[发明专利]双模式频标比对与频率稳定度测量装置

说明书

技术领域

本发明属于高精度频率源的比对与测试技术领域，具体涉及到一种双模式频标比对频率稳定度测量装置。

背景技术

时间频率源广泛应用于国民经济各部门中，例如在通信设备中，大都采用频率准确度和稳定度比较高的晶体振荡器，作为设备中频率合成器的参考源。它们的短期频率稳定度可在                                               的范围，曰漂移在范围。同时随着时间的推移，石英晶体振荡器具有的老化特性，会使其频率准确度逐渐变差，从而影响到通信设备的性能指标，甚至通信设备的可靠工作。又如原子频标，其频率稳定度指标更高，它的频率稳定度指标的测量就显得非常重要。

伴随高精时间频率标准源产品研制、生产、维护过程中时刻，需要定期对时间频率标准源进行测量和校准，这也是用来鉴别高精时间频率标准源质量指标的一种重要技术，成为需要迫切解决的问题，也对时间频率标准的统一测量和校准提出了更高的要求。因此，必须研制相应的频率比对与测量系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双模式频标比对与频率稳定度测量装置，该装置能够实现频差倍增法和差拍法两种模式测量高精度频标和晶体谐振器及晶体振荡源的时域频率稳定度。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的双模式频标比对与频率稳定度测量装置，其采用铷原子钟及高精度恒温晶体振荡器作输入参考频率标准，主要由频差倍增、差拍、直接数字频率合成器、1PPS处理及嵌入式频标比对与测量模块组成，当采用频差倍增法时，通过选择倍频次数，对多标准频点的频标源进行时域稳定度比对；当采用差拍法时，参考标准频率源通过直接数字频率合成器，再与输入频率范围内的任意频点进行差拍及滤波整形处理，完成时域频率稳定度测量；还带有1PPS处理模块，输出1PPS信号，或实现对1PPS输入信号的同步；频标比对与测量由嵌入式完成，还可与PC机互连，由微型计算机实现数据处理与测试。 

所述频差倍增法，通过选择倍频次数，可以对、、、及多标准频点的频标进行时域稳定度比对测量。

所述频差倍增法，可以由倍频、混频及放大电路组成，其中：倍频与放大由双栅场效应管完成，选频回路采用双调谐，其倍频次数采用、、及，由环形混频器完成混频。

所述频差倍增法，频差倍增后的被测信号与高精度频标混频后，经低通滤波及整形后的数据由嵌入式处理，完成频差倍增比对测量。

所述差拍法可以对所采用的高精度参考频标源先经倍频器倍频后，再通过由CPLD设计的直接数字频率合成电路，将其变换为范围内连续可调的输出信号，并由窄带跟踪选频放大电路滤除谐波及杂散分量后，再与被测晶振源进行差拍，而待测频率范围内的信号则经分频后差拍，经低通滤波及整形后的数据由嵌入式处理，完成差拍测量。

所述1PPS处理由CPLD设计，可将高精度参考频标信号转换为1PPS信号输出，也可对外输入1PPS信号对高精度参考频标信号进行1PPS同步处理。

所述输入待测信号通过嵌入式系统捕获中断功能，捕获信号的跳变沿，从而测得误差频率；通过其定时中断功能，实现定时采集数据，采样时间可以设定，实现信号的长短稳测量。

所述嵌入式系统采用阿伦方差和哈达玛方差的统计算法，实现频率长、短稳的比对测量，采用软件数字滤波处理方法，提高测量精度。

所述上位机测量功能，通过嵌入式系统与微机的通信，将嵌入式系统采集的数据上传给PC机处理，图形化显示出所采集的实时频率值、频率不稳定度的统计值，并方便网络传输与远程监控与处理。

本发明提供的上述的双模式频标比对频率稳定度测量装置，其用于频标比对频率稳定度测量仪器与设备的设计中，或者用于改造现有频标比对与频率稳定度测量仪器。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1.频率倍增模块由、、倍频单元组成，可构成、、及，或、等倍频次数，可对、、、及等多标准频点的铷频标及高稳晶振进行时域频率稳定度比对测量。

2.频率倍增电路由低噪声双栅场效应管组成，采用双调谐倍频电路，使其处于最佳的谐振状态，矩形系数理想。显著的消除谐波分量。且具有自动增益控制功能，使倍频电路输出幅度稳定。倍增模块中的混频电路全部由二极管双平衡混频器组成，它们输出的杂散成分更小，具有优良的混频特性。

3.所有频率倍增模块的倍频系数及待测频率标准的选择采用嵌入式数控方式，具有转换方便的特点。且具有1PPS处理模块，方便外频标的同步输入及内频标对外频标的同步。