPGA连接，参考源接口还通过倍频模块与DDS连接，FPGA与DDS连接，DDS与混频器连接，被测源接口通过带通滤波器与混频器连接，混频器通过信号调理模块与FPGA连接，被测源接口与FPGA连接。
[0007]如上所述信号调理模块包括依次连接的低通滤波器、放大器和过零比较器，低通滤波器与混频器连接，过零比较器与FPGA连接。
[0008]本实用新型具有以下效果和优点:
[0009]1、测量精度高。该频率稳定度测量仪的参考频率是1MHz，同源自检结果是I秒稳定度4.9E-13，10秒稳定度2E-13。
[0010]2、测量频率范围宽。其测量范围是l~30MHz。
[0011]3、可以同时测量短期与长期稳定度。可以测量I晕秒、10晕秒、100晕秒、I秒、10秒、100秒、1000秒、10000秒的稳定度以及天漂移率。
[0012]4、操作简便。与测量仪器配套的上位机软件用Visual Basic 6.0编写，界面友好，操作简单，数据可以实时查看和保存，占用电脑资源少。该测量仪与配套软件都经过长期测试，可以稳定运行。
[0013]5、体积小、功耗低。其体积是0.6升，整机功耗小于3W。
[0014]综上，该频率稳定度测量仪具有优越的性能和很强的实用性，具有广泛的使用前景。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的原理方框图，其中:
[0016]I一参考源接口 ；2—倍频模块；3—DDS (直接数字式频率合成器);4一被测源接口 ；5—带通滤波器；6—混频器；7—信号调理模块；8 — FPGA (现场可编程门阵列)。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施实例来对本实用新型作进一步说明。
[0018]实施例1:
[0019]—种基于差拍法的频率稳定度测量仪，如图1所示，该测量仪包括参考源接口 1、倍频模块2、DDS3、被测源接口 4、带通滤波器5、混频器6、信号调理模块7、FPGA8。1MHz的外部参考频率连接到参考源接口 I的输入端，分成两路信号，一路信号连接到FPGA8并作为FPGA8工作的时钟源，另一路信号连接到倍频模块2，将参考源进行倍频后作为DDS3工作的时钟源。所述被测源接口 4将被测信号分成两路信号，一路信号作为初步被测频率连接到FPGA8，FPGA8通过由内部分频得到的IHz的时钟信号，通过初步被测频率对IHz的时钟信号进行填充计数，得到初步被测频率的初步测量值，另一路信号连接到带通滤波器5进行1-30MHz的带通滤波后作为混频被测频率连接到混频器6的本振端。所述DDS3在FPGA8的控制下调整输出频率，经过低通滤波后连接到混频器6的射频端。所述混频器6对DDS3的输出频率与混频被测频率进行混频，并将中频端连接到信号调理模块7。所述信号调理模块7包括依次连接的低通滤波器、放大器和过零比较器。所述低通滤波器通过对混频器6的中频端信号进行低通滤波得到差拍信号，所述放大器对差拍信号进行饱和放大，使其上升时间更短，所述过零比较器对放大后的差拍信号进行过零检测，使其上升时间进一步缩短，并避免误触发。信号调理模块7的输出端连接到FPGA8。用FPGA8通过测量的差拍信号的频率值和DDS3的输出频率值获得被测信号的精细测量频率值。
[0020]差拍信号的频率值是DDS3的输出频率与被测频率的频率值的差值。当测量仪未完成锁定时，FPGA8通过调整DDS3的输出频率，将差拍信号的频率值调整到设定范围之内，直到测量仪完成锁定，或者FPGA接收到上位机的开始测量指令为止。FPGA8判断完成锁定的的标准可以是连续五个最新测得的精细测量频率值的瞬时相对频偏值都小于1E-9，否则判断为未锁定。瞬时相对频偏等于精细测量频率与被测频率的标称值之差除以被测源的标称值。另外，如果完成锁定则锁定指示灯亮，可通过未锁定指示灯熄灭指示；如果未锁定，则可通过锁定指示灯熄灭，未锁定指示灯亮指示。如果无法完成锁定，则说明被测频率的瞬时相对频偏值无法保持在1E-9以内，不在本测量仪的测量目标范围之内。
[0021]FPGA8还通过RS232串行接口与上位机通信，实现测量仪向上位机的测量数据发送，以及对上位机指令的接收、识别与响应。当测量仪前面板上锁定指示灯亮、未锁定指示灯熄灭时，可以开始使用上位机软件获取测量仪测得的数据，并给出相关计算结果。开始使用上位机软件进行测量时，FPGA8不再更改DDS3的输出频率，即使测量仪处于未锁定状态。
[0022]以上实例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，本实用新型的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。
【主权项】
1.一种基于差拍法的频率稳定度测量仪，包括FPGA (8)，其特征在于，还包括参考源接口( I)和被测源接口(4)，参考源接口( I)与FPGA (8)连接，参考源接口( I)还通过倍频模块(2)与DDS (3)连接，FPGA (8)与DDS (3)连接，DDS (3)与混频器(6)连接，被测源接口(4)通过带通滤波器(5)与混频器(6)连接，混频器(6)通过信号调理模块(7)与FPGA(8)连接，被测源接口(4)与FPGA (8)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于差拍法的频率稳定度测量仪，其特征在于，所述信号调理模块(7)包括依次连接的低通滤波器、放大器和过零比较器，低通滤波器与混频器(6 )连接，过零比较器与FPGA (8 )连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于差拍法的频率稳定度测量仪，包括FPGA，还包括参考源接口和被测源接口，参考源接口与FPGA连接，参考源接口还通过倍频模块与DDS连接，FPGA与DDS连接，DDS与混频器连接，被测源接口通过带通滤波器与混频器连接，混频器通过信号调理模块与FPGA连接，被测源接口与FPGA连接。本实用新型测量精度高。测量频率范围宽。可以同时测量短期与长期稳定度。体积小、功耗低。
【IPC分类】G01R23/14
【公开号】CN204945244
【申请号】CN201520729063
【发明人】黄剑龙, 余钫, 秦蕾, 盛荣武, 陈智勇, 高伟, 金鑫, 汤超
【申请人】中国科学院武汉物理与数学研究所
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月18日