[發明專利]高分辨率瞬態頻率穩定度測量的方法

有效

• 申請號: 201310354007.9
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103472299B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 白麗娜;周渭;李智奇;宋慧敏;宣宗強;于建國;高建寧;張雪萍;葉云霞
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司61100
• 代理人: 佘文英

技術領域

本發明屬于頻率穩定度測量領域，涉及到頻率源高分辨率的瞬態穩定度的測量，尤其涉及到基于相位重合檢測陣的高分辨率的瞬態穩定度的測量。

背景技術

頻率穩定度測量是指對頻率源輸出頻率值的隨機起伏特性的測量。頻率穩定度有時域和頻域兩種表征方式。時域頻率穩定度測量中很多用到計數測量的方法，其通常形成的測量閘門寬度一般從1ms到10s。更短的閘門就會使得測量分辨率明顯降低，如針對10MHz的被測頻率，在1μs的閘門時間內只能計10個數，很難談到精度的問題。然而盡可能短的測量閘門，例如直到被測信號周期的閘門所對應的測量數據對于直觀地用時域的方法反映頻率源的遠端相位噪聲等狀況具有重要的作用。

相位重合檢測技術是我們多年來一直發展的頻率與相位差測量的關鍵技術，尤其對于高分辨率的頻率等周期性信號的測量起到關鍵作用。可以在兩個標稱值相同或者不同的比對信號之間檢測出它們間相位值完全相同的信息，如兩個信號同時出現相位過零的瞬間就給出一個特定的相位重合信息。可以把兩個信號在其“0”相位處整形成為窄脈沖，并且通過與的方法得到其間的相位重合。在相位重合的技術實現上總是難以出現“絕對”的重合。這樣就有了相位重合檢測靈敏度的閥值，也就是信號相位差小于這個數值時線路會輸出代表相位重合的窄脈沖。

任何重合檢測線路都存在著檢測的分辨率和該分辨率的穩定性。因為我們經常能夠獲得的檢測的分辨率是大于1ns，而該分辨率的穩定性也就是閥值的穩定性常常會優于10ps。所以信號間的相位差接近于ns的時候就會有重合信息被檢出。往往在ns差異的邊沿，數ps的抖動、起伏就會引起對重合檢測的有（“1”）和無（“0”）的區別。所以，并不很精細的相位重合檢測的分辨率不一定是壞事，它的存在避免了兩種相反的“0”狀態的混淆。我們要利用的恰恰是這種邊沿和近邊沿處由于噪聲的影響和作用，來實現由不同量值的量化表達的瞬態穩定度的指標情況。

發明內容

由于通常使用的方法中使用短閘門就會使得測量分辨率明顯降低，從而無法獲得高分辨率的瞬態穩定度。本發明的目的是提供一種高分辨率瞬態頻率穩定度測量的方法，采用創新的相位重合檢測技術來測量頻率源的瞬態穩定度，從而使瞬態穩定度的分辨率有明顯的提高。

本發明所采用的技術方案是：一種高分辨率瞬態頻率穩定度測量的方法，其特征是：首先要測量和調整參考信號和被測信號間的相位差值，使得該值能夠穩定在重合檢測分辨率的邊緣，由于相位重合檢測線路具有固定的重合檢測分辨率以及該分辨率的穩定度，所以當兩個信號間的相位差被調節到重合檢測分辨率的邊緣時，如果沒有噪聲的影響，能夠保持重合信息連續的檢出。但是當存在信號的噪聲的時候，會使得信號間的相位差變化在這個邊沿的內和外之間，就使得相位重合信息時有時無。所以我們可以根據重合信息的連續性和間斷狀況來準確地判斷信號的相位不穩定度。最快的響應時間可以達到信號標稱頻率的周期值（標稱頻率相同時），或者信號間的低頻信號的周期（標稱頻率不同時）。通過檢測取樣時間前后的信號間相位差的變化量，就可以用阿倫方差計算公式推導出的式子計算出頻率源的瞬態頻率穩定度。

本發明測量方法采用的是重合檢測陣，陣內的每個相位重合檢測器都有相同的重合檢測分辨率的穩定度，通過在一路輸入信號中加入延遲移相使得其相互間的閥值門限是不同的，每個相位重合檢測器的最偏檢出重合信息的相位偏離嚴格相位重合點的位置是呈現一種步進的狀態。

本發明測量方法中采用的是無源的延遲器件，這樣可以達到ps量級的延遲，使用1mm的導線就可以達到方法中所需要的5ps的延遲。

本發明的有益效果是：利用了信號本身的周期進行反復的重合檢測，通過相位重合檢測獲得信息的變化作為對噪聲問題的反映從而測量瞬態頻率穩定度，而重合檢測陣的利用又能夠量化的檢測信號的相位噪聲起伏，因此快的響應時間和高分辨率能夠被獲得。

附圖說明

圖1是本發明高分辨率瞬態頻率穩定度測量原理方框圖。

圖2是相位重合檢測線路圖。

圖3-1是一路輸入加延遲的相位重合檢測線路圖。

圖3-2是另一路輸入加延遲的相位重合檢測線路圖。

圖4是相位差變化曲線。

圖5是兩只100MHz高穩定度晶體振蕩器互比的相位噪聲。

圖6是兩只10MHz高穩定度晶體振蕩器互比的相位噪聲。

圖7是一只10MHz的高穩晶體振蕩器與一只穩定度差的10MHz晶體振蕩器互比的相位噪聲。

具體實施方式