CN216209455U - 一种频率稳定度的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种频率稳定度的测量装置。包括：参考信号处理单元，鉴相单元，控制单元以及计算单元；参考信号处理单元分别与鉴相单元和控制单元连接，鉴相单元与控制单元连接，控制单元与计算单元连接；参考信号处理单元被配置为接收来自控制单元的控制信号，并根据控制信号处理参考信号，并将处理后的参考信号输出至鉴相单元；鉴相单元被配置为根据获取到的被测信号和处理后的参考信号得到差频信号，并输出至控制单元；控制单元被配置为根据差频信号生成控制信号；将差频信号及测量过程数据传输至计算单元；计算单元被配置为根据差频信号及测量过程数据计算得到被测信号的频率稳定度数据。可以实现频率稳定度的自动测量，且测量精度较高。

Description

一种频率稳定度的测量装置

技术领域

本实用新型涉及频率稳定度测量技术领域，更具体地，涉及一种频率稳定度的测量装置。

背景技术

在时频信号的检测中，频率的准确的、稳定度等指标是铷钟、晶体振荡器等振荡器设备的重要检测指标。在对频率信号进行这些指标的测试时，通常采用计数器、频谱仪等设备进行测量，在测量过程中需要手动操作和人工观测，测量较为不便，且频率时长信息的获取较为困难，测量精度往往较低。

实用新型内容

本公开的一个目的是提供一种频率稳定度的测量装置。

根据本公开的第一方面，提供一种频率稳定度的测量装置，包括：参考信号处理单元，鉴相单元，控制单元以及计算单元；

所述参考信号处理单元分别与所述鉴相单元和所述控制单元连接，所述鉴相单元与所述控制单元连接，所述控制单元与所述计算单元连接；

所述参考信号处理单元被配置为接收来自所述控制单元的控制信号，并根据所述控制信号处理参考信号，并将处理后的参考信号输出至所述鉴相单元；

所述鉴相单元被配置为根据获取到的被测信号和处理后的参考信号得到差频信号，并输出至所述控制单元；

所述控制单元被配置为根据所述差频信号生成所述控制信号；将所述差频信号及测量过程数据传输至所述计算单元；

所述计算单元被配置为根据所述差频信号及测量过程数据计算得到所述被测信号的频率稳定度数据。

可选地，所述参考信号处理单元，包括：处理芯片；

所述处理芯片被配置为根据所述控制信号，调整所述参考信号的频率并输出至所述鉴相单元。

可选地，所述参考信号处理单元还包括：信号调理电路；所述信号调理电路连接于所述处理芯片和所述鉴相单元之间；

所述信号调理电路被配置为对所述参考信号进行滤波处理和去噪处理。

可选地，所述处理芯片为直接数字式频率合成器DDS芯片。

可选地，所述控制单元包括计数器；

所述计数器被配置为对所述参考信号和所述待测信号进行初始频率测量。

可选地，所述控制单元还包括模数转换器；

所述模数转换器被配置为获取所述差频信号，并根据所述差频信号生成控制信号。

可选地，所述处理芯片调整频率的精度为5E-9量级。

可选地，所述控制单元被配置为通过串口将差频信号及测量过程数据传输至所述计算单元。

可选地，所述差频信号的幅值为0V~3V。

根据本公开的一个实施例，频率稳定度的测量装置中包括：参考信号处理单元，鉴相单元，控制单元以及计算单元；参考信号处理单元分别与鉴相单元和控制单元连接，鉴相单元与控制单元连接，控制单元与计算单元连接；参考信号处理单元被配置为接收来自控制单元的控制信号，并根据控制信号处理参考信号，并将处理后的参考信号输出至鉴相单元；鉴相单元被配置为根据获取到的被测信号和处理后的参考信号得到差频信号，并输出至控制单元；控制单元被配置为根据差频信号生成控制信号；将差频信号及测量过程数据传输至计算单元；计算单元被配置为根据差频信号及测量过程数据计算得到被测信号的频率稳定度数据。可以实现频率稳定度的自动测量，且测量精度较高。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型实施例的频率稳定度的测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的频率稳定度的测量装置的另一结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例的频率稳定度的测量装置中鉴相单元的电路结构示意图；

图4示出了参考信号输入电路的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本实用新型实施例的频率稳定度的测量装置的结构示意图。如图1所示，本实施例的频率稳定度的测量装置包括：参考信号处理单元，鉴相单元，控制单元以及计算单元。

其中，所述参考信号处理单元分别与所述鉴相单元和所述控制单元连接，所述鉴相单元与所述控制单元连接，所述控制单元与所述计算单元连接。

所述参考信号处理单元被配置为接收来自所述控制单元的控制信号，并根据所述控制信号处理参考信号，并将处理后的参考信号输出至所述鉴相单元。

所述鉴相单元被配置为根据获取到的被测信号和处理后的参考信号得到差频信号，并输出至所述控制单元。

所述控制单元被配置为根据所述差频信号生成所述控制信号；将所述差频信号及测量过程数据传输至所述计算单元。

所述计算单元被配置为根据所述差频信号及测量过程数据计算得到所述被测信号的频率稳定度数据。

在一个例子中，由于具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，所述处理芯片例如可以是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer，DDS）芯片。其中，所述参考信号例如是时钟信号，直接输入所述DDS芯片中，作为所述参考信号。

如图2所示，本实施例中，所述参考信号处理单元可以包括：处理芯片；所述处理芯片被配置为根据所述控制信号，调整所述参考信号的频率并输出至所述鉴相单元。

进一步地，所述参考信号处理单元还可以包括：信号调理电路；所述信号调理电路连接于所述处理芯片和所述鉴相单元之间；所述信号调理电路被配置为对所述参考信号进行滤波处理和去噪处理。具体的，所述信号调理电路可以对参考信号的幅度和噪声进行调制，以去除噪声干扰。

在实际应用中，通过初步频率测量，可以获知参考信号和待测信号的初步频率信息，根据来自控制单元的控制信号，可以调整所述参考信号的频率。该控制信号例如是频率控制字，所述控制单元可以根据频率控制字控制所述DDS芯片调整频率的精度为5E-9量级。

在一个例子中，所述控制单元可以包括计数器；所述计数器被配置为对所述参考信号和所述待测信号进行初始频率测量。进一步地，所述控制单元还可以包括模数（AD）转换器；所述模数转换器被配置为获取所述差频信号，并根据所述差频信号生成控制信号。可选地，所述控制单元被配置为通过串口将差频信号及测量过程数据传输至所述计算单元。

可选地，所述控制单元例如可以是ARM处理器。ARM处理器主要用于对参考信号和待测信号通过计数器进行初步频率测量，参考信号经调制后输入DDS芯片，ARM处理器可以配置DDS芯片输出不同频率的参考信号；待测信号经调制后进入鉴相单元，鉴相单元输出参考信号与被测信号的差频信号，通过ARM处理器内置的AD转换器采集差频信号；根据差频信号配置DDS芯片进行调频至频率控制字精度，而后通过调相来计算频率的高准确度频率；最终将频率信息及测量过程数据通过串口上传至计算单元，所述计算单元可以根据过程数据计算出相应的频率稳定度数据。

在一个可行的实现方式中，所述鉴相单元例如可以是硬件鉴相电路。如图3所示，参考信号与待测信号经运放调制后，进行鉴相器，鉴相器输出差频信号，差频信号经过运放调制至AD采样范围，所述差频信号的幅值为0V~3V。

图4示出了参考信号输入电路的示意图。如图4所示，参考时钟信号经过调整进入DDS芯片。ARM处理器配置DDS芯片进行频率输出，DDS芯片输出的参考信号经过滤波电路及放大电路的调制，被输出至鉴相单元。其中，该鉴相单元例如是如图3中所示的硬件鉴相电路，也可以是一个鉴相器，本实施例对此不作具体限定。

在实际应用本实施例的频率稳定度的测量装置时，ARM处理器在接收到测频指令后开始测试，系统初始化，通过计数器初步测量参考信号和待测信号的频率，而后根据差频信号使DDS芯片进行调频，并将差频信号作为反馈，直至调整到DDS芯片预设的调频精度，例如，DDS芯片预设的调频精度在5E-9量级。DDS芯片调频完成后，通过调相测频，调相测频依然依据差频信号，通过不断调相来实现差频减小的目的。调相测频的范围在5E-9到5E-12量级。调相测频精度在1E-13量级甚至更高，与测量时间长度有关。调相稳定后，输出测频结果，通过计算单元，例如上位机打印测频结果和测频过程中数据及状态信息等。

本实施例的频率稳定度的测量装置，包括：参考信号处理单元，鉴相单元，控制单元以及计算单元；参考信号处理单元分别与鉴相单元和控制单元连接，鉴相单元与控制单元连接，控制单元与计算单元连接；参考信号处理单元被配置为接收来自控制单元的控制信号，并根据控制信号处理参考信号，并将处理后的参考信号输出至鉴相单元；鉴相单元被配置为根据获取到的被测信号和处理后的参考信号得到差频信号，并输出至控制单元；控制单元被配置为根据差频信号生成控制信号；将差频信号及测量过程数据传输至计算单元；计算单元被配置为根据差频信号及测量过程数据计算得到被测信号的频率稳定度数据。可以实现频率稳定度的自动测量，测量过程软件可控，并可以提供具有准确频率指标的频率信号、精度、测量时间和测量过程数据，电路简单，成本低，且测量精度较高。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种频率稳定度的测量装置，其特征在于，包括：参考信号处理单元，鉴相单元，控制单元以及计算单元；

所述参考信号处理单元分别与所述鉴相单元和所述控制单元连接，所述鉴相单元与所述控制单元连接，所述控制单元与所述计算单元连接；

所述参考信号处理单元被配置为接收来自所述控制单元的控制信号，并根据所述控制信号处理参考信号，并将处理后的参考信号输出至所述鉴相单元；

所述鉴相单元被配置为根据获取到的被测信号和处理后的参考信号得到差频信号，并输出至所述控制单元；

所述控制单元被配置为根据所述差频信号生成所述控制信号；将所述差频信号及测量过程数据传输至所述计算单元；

所述计算单元被配置为根据所述差频信号及测量过程数据计算得到所述被测信号的频率稳定度数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参考信号处理单元，包括：处理芯片；

所述处理芯片被配置为根据所述控制信号，调整所述参考信号的频率并输出至所述鉴相单元。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述参考信号处理单元还包括：信号调理电路；所述信号调理电路连接于所述处理芯片和所述鉴相单元之间；

所述信号调理电路被配置为对所述参考信号进行滤波处理和去噪处理。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理芯片为直接数字式频率合成器DDS芯片。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括计数器；

所述计数器被配置为对所述参考信号和待测信号进行初始频率测量。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制单元还包括模数转换器；

所述模数转换器被配置为获取所述差频信号，并根据所述差频信号生成控制信号。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理芯片调整频率的精度为5E-9量级。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元被配置为通过串口将差频信号及测量过程数据传输至所述计算单元。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差频信号的幅值为0V~3V。

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