CN100567998C - 一种测量微小频率偏差的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量微小频率偏差的系统，包括：两个频率放大模块、混频器、低通滤波器、波形变换模块和频率测量模块。采用该系统测量微小频率偏差的方法，包括：第一、第二频率放大模块分别将基准信号和待测信号进行频率放大后发送给混频器；混频器将放大后的基准信号和待测信号混频后下变频得到的信号后发送给低通滤波器；低通滤波器将中频信号滤出后发送给波形变换模块；波形变换模块将滤出的中频信号转换成数字信号后输出给频率测量模块；频率测量模块对数字信号进行频率测量，得到微小频率偏差。采用本发明，可以对微小频率偏差信号进行快速、高精度的频率测量。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术，尤其涉及一种测量微小频率偏差的系统及方法。
背景技术
高精度时钟的使用使得对时钟测量的精度要求越来越高。传统的测量频率方法有频率计数法和周期计时法两种。频率计数法是在一个固定的时间内对被测信号的周期进行计数，该计数正比于信号频率，此方法适用于较高频率的测量；周期计时法是对被测量信号的一个或固定几个周期进行计时，该时间反比于被测量信号的频率，此方法适用于低频信号的测量。
在实际使用中，我们经常会需要用到一些频率标准信号(如频率为5M、10M的信号)，但由于技术上的限制，往往由信号发生器产生的信号的频率都与要求的标准值有一定的微小偏差。由于该值很小，所以使用者很难使用上述两种传统方法测量出该偏差的准确值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测量微小频率偏差的系统及方法。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种测量微小频率偏差的系统，包括：两个频率放大模块、混频器、低通滤波器、波形变换模块和频率测量模块；
第一、第二频率放大模块分别用于将基准信号和待测信号进行频率放大后发送给所述混频器；
所述混频器用于将放大后的所述基准信号和待测信号混频后下变频，得到的中频信号发送给所述低通滤波器；
所述低通滤波器用于将所述混频器输出的中频信号滤出后发送给所述波形变换模块；
所述波形变换模块用于将所述滤出的中频信号转换成数字信号后输出给所述频率测量模块；
所述频率测量模块用于对所述数字信号进行测量后得到所述微小频率偏差。
进一步地，所述频率测量模块用所述基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
进一步地，所述系统还包括第三频率放大模块，其用于将所述基准信号放大后发送给所述频率测量模块；所述频率测量模块将所述放大后的基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
进一步地，所述频率测量模块为现场可编程门阵列模块。
进一步地，所述第一、第二频率放大模块分别为两个频率综合器，其用于将所述基准信号和待测信号分别放大整数倍或非整数倍。
进一步地，所述第三频率放大模块为一倍频器，其用于将所述基准信号放大整数倍。
本发明还提供了一种应用上述系统测量微小频率偏差的方法，包括以下步骤：
a、第一、第二频率放大模块分别将基准信号和待测信号进行频率放大后发送给混频器；
b、所述混频器将放大后的所述基准信号和待测信号混频后下变频，得到的中频信号发送给低通滤波器；
c、所述低通滤波器将所述混频器输出的中频信号滤出后发送给波形变换模块；
d、所述波形变换模块将所述滤出的中频信号转换成数字信号后输出给频率测量模块；
e、所述频率测量模块对所述数字信号进行频率测量，得到所述微小频率偏差。
进一步地，步骤e中，所述频率测量模块用所述基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
进一步地，步骤e中，所述频率测量模块用经第三频率放大模块放大后的基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
进一步地，步骤a中，所述第一、第二频率放大模块分别为两个频率综合器，其将所述基准信号和待测信号分别放大整数倍或非整数倍。
与现有技术相比较，本发明引入频率综合器对基准频率和待测频率均进行倍频，同时也将频率偏差放大。又在倍频的频率选取上，选取不同的倍频值，这样，混频后就产生了包含放大的频率偏差的中频信号，使得后级的低通滤波器易于将此中频信号滤出。这种引入中频混频的方法，一方面保证了将频率偏差放大，另一方面使变换后的中频信号容易滤出，避免混频后高阶分量的干扰，提高了可实现性。
此外，本发明还使用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)模块作为频率测量模块，使用倍频后的基准频率作为采样频率，能够实现对放大了的微小频率偏差信号进行快速、高精度的频率测量。
附图说明
图1为本发明实施例中测量微小频率偏差的系统结构示意图；
图2是本发明实施例中测量双恒温晶体振荡器(OCXO)所用系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
如图1所示，测量微小频率偏差的系统包括：两个频率综合器、混频器、低通滤波器、波形变换模块、倍频器、频率测量模块(可以为FPGA模块，但不限于采用此模块)。
其中：
频率综合器1、2分别用于将基准信号和待测信号进行频率放大后发送给混频器，由此放大了频率偏差；
混频器用于将放大后的基准信号和待测信号混频，下变频得到包含放大的频率偏差的中频信号，再发送给低通滤波器；
低通滤波器用于将包含放大的频率偏差的中频信号滤出后发送给波形变换模块；
波形变换模块用于将模拟的中频信号转换成数字信号，并发送给频率测量模块；
倍频器用于把基准信号倍频给频率测量模块作为工作时钟；
频率测量模块用于根据现有技术中的频率计数法和周期计时法对接收到的数字信号进行频率测量，从而计算出微小频率偏差。
设基准频率为f0，待测频率为f0+Δf，则利用本发明测量微小频率偏差Δf的步骤，包括：
步骤A、用频率综合器1、2分别放大基准频率f0和待测频率f0+Δf到k0×f0和k1×(f0+Δf)，其中，k0＞0，k1＞0，且k0≠k1；用倍频器将基准频率f0倍频到k2×f0后，给频率测量模块作采样时钟，其中，k2为正整数。也可以直接使用f0作为采样时钟；
步骤B、混频器将放大后的基准频率和待测频率混频后下变频得到的信号发送给低通滤波器；
步骤C、低通滤波器将中频信号k1×(f0+Δf)-k0×f0滤出后发送给波形变换模块；由于固有中频的引入，便于低通滤波器将高次谐波差频产生的干扰信号滤出；
步骤D、波形变换模块将上述中频信号k1×(f0+Δf)-k0×f0变成逻辑可识别的数字信号，输入到频率测量模块；
步骤E、频率测量模块用f0或倍频后的k2×f0作采样时钟，对包含放大频率偏差的中频信号k1×(f0+Δf)-k0×f0进行频率测量，得到Δf。
由上述方法可以看出，增大倍频器的倍频倍数k2和增加频率综合器k0、k1可以提高频率偏差测量的精度，因此，在实际应用中，这三个值的选择应参照具体的精度要求。
下面用本发明的一应用实例进一步加以说明。
在测量双恒温晶体振荡器(OCXO)的频率偏差时，其原理框图如图2所示。由于需要对待测OCXO模块在不同控制电压下的频率偏差进行测量，所以在现有的系统基础上，又增加了单片机和数模转换芯片两个部分。基准信号(即频率标准信号)由铯钟输出。通过选择合适的k0，k1和k2值，可以在1秒内测试出OCXO晶体在不同控制电压下输出频率与基准频率的微小偏差值，测试精度可以达到1e-10。用单片机控制数模转换芯片输出不同的控制电压，再从频率测量模块中读出测试得到的频率偏差显示给用户，则可以测量出OCXO晶体输出频率是否满足指标要求。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1、一种测量微小频率偏差的系统，其特征在于，包括：两个频率放大模块、混频器、低通滤波器、波形变换模块和频率测量模块；
第一、第二频率放大模块分别用于将基准信号和待测信号进行频率放大后发送给所述混频器；
所述混频器用于将放大后的所述基准信号和待测信号混频后下变频，得到的中频信号发送给所述低通滤波器；
所述低通滤波器用于将所述混频器输出的中频信号滤出后发送给所述波形变换模块；
所述波形变换模块用于将所述滤出的中频信号转换成数字信号后输出给所述频率测量模块；
所述频率测量模块用于对所述数字信号进行测量后得到所述微小频率偏差。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述频率测量模块用所述基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
3、如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括第三频率放大模块，其用于将所述基准信号放大后发送给所述频率测量模块；所述频率测量模块将所述放大后的基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
4、如权利要求1、2或3所述的系统，其特征在于，
所述频率测量模块为现场可编程门阵列模块。
5、如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述第一、第二频率放大模块分别为两个频率综合器，其用于将所述基准信号和待测信号分别放大整数倍或非整数倍。
6、如权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述第三频率放大模块为一倍频器，其用于将所述基准信号放大整数倍。
7、一种应用权利要求1所述系统测量微小频率偏差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、第一、第二频率放大模块分别将基准信号和待测信号进行频率放大后发送给混频器；
b、所述混频器将放大后的所述基准信号和待测信号混频后下变频，得到的中频信号发送给低通滤波器；
c、所述低通滤波器将所述混频器输出的中频信号滤出后发送给波形变换模块；
d、所述波形变换模块将所述滤出的中频信号转换成数字信号后输出给频率测量模块；
e、所述频率测量模块对所述数字信号进行频率测量，得到所述微小频率偏差。
8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤e中，所述频率测量模块用所述基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
9、如权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤e中，所述频率测量模块用经第三频率放大模块放大后的基准信号作为采样时钟，对所述数字信号进行频率测量。
10、如权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤a中，所述第一、第二频率放大模块分别为两个频率综合器，其将所述基准信号和待测信号分别放大整数倍或非整数倍。
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| 一种高精度的频率标准比对系统. 马献果.河北工业科技，第20卷第6期. 2003 |
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