一種超高精度頻率測量儀及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高精度頻率測量儀及其測量方法，該超高精度頻率測量儀包括：測量臂，參考臂以及主控系統(tǒng)；所述測量臂和參考臂分別與所述主控系統(tǒng)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(tǒng)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。本發(fā)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(xiàn)晶振頻率的超高精度測量，理論上只需通過改變測量參數(shù)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。
【專利說明】一種超高精度頻率測量儀及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對晶振頻率的聞精度檢測儀器，特別是涉及一種超聞精度頻率測量儀及其測量方法。
【背景技術(shù)】 [0002]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(chǎn)生的時鐘信號進行測定，其測量精度有限，一般在IPPM以上，即相對誤差在百萬 急劇增加，且精度提升空間有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)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。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0005]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(tǒng)；所述測量臂和參考臂分別與所述主控系統(tǒng)相連；
[0006]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(tǒng)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；
[0007]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(wěn)定的供電環(huán)境；所述時鐘傳輸電路可將時鐘信號轉(zhuǎn)化為低壓差分信號傳輸；
[0008]所述時鐘接收單元可將LVDS傳輸?shù)臅r鐘轉(zhuǎn)換為普通TTL電平；
[0009]所述時鐘處理單元可對輸入的時鐘信號進行合適的分頻；
[0010]所述相干解算可根據(jù)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；
[0011]所述通信單元可完成參數(shù)輸入及測量結(jié)果的輸出。
[0012]一種超高精度頻率測量儀的測量方法，包括以下步驟:
[0013]步驟1: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(shè)置循環(huán)次數(shù)；
[0014]步驟i1:設(shè)置本征時鐘分頻數(shù)N1為原來的η倍，根據(jù)} = #公式設(shè)置被測時鐘



1 I 1 2
分頻數(shù)N2，得到被測時鐘F2的本次循環(huán)測量值；其中，η為大于I的自然數(shù)；
[0015]步驟ii1:判斷循環(huán)次數(shù)是否達(dá)到，如達(dá)到則繼續(xù)步驟iv，如未達(dá)到則返回步驟? ;
[0016]步驟iv:測量精度達(dá)到要求，結(jié)束測量。
[0017]在上述技術(shù)方案中，步驟i中的循環(huán)次數(shù)為6次。
[0018]本發(fā)明具有以下的有益效果:[0019]本發(fā)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(xiàn)晶振頻率的超高精度測量，理論上只需通過改變測量參數(shù)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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
[0021]圖1為本發(fā)明的超高精度頻率測量儀的系統(tǒng)組成框圖。
[0022]圖2為分頻計數(shù)器輸出信號示意圖。
[0023]圖3為頻率相干測量流程圖。
[0024]圖4為頻率相干測量流程圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明的發(fā)明思想為:
[0026]本發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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。
[0027]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(wěn)定的供電環(huán)境；
[0028]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(zhuǎn)化為低壓差分(LVDS)信號傳輸；
[0029]時鐘接收單元:將LVDS傳輸?shù)臅r鐘轉(zhuǎn)換為普通TTL電平。
[0030]時鐘處理單元:根據(jù)測量需要，對輸入的時鐘信號進行合適的分頻，以滿足最優(yōu)化的相干測量，提高測量精度，擴大量程；
[0031]相干解算:根據(jù)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；
[0032]通信單元:實現(xiàn)人機交互，完成參數(shù)輸入及測量結(jié)果的輸出。
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細(xì)說明。
[0034]根據(jù)圖1-4所示，本發(fā)明的超高精度頻率測量儀，包括:
[0035]時鐘晶振振蕩單兀:構(gòu)建晶振振蕩最小電路，使晶振穩(wěn)定工作，晶振振蕩單兀輸入VCC和GND，輸出時鐘信號CLK ；
[0036]時鐘處理單元:時鐘處理單元實現(xiàn)分頻計數(shù)器，分頻倍數(shù)可通過通信單元進行修改，當(dāng)分頻倍數(shù)不同時，測量精度及測量時間不同，實際應(yīng)用中可根據(jù)需求進行設(shè)置；
[0037]相干解算單元，利用參考臂與測量臂的分頻計數(shù)器信息，進行兩顆晶振的頻差計算；若參考臂與測量臂的分頻倍數(shù)分別為N1和N2，其晶振頻率分別為F1 (本征時鐘)和F2(被測時鐘)，對兩路時鐘處理單元得到的分頻信號進行邏輯與運算，得到解算信號，利用本地時鐘F1對解算信號進行周期測定，得到其周期為Ntl個時鐘周期。
[0038]關(guān)于頻率計算:
[0039]根據(jù)測量臂與參考臂的晶振頻率差異可計算得到:[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種超高精度頻率測量儀，其特征在于，包括:測量臂，參考臂以及主控系統(tǒng)；所述測量臂和參考臂分別與所述主控系統(tǒng)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(tǒng)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(wěn)定的供電環(huán)境；所述時鐘傳輸電路可將時鐘信號轉(zhuǎn)化為低壓差分信號傳輸； 所述時鐘接收單元可將LVDS傳輸?shù)臅r鐘轉(zhuǎn)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(jù)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(shù)輸入及測量結(jié)果的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高精度頻率測量儀的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1: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(shè)置循環(huán)次數(shù)； 步驟i1:設(shè)置本征時鐘分頻數(shù)N1為原來的η倍，根據(jù).=.公式設(shè)置被測時鐘分頻數(shù)N2，得到被測時鐘F2的本次循環(huán)測量值；其中，η為大于I的自然數(shù)； 步驟ii1:判斷循環(huán)次數(shù)是否達(dá)到，如達(dá)到則繼續(xù)步驟iv，如未達(dá)到則返回步驟ii ； 步驟iv:測量精度達(dá)到要求，結(jié)束測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高精度頻率測量儀的測量方法，其特征在于，步驟i中的循環(huán)次數(shù)為6次。
【文檔編號】G01R23/02GK103941086SQ201410114653
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】賀小軍, 曲宏松, 張貴祥, 鄭亮亮, 陶淑蘋 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所