正文描述:《一种基于偏调锁频的差拍法高精度频稳测量仪》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、2010年6月第30卷第3期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementJun.,2010V01.30.No.3文章编号:1000—7202(2010)03—0022—03中图分类号:TM935.1文献标识码:A一种基于偏调锁频的差拍法高精度频稳测量仪睢建平陈智勇高伟秦蕾盛荣武(中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071)摘要提出了一种基于偏调锁频的差拍高精度频率稳定度测量方法,阐述了基于这种方法设计的频率稳定度测量仪的具体实现过程,给出了已研制成的频稳测
2、量仪的测试结果。关键词VCXO+偏调锁频环频率测量AHigh-precisionFrequencyStabilityMeterBasedonFrequency-offsetLockedLoopBeatMethodSUIJian·-pingCHENZhi·-yongGAOWeiQINLeiSHENGRong·-WU(WuhanInstituteofPhysicsandMathematics,ChineseAcademyofSciences,HubeiWuhan430071)AbstractAhigIl-precision
3、measurementmethodbasedonfrequency—offsetlockedloop’isproposedinthispaper.Theimplementofafrequencystabilityinstrumentduetothismethodisillustrated,andthetestresultofthisfrequencystabilityinstrumentisgiven.KeywordsVCXO+Frequency—offsetlockedloopFrequencymeasurement
4、1引言随着晶振、原子频标的迅速发展,时间频率设备的性能指标也不断进入更高的量级,如何实现高精度频率测量就成为了一个重要问题。提出了一种基于偏调锁频的差拍高精度频率稳定度测量方法,并成功实现了样机的研制。2整机原理框图传统的频率测量方法有直接测频法、相位比对法、频差倍增周期法、双混时差法以及差拍法等¨J。其中,差拍法由于其相对频率起伏倍增量大,电路简洁,引入的噪声较小,因而理论上可以得到很高的频率测量精度心J。但是差拍法要求参考源的频率偏调,因此如何实现参考源频率偏调,同时引入尽量小的噪声是本文要讨论和分析的重点。基于偏
5、调锁频的差拍法高精度频稳测量仪的原理框图如图l所示。偏调锁频的差拍法高精度频稳测量仪分为偏调锁频环和差拍测量环两个部分。其中,偏调锁频环部分是将VCXO的输出频率调偏并锁定在参考源上,使其获得相对于参考源偏调1Hz或几赫兹的频率输出,并将参考源的频率稳定度传递给VCXO;差拍测量部分是通过对差拍信号的周期进行填充计数测量,得到DUT相对于参考频率的偏移量,从而计算DUT的频率值、频率稳定度、频率准确度以及频率漂移率等数据。3偏调锁频环的设计考虑差拍法中,由于电路所引入的噪声较小,一般认第3期一种基于偏调锁频的差拍法高精
6、度频稳测量仪·23·鼍际蕊争枣高精度D/AIfr牵!兰里E=I数据时标U鉴纠l数据i丝堡PC人机界面图1基于偏调锁频的差拍法高精度频稳测量仪原理框图为差拍法仪器的本底噪声主要受限于偏调参考源。因此,如何设计一个低噪声的、稳定的VCXO偏调锁频源便成为实现本设计考虑的重点。3.1VCXO的选择根据频率反馈理论,环路对振荡器噪声而言,相当于一个高通滤波器,但相对于参考信号的噪声而言,则相当于一个低通滤波器,且其截止频率为环路截止频率[3]。实际应用中,必须根据参考源与VCXO的噪声大小来选择合适的环路截止频率,从而达到最佳
7、的输出频率稳定度。在本偏调锁频环路中,选择较低的环路截止频率,就可以将短稳优异的VCXO输出信号锁定在中长稳良好的参考源信号上,从而实现被锁定后的VCXO输出信号的短期和中长期稳定度都优良的结果。由上分析可知,偏调锁频源VCXO输出的短稳取决于VCXO自身,中长稳取决于参考源。因此,若想实现高精度的短稳测量,需要对VCXO的短稳提出要求。好在VCXO短稳一般都较高,选择好短稳的VCXO并不难。本设计中所选用的VCXO的秒稳优于5X10“2。偏调锁频源的频率偏移量选取主要取决于仪器取样时间和偏调锁频精度两个因素。最小取样
8、时间t和拍频信号丘。。的关系为t=1/丘。,为实现秒及秒以上的取样时间测量,拍频信号应大于或等于1Hz,即VCXO输出频率相对于与参考信号频率偏移量应大于或等于1Hz。设参考信号和VCXO的输出频率都约为10MHz,则VCXO的压控范围应大于0.1×10一。本设计中,选择的VCXO的压控范围为0.5X10一,压控电压为OV一偏调锁
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