一種超高精度頻率測量儀及其測量方法
2023-06-02 01:51:46
一種超高精度頻率測量儀及其測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種超高精度頻率測量儀及其測量方法，該超高精度頻率測量儀包括：測量臂，參考臂以及主控系統；所述測量臂和參考臂分別與所述主控系統相連；所述測量臂和參考臂均分別包括：晶振振蕩單元和時鐘傳輸單元；所述主控系統包括：時鐘接收單元、時鐘處理單元，相干解算單元以及通信單元。本發明的超高精度頻率測量儀及其測量方法，採用相干式測量法，實現晶振頻率的超高精度測量，理論上只需通過改變測量參數即可提高測量精度及測量範圍，不會帶來硬體成本上的提升。
【專利說明】一種超高精度頻率測量儀及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種針對晶振頻率的聞精度檢測儀器，特別是涉及一種超聞精度頻率測量儀及其測量方法。
【背景技術】 [0002]晶振振蕩頻率的測定一般採用頻率計或者專門的晶振頻率測定儀，他們一般均採用直接測量法，直接針對晶振振蕩產生的時鐘信號進行測定，其測量精度有限，一般在IPPM以上，即相對誤差在百萬 急劇增加，且精度提升空間有限。
【發明內容】
[0003]本發明要解決現有技術中的技術問題，提供一種通過檢測兩顆晶振的頻率差以及精確測定晶振的振蕩頻率的，超高精度頻率測量儀及其測量方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下:
[0005]一種超高精度頻率測量儀，包括:測量臂，參考臂以及主控系統；所述測量臂和參考臂分別與所述主控系統相連；
[0006]所述測量臂和參考臂均分別包括:晶振振蕩單元和時鐘傳輸單元；所述主控系統包括:時鐘接收單元、時鐘處理單元，相干解算單元以及通信單元；
[0007]所述晶振振蕩單元包括晶振插座及外圍電路，可為晶振正常振蕩提供穩定的供電環境；所述時鐘傳輸電路可將時鐘信號轉化為低壓差分信號傳輸；
[0008]所述時鐘接收單元可將LVDS傳輸的時鐘轉換為普通TTL電平；
[0009]所述時鐘處理單元可對輸入的時鐘信號進行合適的分頻；
[0010]所述相干解算可根據相干解算算法，解算出測量臂晶振頻率相對於參考臂晶振的頻率偏差值；
[0011]所述通信單元可完成參數輸入及測量結果的輸出。
[0012]一種超高精度頻率測量儀的測量方法，包括以下步驟:
[0013]步驟1:利用本徵時鐘F1測量被測時鐘F2的分頻信號，計算得到被測時鐘F2的初值；設置循環次數；
[0014]步驟i1:設置本徵時鐘分頻數N1為原來的η倍，根據} = #公式設置被測時鐘
1 I 1 2
分頻數N2，得到被測時鐘F2的本次循環測量值；其中，η為大於I的自然數；
[0015]步驟ii1:判斷循環次數是否達到，如達到則繼續步驟iv，如未達到則返回步驟? ;
[0016]步驟iv:測量精度達到要求，結束測量。
[0017]在上述技術方案中，步驟i中的循環次數為6次。
[0018]本發明具有以下的有益效果:[0019]本發明的超高精度頻率測量儀及其測量方法，採用相干式測量法，實現晶振頻率的超高精度測量，理論上只需通過改變測量參數即可提高測量精度及測量範圍，不會帶來硬體成本上的提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0021]圖1為本發明的超高精度頻率測量儀的系統組成框圖。
[0022]圖2為分頻計數器輸出信號示意圖。
[0023]圖3為頻率相干測量流程圖。
[0024]圖4為頻率相干測量流程圖。
【具體實施方式】
[0025]本發明的發明思想為:
[0026]本發明的超高精度頻率測量儀採用相干測量法，由測量臂和參考臂以及主控系統組成，其各部分功能如下:測量臂與參考臂的功能一致，均包含晶振振蕩單元以及時鐘傳輸單元；主控系統包含時鐘接收單元、時鐘處理單元，相干解算單元以及通信單元。
[0027]晶振振蕩單元:包含晶振插座及必要的外圍電路，為晶振正常振蕩提供穩定的供電環境；
[0028]時鐘傳輸電路:為了較長距離地傳輸高頻時鐘信號，需要將時鐘信號轉化為低壓差分(LVDS)信號傳輸；
[0029]時鐘接收單元:將LVDS傳輸的時鐘轉換為普通TTL電平。
[0030]時鐘處理單元:根據測量需要，對輸入的時鐘信號進行合適的分頻，以滿足最優化的相干測量，提高測量精度，擴大量程；
[0031]相干解算:根據相干解算算法，解算出測量臂晶振頻率相對於參考臂晶振的頻率偏差值；
[0032]通信單元:實現人機互動，完成參數輸入及測量結果的輸出。
[0033]下面結合附圖對本發明做以詳細說明。
[0034]根據圖1-4所示，本發明的超高精度頻率測量儀，包括:
[0035]時鐘晶振振蕩單兀:構建晶振振蕩最小電路，使晶振穩定工作，晶振振蕩單兀輸入VCC和GND，輸出時鐘信號CLK ；
[0036]時鐘處理單元:時鐘處理單元實現分頻計數器，分頻倍數可通過通信單元進行修改，當分頻倍數不同時，測量精度及測量時間不同，實際應用中可根據需求進行設置；
[0037]相干解算單元，利用參考臂與測量臂的分頻計數器信息，進行兩顆晶振的頻差計算；若參考臂與測量臂的分頻倍數分別為N1和N2，其晶振頻率分別為F1 (本徵時鐘)和F2(被測時鐘)，對兩路時鐘處理單元得到的分頻信號進行邏輯與運算，得到解算信號，利用本地時鐘F1對解算信號進行周期測定，得到其周期為Ntl個時鐘周期。
[0038]關於頻率計算:
[0039]根據測量臂與參考臂的晶振頻率差異可計算得到:[0040]
【權利要求】
1.一種超高精度頻率測量儀，其特徵在於，包括:測量臂，參考臂以及主控系統；所述測量臂和參考臂分別與所述主控系統相連； 所述測量臂和參考臂均分別包括:晶振振蕩單元和時鐘傳輸單元；所述主控系統包括:時鐘接收單元、時鐘處理單元，相干解算單元以及通信單元； 所述晶振振蕩單元包括晶振插座及外圍電路，可為晶振正常振蕩提供穩定的供電環境；所述時鐘傳輸電路可將時鐘信號轉化為低壓差分信號傳輸； 所述時鐘接收單元可將LVDS傳輸的時鐘轉換為普通TTL電平； 所述時鐘處理單元可對輸入的時鐘信號進行合適的分頻； 所述相干解算可根據相干解算算法，解算出測量臂晶振頻率相對於參考臂晶振的頻率偏差值； 所述通信單元可完成參數輸入及測量結果的輸出。
2.根據權利要求1所述的超高精度頻率測量儀的測量方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1:利用本徵時鐘F1測量被測時鐘F2的分頻信號，計算得到被測時鐘F2的初值；設置循環次數； 步驟i1:設置本徵時鐘分頻數N1為原來的η倍，根據.=.公式設置被測時鐘分頻數N2，得到被測時鐘F2的本次循環測量值；其中，η為大於I的自然數； 步驟ii1:判斷循環次數是否達到，如達到則繼續步驟iv，如未達到則返回步驟ii ； 步驟iv:測量精度達到要求，結束測量。
3.根據權利要求2所述的超高精度頻率測量儀的測量方法，其特徵在於，步驟i中的循環次數為6次。
【文檔編號】G01R23/02GK103941086SQ201410114653
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】賀小軍, 曲宏松, 張貴祥, 鄭亮亮, 陶淑蘋 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所