[發明專利]一種超高精度頻率測量儀及其測量方法

無效

• 申請號: 201410114653.2
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103941086A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 賀小軍;曲宏松;張貴祥;鄭亮亮;陶淑蘋
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及一種針對晶振頻率的高精度檢測儀器，特別是涉及一種超高精度頻率測量儀及其測量方法。

背景技術

晶振振蕩頻率的測定一般采用頻率計或者專門的晶振頻率測定儀，他們一般均采用直接測量法，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1PPM以上，即相對誤差在百萬分之一左右，要想進一步提高測量精度，則需要測量儀器具有更高的采樣帶寬，其設備成本急劇增加，且精度提升空間有限。

發明內容

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。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

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；

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于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。

一種超高精度頻率測量儀的測量方法，包括以下步驟：

步驟i：利用本征時鐘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ii：設置本征時鐘分頻數N₁為原來的n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，n為大于1的自然數；

步驟iii：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。

在上述技術方案中，步驟i中的循環次數為6次。

本發明具有以下的有益效果：

本發明的超高精度頻率測量儀及其測量方法，采用相干式測量法，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范圍，不會帶來硬件成本上的提升。

附圖說明

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。

圖1為本發明的超高精度頻率測量儀的系統組成框圖。

圖2為分頻計數器輸出信號示意圖。

圖3為頻率相干測量流程圖。

圖4為頻率相干測量流程圖。

具體實施方式

本發明的發明思想為：

本發明的超高精度頻率測量儀采用相干測量法，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。

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；

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；

時鐘接收單元：將LVDS傳輸的時鐘轉換為普通TTL電平。

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；

相干解算：根據相干解算算法，解算出測量臂晶振頻率相對于參考臂晶振的頻率偏差值；

通信單元：實現人機交互，完成參數輸入及測量結果的輸出。

下面結合附圖對本發明做以詳細說明。

根據圖1-4所示，本發明的超高精度頻率測量儀，包括：

時鐘晶振振蕩單元：構建晶振振蕩最小電路，使晶振穩定工作，晶振振蕩單元輸入VCC和GND，輸出時鐘信號CLK；

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；