[發(fā)明專利]一種基于高穩(wěn)定度寬基準(zhǔn)脈沖的精密頻率測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610162667.0
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105629061B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王國富;欒岳震;葉金才;張法全;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 唐修豪

1.一種基于高穩(wěn)定度寬基準(zhǔn)脈沖的精密頻率測量裝置，其特征在于，包括時鐘整形單元、開關(guān)恒流源單元、電容充電控制單元、自校準(zhǔn)單元、ADC采樣單元、主處理器單元和FPGA控制單元；

FPGA控制單元與時鐘整形單元、開關(guān)恒流源單元、主處理器單元相連接，

時鐘整形單元與基準(zhǔn)脈沖源、被測頻率源直接連接，

電容充電控制單元與開關(guān)恒流源單元、自校準(zhǔn)單元相連接，

主處理器單元與ADC采樣單元、自校準(zhǔn)單元相連接，自校準(zhǔn)單元還與ADC采樣單元相連接；

開關(guān)恒流源單元：該單元受FPGA控制，將待積分的電壓脈沖信號轉(zhuǎn)換為電流脈沖信號，提供給電容充電控制單元，要求該開關(guān)恒流源單元具有高帶寬、高壓擺率及高輸出內(nèi)阻的特性，以滿足測量精度的需求；

電容充電控制單元：該單元接受開關(guān)恒流源單元輸出的電流脈沖，對一顆電容進行充電，將脈沖寬度轉(zhuǎn)換為電容電壓U_C并輸出給自校準(zhǔn)單元，該單元輸入端應(yīng)具有電流單向?qū)ǖ奶匦裕敵鼍彌_端應(yīng)具有超高阻抗低容抗的特性，以保證電壓信號在短時間內(nèi)不會因漏電流而發(fā)生變化，在單次測量結(jié)束后，應(yīng)在FPGA控制單元的控制下對電容進行放電處理以待下次測量使用；

所述電容為高質(zhì)量的聚苯乙烯電容；

自校準(zhǔn)單元：所述自校準(zhǔn)單元受主處理器的控制，利用單個被測頻率脈沖作為校準(zhǔn)信號，對電容積分輸出電壓進行直流偏置調(diào)節(jié)U_bias和幅度調(diào)節(jié)A_adj，得到校準(zhǔn)后電壓U_Cadj＝A_adjU_C+U_bias，使其滿足測量需求并最大程度地消除元器件誤差產(chǎn)生的測量誤差；

ADC采樣單元：該單元受FPGA的控制，對電容積分后的電壓信號進行采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號提供給主處理器做進一步利用，為避免采樣時間過長導(dǎo)致積分電容緩慢放電產(chǎn)生的誤差，該ADC采樣單元應(yīng)使用高速SAR型ADC集成電路，ADC集成電路的轉(zhuǎn)換位數(shù)直接決定了裝置的測量分辨率；

主處理器單元：該單元通過對FPGA內(nèi)狀態(tài)機的控制，達到對裝置測量流程的控制，并通過讀取FPGA內(nèi)計數(shù)器值和ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，對校正參數(shù)進行修正，對被測頻率進行換算，然后通過卡爾曼濾波算法對測量數(shù)據(jù)進行濾波以消除參考頻率的隨機抖動；

FPGA控制單元：該單元受主處理器的控制，提供時序信號以協(xié)調(diào)控制其他各單元的工作，并實現(xiàn)裝置所需的計數(shù)器電路、計數(shù)門限生成電路、被測脈沖相位差產(chǎn)生電路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高穩(wěn)定度寬基準(zhǔn)脈沖的精密頻率測量裝置，其特征在于，所述被測脈沖相位差產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生在計數(shù)窗口的起始處被測脈沖與計數(shù)窗口脈沖邊沿的時間差脈沖并將其輸出給開關(guān)恒流源電路，為保證開關(guān)恒流源電路工作在線性度良好的區(qū)間內(nèi)，該脈沖應(yīng)額外包含一個被測頻率脈沖。