[發(fā)明專利]一種基于鑒頻鑒相器的高精度反饋式頻率測量裝置及方法

在審

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• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113848384A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 孫興林;譚新悅;吳豪杰;葉凌云
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R23/06
• 分類號: G01R23/06;G06F1/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發(fā)明公開了一種基于鑒頻鑒相器的高精度反饋式頻率測量裝置及方法，該方法通過FPGA利用等精度測頻法粗測被測時頻脈沖的頻率fx；DDS根據(jù)經(jīng)過FPGA粗測過的fx自動合成頻率fx’；將fx、fx’送入鑒頻鑒相器進行鑒頻鑒相，然后經(jīng)電荷泵、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器后送至FPGA，F(xiàn)PGA對鑒頻鑒相器得到的頻率差處理后傳遞給DDS，形成負反饋頻率測量系統(tǒng)，使得DDS根據(jù)頻率差測量結(jié)果不斷調(diào)整fx’，直至DDS穩(wěn)定輸出，從而實現(xiàn)對待測時頻脈沖的精確測量。本發(fā)明在傳統(tǒng)等精度測頻的基礎上，加入鑒頻鑒相器模塊，并利用負反饋系統(tǒng)的特性，使得頻率測量系統(tǒng)的測量精度在等精度測頻的基礎上提高了5?10倍，并且提高了頻率測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于電子測量技術領域的頻率信號測量技術，尤其涉及一種基于鑒頻鑒相器的高精度反饋式頻率測量裝置及方法。

背景技術

高精度頻率測量技術是現(xiàn)代電子測量技術中最基本、最重要的測量技術之一，在電子通訊、工業(yè)、國防等多個領域均有較為廣泛的應用價值。隨著科技的發(fā)展，對信息傳輸和處理的要求越來越高，所以需要更高精度的頻率測量技術。

由于集成電路的高速發(fā)展，電子計數(shù)法因其具有測量速度快、測量過程自動化而被廣泛應用。目前常用的測量頻率的方法是直接計數(shù)法，分為M法、T法和M/T法，但是這3種方法都存在±1個字的計數(shù)誤差問題。為了克服±1個字的計數(shù)誤差，出現(xiàn)了游標法、相位重合檢測法、模擬內(nèi)插法等其他方法。游標法存在不易設計、高精度只能在短時間內(nèi)保持等缺點；相位重合檢測法雖然能實現(xiàn)高精度測量，但由于需要捕獲被測信號和參考信號之間的相位重合點，故其測量閘門的時間不能太短；模擬內(nèi)插法雖然大幅度提高了測量分辨率，但是存在轉(zhuǎn)換時間過長、線性度較差等缺點。以上這些方法雖然都一定程度上提高了頻率測量的精度，但是在實際使用中都存在一定的局限性，如測量穩(wěn)定性差、閘門時間不確定等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有方案的不足，提供一種基于鑒頻鑒相器的高精度反饋式頻率測量裝置及方法。本發(fā)明在等精度測頻的基礎上，引入了鑒頻鑒相器模塊，在閘門時間一定的情況下提高了頻率測量的精度，且測量數(shù)據(jù)直接輸出，易于查看。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種基于鑒頻鑒相器的高精度反饋式頻率測量裝置，包括基準信號模塊、倍頻模塊、FPGA、DDS直接數(shù)字頻率合成器、鑒頻鑒相器和被測時頻信號；

所述基準信號模塊產(chǎn)生基準信號并分成兩路，一路信號連接到FPGA并作為FPGA工作的時鐘源，另一路信號連接到倍頻模塊，對基準信號模塊的信號倍頻后作為DDS直接數(shù)字頻率合成器工作的時鐘源Fclk。

被測時頻信號分成兩路信號，一路作為FPGA的初步被測頻率，另一路信號連接到鑒頻鑒相器，與DDS直接數(shù)字頻率合成器直接合成的頻率信號進行鑒頻鑒相。

所述DDS直接數(shù)字頻率合成器在FPGA的控制下調(diào)整輸出頻率，首先FPGA進行粗測得到被測信號fx，DDS直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)其粗測結(jié)果，通過頻率控制字M合成一個與被測信號fx接近的參考信號fx’；在鑒頻鑒相器開啟后，DDS直接數(shù)字頻率合成器在FPGA的控制下，根據(jù)被測信號fx和DDS直接數(shù)字頻率合成器自身合成的信號fx’鑒頻鑒相的差值，不斷調(diào)整DDS直接數(shù)字頻率合成器的輸出頻率，直至達到穩(wěn)定狀態(tài)，由FPGA輸出此時的測量結(jié)果。

進一步地，該裝置還包括電荷泵、低通濾波器和AD轉(zhuǎn)換器；所述電荷泵接收鑒頻鑒相器的輸出信號，產(chǎn)生參考信號與被測信號之間相位差的電流輸出信號，所述低通濾波與電荷泵的輸出連接，將電荷泵輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并連接到AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳遞給FPGA；FPGA輸出達到穩(wěn)定狀態(tài)時的測量結(jié)果。