CN207067243U - 一种带温补的频率测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种带温补的频率测量系统，包括补偿模块、VCXO模块、归一化单元、频率测量仪和单片机；所述VCXO模块适于为所述归一化单元和所述频率测量仪提供时钟参考；所述补偿模块适于对所述高稳频率信号源时钟的输出误差频率进行补偿；所述单片机适于控制所述补偿模块、归一化单元、频率测量仪以及向归一化单元中的DDS模块提供工作所需的分频数值。通过本实用新型的实施，将使得做为频域测量用参考源有更好的实际工作环境温度适应性、更高的输出信号频率稳定度，从而可以获得更加精准的测量结果。同时依赖于本专利技术可使测量用输入信号的频段大大扩宽，方便实际用户对输入信号的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号的频率稳定性评价技术领域，具体涉及一种带温补的频率测量系统。
背景技术
时域频率信号的频率稳定性评价是时频研究工作的一个重要方面。
对于一个信号源而言，其输出信号通常用下式表达：
（1）
其中，a(t)表示信号源输出信号随时间的随机幅度起伏，表示信号源输出信号的相位（也即是频率）随时间的随机起伏，表示信号源输出信号的频率随时间的微小单向变化，称之为频率漂移，现在比较好的VCXO模块一般在几量级。
源于信号源内部随时间的老化，引入的输出频率单向变化。
源于组成信号源的各部件噪声对整机频率稳定度的贡献，通常认为，组成信号源的各部件噪声引起的整机输出频率起伏是各态历经的，因此它可以用随机统计理论中的方差表征。
早期人们用相对频偏起伏的标准方差来表征信号源的频率稳定度。若令f0为信号源的平均频率，则在取样时间内，输出频率的相对频偏为：
（2）
研究表明，对于各类信号源输出信号而言，其输出频率的相对频偏起伏量的大小、快慢受幂律谱噪声模型中所列的5种噪声的影响，幂律谱噪声模型为：
（3）
式中＝－2，－1,0，1,2；，为常数，大小随具体的信号源而定；为系统的高截止频率。
实际使用表明，被测频率源的频率在进入测量仪时有范围限制，这是缺陷之一；其次外部参考时钟本身的频率不稳定也会给系统测量带来误差。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提出一种改进的测量系统。
本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种带温补的频率测量系统，包括补偿模块、VCXO模块、归一化单元、频率测量仪和单片机；
所述VCXO模块适于为所述归一化单元和所述频率测量仪提供时钟参考；
所述归一化单元适于对被测频率源所述输出信号进行归一化处理，得到标准的1MHz检定用信号频率标准；
所述频率测量仪适于在所述VCXO模块的时钟参考作用下，对由所述归一化单元输出的信号频率按预计采样时间间隔T进行时域频率测量，并将测得结果发送至外部计算机；
所述补偿模块适于对所述高稳频率信号源时钟的输出误差频率进行补偿；
所述单片机适于控制所述补偿模块、归一化单元、频率测量仪以及向归一化单元中的DDS模块提供工作所需的分频数值。
进一步的，所述归一化单元包括第一隔离放大器、第一DDS模块、DDS分频率子单元，所述DDS分频率子单元包括第二隔离放大器、第二DDS模块、第三DDS模块、第一走时计数器、第一锁存器和第一滤波模块；
所述VCXO模块的参考频率信号经过第一隔离放大器后被送至第一DDS模块的外时钟输入端，作为第一DDS模块的工作外部参考时钟，同时第一DDS模块的外部通讯端口连接至单片机，用以接受来自单片机的控制字命令及双向的数据传输；
被测信号经第二隔离放大器后的一路用于送入所述第二DDS模块的外部时钟输入端，作为第二DDS模块工作时的参考时钟，所述第二DDS模块的外部通讯端口连接至单片机，所述第二DDS模块的1/100分频率信号输出端连接到所述第一走时计数器的信号输入端，所述第一锁存器适于对所述第一走时计数器进行数值取样，单片机的读取端连接到所述第一锁存器适于计算出被测信号的粗频率值F；
被测信号经第二隔离放大器后的另一路用于送至第三DDS模块的外部时钟输入端并作为第三DDS模块工作时的参考时钟，所述第三DDS模块的外部通讯端口连接至单片机并用于根据单片机提供的与其通讯用的分频数值输出1MHz的频率信号，所述1MHz的频率信号再送至第一滤波模块后得到最终的1MHz频率信号输出。
进一步的，所述补偿模块包括第一电压基准模块、第二电压基准模块、温度控制模块和D/A模块，所述第一电压基准模块适于提供一路稳定的电压输出送至VCXO模块，所述第二电压基准模块适于提供一路稳定的电压参考送至所述D/A模块的外部电压参考端，所述D/A模块适于在所述单片机的控制下输出调控直流电压值并作用于所述VCXO模块；
所述温度控制模块的受控端连接到所述单片机的控制端，所述温度控制模块的温度检测信号输出给所述单片机，所述温度控制模块是由四面合围的恒温壁和分别封闭在所述恒温壁顶部及底部的恒温盖、恒温底构成的六面体结构，所述VCXO模块固定在所述温度控制模块内部，所述恒温底、恒温盖和恒温壁的内侧面上均设敷设有屏蔽金属层，
所述恒温底上设有VCXO模块固定螺钉，所述恒温底内部设置有温感电阻，所述恒温底的两侧分别各设有一只用于检测恒温底处漏光的光感应传感器，
所述恒温盖的中部设有一只供穿线的出线孔，所述恒温盖上设有一加温电阻，所述恒温盖的两侧也分别各设有一只光感应传感器。
进一步的，所述频率测量仪模块包括、第二走时计数器、第二锁存器、第三走时计数器和第三锁存器；
所述1MHz频率信号在依次经过第二隔离放大器、第二走时计数器、第二锁存器依次连接后输出到单片机，VCXO模块输出的参考信号在依次经过第一隔离放大器、第三走时计数器和第三锁存器后输出到单片机。
进一步的，所述预计采样时间间隔T为10秒。
本实用新型的有益效果是：
通过本实用新型的实施，将使得做为频域测量用参考源有更好的实际工作环境温度适应性、更高的输出信号频率稳定度，从而可以获得更加精准的测量结果。同时依赖于本专利技术可使测量用输入信号的频段大大扩宽，方便实际用户对输入信号的要求。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的带温补的频率测量系统作进一步说明。
图1是本实用新型中带温补的频率测量系统的结构框图；
图2是本实用新型中归一化单元的结构框图及与单片机和频率测量仪的连接关系示意图；
图3是DDS分频率子单元的结构框图；
图4是补偿模块的结构框图；
图5是六面体结构的结构示意图；
图6是恒温底的结构示意图；
图7是恒温盖的结构示意图；
图8是频率测量仪的工作原理示意图。
具体实施方式
根据图1所示，本实用新型中的带温补的频率测量系统，包括补偿模块、VCXO模块、归一化单元、频率测量仪和单片机。
所述VCXO模块适于为所述归一化单元和所述频率测量仪提供时钟参考。
所述归一化单元适于对被测频率源所述输出信号进行归一化处理，得到标准的1MHz检定用信号频率标准。
所述频率测量仪适于在所述VCXO模块的时钟参考作用下，对由所述归一化单元输出的信号频率按预计采样时间间隔T进行时域频率测量，并将测得结果发送至外部计算机。可以作为优选的是：所述预计采样时间间隔T为10秒。
所述补偿模块适于对所述高稳频率信号源时钟的输出误差频率进行补偿。
所述单片机适于控制所述补偿模块、归一化单元、频率测量仪以及向归一化单元中的DDS模块提供工作所需的分频数值。
如图2所示，所述归一化单元包括第一隔离放大器、第一DDS模块、DDS分频率子单元，所述DDS分频率子单元包括第二隔离放大器、第二DDS模块、第三DDS模块、第一走时计数器、第一锁存器和第一滤波模块。
所述VCXO模块的参考频率信号经过第一隔离放大器后被送至第一DDS模块的外时钟输入端，作为第一DDS模块的工作外部参考时钟，同时第一DDS模块的外部通讯端口连接至单片机，用以接受来自单片机的控制字命令及双向的数据传输。
如图3所示，被测信号经第二隔离放大器后的一路用于送入所述第二DDS模块的外部时钟输入端，作为第二DDS模块工作时的参考时钟，所述第二DDS模块的外部通讯端口连接至单片机，所述第二DDS模块的1/100分频率信号输出端连接到所述第一走时计数器的信号输入端，所述第一锁存器适于对所述第一走时计数器进行数值取样，单片机的读取端连接到所述第一锁存器适于计算出被测信号的粗频率值F。
被测信号经第二隔离放大器后的另一路用于送至第三DDS模块的外部时钟输入端并作为第三DDS模块工作时的参考时钟，所述第三DDS模块的外部通讯端口连接至单片机并用于根据单片机提供的与其通讯用的分频数值输出1MHz的频率信号，所述1MHz的频率信号再送至第一滤波模块后得到最终的1MHz频率信号输出。
如图4所示，所述补偿模块包括第一电压基准模块、第二电压基准模块、温度控制模块和D/A模块，所述第一电压基准模块适于提供一路稳定的电压输出送至VCXO模块，所述第二电压基准模块适于提供一路稳定的电压参考送至所述D/A模块的外部电压参考端，所述D/A模块适于在所述单片机的控制下输出调控直流电压值并作用于所述VCXO模块。
所述温度控制模块的受控端连接到所述单片机的控制端，所述温度控制模块的温度检测信号输出给所述单片机。
如图5、图6和图7所示，所述温度控制模块是由四面合围的恒温壁1和分别封闭在所述恒温壁1顶部及底部的恒温盖2、恒温底3构成的六面体结构，所述VCXO模块固定在所述温度控制模块内部，所述恒温底3、恒温盖2和恒温壁1的内侧面上均设敷设有屏蔽金属层4。
所述恒温底3上设有VCXO模块固定螺钉5，所述恒温底3内部设置有温感电阻6，所述恒温底3的两侧分别各设有一只用于检测恒温底3处漏光的光感应传感器7。
所述恒温盖2的中部设有一只供穿线的出线孔8，所述恒温盖2上设有一加温电阻9，所述恒温盖2的两侧也分别各设有一只光感应传感器7。
如图8所示，所述频率测量仪模块包括、第二走时计数器、第二锁存器、第三走时计数器和第三锁存器。
所述1MHz频率信号在依次经过第二隔离放大器、第二走时计数器、第二锁存器依次连接后输出到单片机，VCXO模块输出的参考信号在依次经过第一隔离放大器、第三走时计数器和第三锁存器后输出到单片机。
本实用新型的不局限于上述实施例，本实用新型的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种带温补的频率测量系统，其特征在于：包括补偿模块、VCXO模块、归一化单元、频率测量仪和单片机；
所述VCXO模块适于为所述归一化单元和所述频率测量仪提供时钟参考；
所述归一化单元适于对被测频率源的输出信号进行归一化处理，得到标准的1MHz检定用信号频率标准；
所述频率测量仪适于在所述VCXO模块的时钟参考作用下，对由所述归一化单元输出的信号频率按预计采样时间间隔T进行时域频率测量，并将测得结果发送至外部计算机；
所述补偿模块适于对所述VCXO模块的输出误差频率进行补偿；
所述单片机适于控制所述补偿模块、归一化单元、频率测量仪以及向归一化单元中的DDS模块提供工作所需的分频数值。
2.根据权利要求1所述带温补的频率测量系统，其特征在于：所述归一化单元包括第一隔离放大器、第一DDS模块、DDS分频率子单元，所述DDS分频率子单元包括第二隔离放大器、第二DDS模块、第三DDS模块、第一走时计数器、第一锁存器和第一滤波模块；
所述VCXO模块的参考频率信号经过第一隔离放大器后被送至第一DDS模块的外时钟输入端，作为第一DDS模块的工作外部参考时钟，同时第一DDS模块的外部通讯端口连接至单片机，用以接受来自单片机的控制字命令及双向的数据传输；
被测信号经第二隔离放大器后的一路用于送入所述第二DDS模块的外部时钟输入端，作为第二DDS模块工作时的参考时钟，所述第二DDS模块的外部通讯端口连接至单片机，所述第二DDS模块的1/100分频率信号输出端连接到所述第一走时计数器的信号输入端，所述第一锁存器适于对所述第一走时计数器进行数值取样，单片机的读取端连接到所述第一锁存器适于计算出被测信号的粗频率值F；
被测信号经第二隔离放大器后的另一路用于送至第三DDS模块的外部时钟输入端并作为第三DDS模块工作时的参考时钟，所述第三DDS模块的外部通讯端口连接至单片机并用于根据单片机提供的与其通讯用的分频数值输出1MHz的频率信号，所述1MHz的频率信号再送至第一滤波模块后得到最终的1MHz频率信号输出。
3.根据权利要求2所述带温补的频率测量系统，其特征在于：所述补偿模块包括第一电压基准模块、第二电压基准模块、温度控制模块和D/A模块，所述第一电压基准模块适于提供一路稳定的电压输出送至VCXO模块，所述第二电压基准模块适于提供一路稳定的电压参考送至所述D/A模块的外部电压参考端，所述D/A模块适于在所述单片机的控制下输出调控直流电压值并作用于所述VCXO模块；
所述温度控制模块的受控端连接到所述单片机的控制端，所述温度控制模块的温度检测信号输出给所述单片机，所述温度控制模块是由四面合围的恒温壁和分别封闭在所述恒温壁顶部及底部的恒温盖、恒温底构成的六面体结构，所述VCXO模块固定在所述温度控制模块内部，所述恒温底、恒温盖和恒温壁的内侧面上均设敷设有屏蔽金属层，
所述恒温底上设有VCXO模块固定螺钉，所述恒温底内部设置有温感电阻，所述恒温底的两侧各设有一只用于检测恒温底处漏光的光感应传感器，
所述恒温盖的中部设有一只供穿线的出线孔，所述恒温盖上设有一加温电阻，所述恒温盖的两侧也各设有一只光感应传感器。
4.根据权利要求3所述带温补的频率测量系统，其特征在于：所述频率测量仪模块包括第二走时计数器、第二锁存器、第三走时计数器和第三锁存器；
所述1MHz频率信号在依次经过第二隔离放大器、第二走时计数器、第二锁存器依次连接后输出到单片机，VCXO模块输出的参考信号在依次经过第一隔离放大器、第三走时计数器和第三锁存器后输出到单片机。
5.根据权利要求4所述带温补的频率测量系统，其特征在于：所述预计采样时间间隔T为10秒。
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