专利名称：皮秒级时间间隔定标方法
技术领域：
本发明涉及时间间隔定标方法，特别是皮秒级时间间隔定标方法。
背景技术：
时间间隔定标方法是用时间间隔发生器或时间合成器产生一定的时间间隔， 该时间间隔可以是脉冲宽度或两路信号间的相对延迟，然后用时间间隔计数器对 其进行测量。这种方法原理简单，技术成熟，但无论是时间间隔产生还是测量， 其不确定度都只能到lns左右，根本无法满足日益发展的高速测量需求。数字取 样示波器的测量分辨力可以到皮秒量级，但测量准确度较低，也不能直接用于皮 秒级的时间间隔测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种皮秒级时间间隔定标方法，解决皮秒级时间间隔 产生、校准的难题。
皮秒级时间间隔定标方法是通过皮秒级时间间隔校准装置实现的。皮秒时间 间隔校准装置包括微波信号源A、微波信号源B、微波倍频器、高稳频综器、数 字取样示波器、脉冲发生器。
皮秒级时间间隔定标方法的实现过程为首先采用高准确度的微波信号源加 倍频器得到标准周期的亳米波连续波信号，对数字取样示波器的皮秒级时基档位 进行校准；然后采用双通道的脉冲发生器产生皮秒级时间间隔；最后用数字取样 示波器对脉冲发生器产生的皮秒级时间间隔进行校准。具体步骤为
a)将微波信号源A的输出通过微波电缆连接至微波倍频器的输入端，将微波 倍频器的输出端通过波导同轴转接头连接至数字取样示波器的输入通道 A,将微波信号源B的输出通过微波电缆连接至数字取样示波器的触发通 道。
.b)将微波信号源A的同步输出通过BNC电缆连接至微波信号源B的同步输 入，将两台微波信号源同步，解决70GHz以上信号的稳定触发，从而有效
4减小抖动。
c) 通过倍频器把微波信号源1的输出信号倍频到70GHz-75GHz,可为时基测 量提供分辨力小于IPS的准确时间间隔信号。设置数字取样示波器的时基 档位为皮秒级，通过示波器的双光标功能分别测量70GHz-75GHz不同频率 信号的周期。
d) 将微波信号源的时间参数溯源到铯原子频率标准。
e) 将脉冲发生器的输出通道A、输出通道B、触发输出分别通过微波电缆连 接至数字取样示波器的输入通道A、输入通道B、触发通道，实现脉冲产 生和测量的触发同步。
f) 将高稳频综器的时钟输出通过BNC电缆连接至脉冲发生器的外钟输入端， 设置脉冲发生器为外钟模式，可提高脉冲发生器的时钟稳定性，减小时钟 抖动，从而提高输出脉冲的稳定性，减小延时误差。
g) 设置脉冲发生器的两路脉冲输出延时量为Ops，设置数字取样示波器的 时基档位为皮秒级，用双光标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，为了减 小脉冲前沿中点确定不准引入的误差，将数字取样示波器的垂直档位设置 到分辨力最高，取多次平均测量结果，测得值为脉冲发生器的固有延时。
h) 利用脉冲发生器的Deskew功能，消除其两路脉冲输出间的固有延时。
i) 设置脉冲发生器的两路脉冲输出延时量为lps,设置数字取样示波器的 时基档位为皮秒级，用双光标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，将数字 取样示波器的垂直档位设置到分辨力最高，取多次平均测量结果，测得值 即可作为延时量设置值为lps的准确定标值。
j)按1 ps的步进量，设置脉冲发生器的两路脉冲输出延时量分别为2ps、 3ps、 4ps、 5ps……，设置数字取样示波器的时基档位为皮秒级，用双光 标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，将数字取样示波器的垂直档位设置 到分辨力最高，取多次平均测量结果，测得值即可作为2ps、 3ps、 4ps、 5ps......时间间隔的定标值。
本方法的优点在于利用现有的仪器，通过一些巧妙的设置和组合，解决了
5皮秒级时间间隔产生、校准的难题，将皮秒级时间间隔溯源到了时间频率的最高 标准铯原子频率标准，实现了小至lps的皮秒级时间间隔准确定标方法，提高了 时间间隔测量技术的水平。
图1皮秒级时间间隔定标方法的皮秒级时间间隔校准装置示意图。 l.微波信号源A2.微波信号源B3.微波倍频器4.数字取样示波器5.脉冲 发生器6.高稳频综器
具体实施例方式
皮秒级时间间隔定标方法是通过皮秒级时间间隔校准装置实现的。皮秒时间 间隔校准装置包括微波信号源Al、微波信号源B2、微波倍频器3、数字取样示 波器4、脉冲发生器5、高稳频综器6。
皮秒级时间间隔定标方法的实现过程为首先采用高准确度的微波信号源加 倍频器得到标准周期的亳米波连续波信号，对数字取样示波器的皮秒级时基档位 进行校准；然后采用双通道的脉冲发生器产生皮秒级时间间隔；最后用数字取样 示波器对脉冲发生器产生的皮秒级时间间隔进行校准。具体步骤为
a) 将微波信号源A 1的输出通过微波电缆连接至微波倍频器3的输入端，将 微波倍频器的输出端通过波导同轴转接头连接至数字取样示波器的输入通 道A,将微波信号源B2的输出通过微波电缆连接至数字取样示波器4的触
发通道。
b) 将微波信号源A 1的时钟同步输出通过BNC电缆连接至微波信号源B 2的 时钟同步输入，将两台微波信号源同步，解决70GHz以上信号的稳定触发。
c) 通过倍频器把微波信号源Al的输出信号分别倍频到70GHz、71GHz， 70GHz 信号的周期为14. 2857ps,71GHz信号的周期为14. 0S45ps, 二者相差0. 2 ps, 可为时基测量提供分辨力为0.2 ps的准确时间间隔信号。设置数字取样示 波器4的时基档位为2ps/div,通过示波器的双光标功能分别测量70GHz、 71GHz信号的周期。校准后数字取样示波器4的时基准确度优于lps。
d) 将微波信号源A1、微波信号源B2的时间参数溯源到铯原子频率标准。
6e) 将脉冲发生器5的输出通道A、输出通道B、触发输出分别通过微波电缆连 接至数字取样示波器4的输入通道A、输入通道B、触发通道，实现脉冲产 生和测量的触发同步。
f) 将高稳频综器6的时钟输出通过BNC电缆连接至脉冲发生器5的外钟输入 端，设置脉冲发生器5为外钟模式。
g) 设置脉冲发生器5的两路脉冲输出延时量为Ops,设置数字取样示波器4 的时基档位为2ps/div，用双光标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，将数 字取样示波器的垂直档位设置到lmV/div,取256次平均测量结果，测得值 为脉冲发生器5的固有延时。
h) 利用脉冲发生器5的Deskew功能，消除其两路脉冲输出间的固有延时。
i) 设置脉冲发生器5的两路脉冲输出延时量为lps,设置数字取样示波器4 的时基档位为2ps/div,用双光标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，将数 字取样示波器的垂直档位设置到lmV/div,取256次平均测量结果，测得值 即可作为延时量设置值为lps的准确定标值。
按1 ps的步进量，设置脉冲发生器5的两路脉冲输出延时量分别为2ps、 3ps、 4ps、 5ps……，设置数字取样示波器4的时基档位为2ps/div,用双光标 法测量两路脉冲前沿中点的时延差，将数字取样示波器4的垂直档位设置到设置 到lmV/div,取256次平均测量结果，测得值即可作为2ps、 3ps、 4ps、 5ps…… 时间间隔的定标值。
权利要求
1. 一种皮秒级时间间隔定标方法，其特征在于该方法是通过皮秒级时间间隔校准装置实现的；皮秒时间间隔校准装置包括微波信号源A(1)、微波信号源B(2)、微波倍频器(3)、数字取样示波器(4)、脉冲发生器(5)、高稳频综器(6)；首先采用高准确度的微波信号源加倍频器得到标准周期的毫米波连续波信号，对数字取样示波器(4)的皮秒级时基档位进行校准；然后采用双通道的脉冲发生器(5)产生皮秒级时间间隔；最后用数字取样示波器(4)对脉冲发生器(5)产生的皮秒级时间间隔进行校准；具体步骤为将微波信号源A(1)的输出通过微波电缆连接至微波倍频器(3)的输入端，将微波倍频器(3)的输出端通过波导同轴转接头连接至数字取样示波器(4)的输入通道A，将微波信号源B(2)的输出通过微波电缆连接至数字取样示波器(4)的触发通道；将微波信号源A(1)的同步输出通过BNC电缆连接至微波信号源B(2)的同步输入，将两台微波信号源同步，解决70GHz以上信号的稳定触发，从而有效减小抖动；通过微波倍频器(3)把微波信号源A(1)的输出信号倍频到70GHz-75GHz，可为时基测量提供分辨力小于1ps的准确时间间隔信号；设置数字取样示波器(5)的时基档位为皮秒级，通过数字取样示波器(4)的双光标功能分别测量70GHz-75GHz不同频率信号的周期；将微波信号源的时间参数溯源到铯原子频率标准；将脉冲发生器(5)的输出通道A、输出通道B、触发输出分别通过微波电缆连接至数字取样示波器(4)的输入通道A、输入通道B、触发通道，实现脉冲产生和测量的触发同步；将高稳频综器(6)的时钟输出通过BNC电缆连接至脉冲发生器(5)的外钟输入端，设置脉冲发生器(5)为外钟模式，可提高脉冲发生器的时钟稳定性，减小时钟抖动，从而提高输出脉冲的稳定性，减小延时误差；设置脉冲发生器(5)的两路脉冲输出延时量为Ops，设置数字取样示波器(5)的时基档位为皮秒级，用双光标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，为了减小脉冲前沿中点确定不准引入的误差，将数字取样示波器(4)的垂直档位设置到分辨力最高，取多次平均测量结果，测得值为脉冲发生器的固有延时；利用脉冲发生器(5)的Deskew功能，消除其两路脉冲输出间的固有延时；设置脉冲发生器(5)的两路脉冲输出延时量为1ps，设置数字取样示波器(4)的时基档位为皮秒级，用双光标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，将数字取样示波器(4)的垂直档位设置到分辨力最高，取多次平均测量结果，测得值即可作为延时量设置值为1ps的准确定标值；按1ps的步进量，设置脉冲发生器的两路脉冲输出延时量分别为2ps、3ps、4ps、5ps......，设置数字取样示波器(4)的时基档位为皮秒级，用双光标法测量两路脉冲前沿中点的时延差，将数字取样示波器(4)的垂直档位设置到分辨力最高，取多次平均测量结果，测得值即可作为2ps、3ps、4ps、5ps......时间间隔的定标值。
全文摘要
本发明公开了一种皮秒级时间间隔定标方法。采用高准确度的微波信号源A(1)加微波倍频器(3)得到标准周期的毫米波连续波信号，对数字取样示波器(4)的皮秒级时基档位进行校准；然后采用双通道的脉冲发生器(5)产生皮秒级时间间隔；最后用数字取样示波器(4)对脉冲发生器产生的皮秒级时间间隔进行校准。本方法的优点在于利用现有的通用仪器，通过一些巧妙的设置和组合，解决了皮秒级时间间隔产生、校准的难题，将皮秒级时间间隔溯源到了时间频率的最高标准铯原子频率标准，实现了小至1ps的皮秒级时间间隔准确定标方法，提高了时间间隔测量技术的水平。
文档编号H03L7/26GK101436861SQ20071018721
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者王公森, 邓明纫, 陈冬青, 马红梅 申请人:中国航天科工集团第二研究院二○三所