一种基于FPGA实现的原子钟电参数自动调试测试装置及方法与流程

本发明涉及测试领域，具体涉及一种基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置及方法。

背景技术：

1、对于原子钟电参数测量的方法和技术手段较多，传统上针对频率偏差差、频率稳定度、老化漂移率、开机特性等参数，可以采用频稳测试仪进行测试；针对时差、脉冲宽度、电平幅度、上升沿等参数，可以采用时间间隔计数器进行测试；信号功率、相位噪声等可以采用相噪测试仪进行测试。

2、传统的原子钟电参数测试系统如图1所示，传统的原子钟电参数测试系统有如下缺点：

3、（1）需要的测试设备多，成本较高。每一台原子钟的测试都需要电压/电流测试仪1台、频稳测试仪1台，相噪测试仪1台，时间间隔测试仪1台。这些商用仪器功能强大，指标优异，价钱也不便宜。

4、（2）系统中使用了大量的同轴线、频率信号传输接口以及控制信号传输接口，连接复杂，可靠性较低。

5、（3）测试线缆多，还会导致系统的抗干扰能力降低，当某台原子钟从系统中加入或者取出测试时，会影响其他正在进行的原子钟的测试，比如出现跳点等。

6、（4）不方便系统扩展。系统框图中，单个原子钟通过测量仪器，实现该原子钟的时间、频率的特性测试，当进行多台原子钟的同时调试和测试时，有两种方式可以实现：

7、方式1，增添电压/电流测试仪、频稳测试仪、相噪测试仪、时间间隔测试仪等时频专用测试设备。

8、方式2，在原子钟与各个测量仪器之间增加开关矩阵，以轮询的方式实现多台原子钟的测试。其中，方式1的扩展方式，需要大量的时间频率测试仪器构成测试机柜，不但成本高而且占用空间也大。方式2的扩展方式，采用开关矩阵，以分时的方式实现对多台原子钟的数据采集，虽然能够节约测量设备数量，但是由于采样的数据不连续，导致后续的数据分析不真实。

9、（5）调试人员根据测试结果,进行原子钟参数的调试,再进行测试,直到指标合格。调试过程过度依赖于人工，并且每个调试人员不能同时兼顾多台，效率低，影响产能。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置及方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置，包括，原子钟电参数测试采集控制卡、数据库服务器以及数据处理模块，其中，

4、所述原子钟电参数测试采集控制卡用于安装和采集多个原子钟输出的电参数数据；

5、所述数据处理模块用于计算所采集的原子钟输出的电参数数据；

6、所述数据库服务器用于存储计算得到的电参数数据。

7、进一步的，所述原子钟电参数测试采集控制卡上设置多个待测试原子钟，多个所述原子钟电参数测试采集卡集成安装于同一个机柜上，多个所述机柜通过网络交换机连接至所述数据库服务器。

8、一种基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置的测试方法，包括如下步骤：

9、s1、输入测试需求并配置测试项，若无非常规测试项则选取一个或多个默认的测试项或流程生成测试报告；

10、s2、根据所配置的测试项按照流程进行各个测试项的性能指标测试；

11、s3、对当前测试状态进行显示，并将测试数据存入数据库服务器中；

12、s4、完成测试后，分别在对应位置以led灯形式显示已测试完成状态，并自动生成测试报告或按需生成测试报告。

13、进一步的，所述s2中测试项包括原子钟的功耗测试、频率偏差测试、频率稳定度测试、老化漂移测试、相位噪声测试。

14、进一步的，所述频率偏差测试的具体方式为：

15、利用数字鉴相法对原子钟输出的10mhz信号和参考10mhz信号进行相位比对测试，并根据相位差得到频率偏差数据，具体计算方式为：

16、

17、其中，为频率偏差数据，表示时刻比对的相位；表示时刻比对的相位。

18、进一步的，所述老化漂移率测试的具体方式为：

19、根据频率偏差数据计算老化漂移率，具体计算方式为：

20、

21、其中，为频率漂移率；为时刻频标的相对频率值；为取样时间；为测量相对频率值的时刻，为测定时间段内相对频率值的平均值且,n为采样总数；为平均时间且。

22、一种基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置的调试方法，包括如下步骤：

23、s5、输入调试项需求并配置调试项，若无非常规调试项则选取一个或多个默认的调试项或流程生成调试报告；

24、s6、根据所配置的调试项按照流程进行各个需要调试的参变量进行调试；

25、s7、对当前调试状态进行显示，并将调试过程中的数据存入数据库服务器中；

26、s8、完成调试后，分别在对应位置以led灯形式显示已调试完成装填，并生成调试报表。

27、本发明具有以下有益效果：

28、1、本发明可以大幅度的降低测试系统的制造成本。本发明采用单个通用fpga可以实现多台原子钟参数的同时测试。采用传统方法，则需要多台（多通道）频稳测试仪、时间间隔计数器、相噪测试仪、开关矩阵等通用仪器。

29、2、本发明具有易于扩展的优势。电参数采集控制板卡均通过交换机进行网络通信，既适合单台/小批量原子钟的测试调试，也能非常方便地进行板卡级或者机柜级的扩展，满足大批量生产调试和测试需要。

30、3、本发明结构简单，去掉大量仪器连接线缆，有利于提高系统抗干扰能力和测试的可靠性。

31、4、本发明把调试测试集与一体的技术方案，有利于提高生产效率。一方面，每台原子钟在调试完成后，系统可以自动的进行测试，并自动生成报表和测试报告，减少了中间的周转环节。另一方面，机器可以24小时运转，调测人员只需要根据系统给出的报表信息，取下已经完成调试测试的原子钟，换上待调待测的原子钟即可。再者，同一时间段可以进行多种参数的测试，比如稳定度测试时，可以同时进行稳态功耗的测试、相位噪声的测试、时差的测试、老化测试、输出功率测试等，缩短了测试时间。

32、5、本发明中所有的调试测试数据均记录于数据库中，能够实现对原子钟生产历史调试参数和测试数据的保存、统计和分析。

技术特征：

1.一种基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置，其特征在于，包括，原子钟电参数测试采集控制卡、数据库服务器以及数据处理模块，其中，

2.根据权利要求1所述的基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置，其特征在于，所述原子钟电参数测试采集控制卡上设置多个待测试原子钟，多个所述原子钟电参数测试采集控制卡集成安装于同一个机柜上，多个所述机柜通过网络交换机连接至所述数据库服务器。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置的测试方法，其特征在于，所述s2中测试项包括原子钟的功耗测试、频率偏差测试、频率稳定度测试、老化漂移测试、相位噪声测试。

5.根据权利要求4所述的基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置的测试方法，其特征在于，所述频率偏差测试的具体方式为：

6.根据权利要求5所述的基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置的测试方法，其特征在于，所述老化漂移率测试的具体方式为：

7.根据权利要求1-2任意一项所述的基于fpga实现的原子钟电参数自动调试测试装置的调试方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于FPGA实现的原子钟电参数自动调试测试装置及方法，系统包含原子钟电参数测试采集控制卡、数据库服务器以及数据处理模块，其中，所述原子钟电参数测试采集控制卡用于安装和采集多个原子钟输出的电参数数据；所述数据处理模块用于计算所采集的原子钟输出的电参数数据；所述数据库服务器用于存储计算得到的电参数数据，原子钟输出的1PPS和10MHz时间频率信号以及串口都直接连接至FPGA端口上，在FPGA内部实现原子钟的时间频率特性的测试，1片通用FPGA的逻辑资源可以支持多台原子钟同时测试，采用基于FPGA的原子钟电参数自动调试测试平台可以和待调待测的原子钟进行通信，实现原子钟的自动调试和测试，极大提高了原子钟的生产效率及可靠性。

技术研发人员：宋昱
受保护的技术使用者：成都量子时频科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12