專利名稱：頻率穩(wěn)定性測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻率穩(wěn)定性測定裝置，更具體地涉及以高分辨率來測定檢查對象振蕩器的頻率穩(wěn)定性的頻率穩(wěn)定性測定裝置的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
以往，公知有為了檢查振蕩器等信號源的頻率穩(wěn)定性而測定相位噪聲的方法。并且一般使用正交相位檢波法，作為測定在通信設(shè)備中使用的振蕩器等要求高頻率穩(wěn)定性的振蕩器的相位噪聲的方法。在正交相位檢波法中，向混頻器提供作為檢查對象的振蕩器的輸出和比該振蕩器的噪聲低的基準振蕩器(電壓控制振蕩器)的輸出。此時，控制PLL電路的控制電壓，將檢查對象的振蕩器和基準振蕩器之間的相位差調(diào)整為90度。然后，振蕩器和基準振蕩器的噪聲分量之和經(jīng)過低通濾波器(LPF)后提供給FFT分析器，以測定檢查對象的振蕩器的相位噪聲。并且，在FFT分析器中分析的結(jié)果，即，振蕩器的相位噪聲特性顯示在個人計算機(PC)的顯示畫面上。
但是，在正交相位檢波法中，需要調(diào)整基準振蕩器以使其與檢查對象的振蕩器之間的相位差為90度，因此存在著在測定開始之前要花費較多時間的問題。并且，因為需要使用FFT分析器和頻譜分析器等高價的設(shè)備，所以不適合作為對批量生產(chǎn)的振蕩器全部進行檢查的方法。
并且，圖5是改善了以往的正交相位檢波法的問題點的專利文獻1所公開的頻率穩(wěn)定性檢查裝置的方框圖。該頻率穩(wěn)定性檢查裝置21由檢查對象的振蕩器22、振蕩頻率各不相同的多個振蕩器23、用于驅(qū)動這些振蕩器22和23的電源24、切換電路25、混頻器26、濾波器27、計數(shù)器28以及微型計算機29構(gòu)成。由此，提供一種能夠簡單且以短時間檢查振蕩器等信號源的頻率穩(wěn)定性的頻率穩(wěn)定性檢查裝置以及頻率穩(wěn)定性檢查方法。
專利文獻1日本特開2002-243778號公報但是，專利文獻1中所公開的現(xiàn)有技術(shù)，將混頻器輸出通過濾波器所得到的信號輸入計數(shù)器，來計測2個振蕩器的頻率之差。為了快速測定該信號，需要使用倒數(shù)型計數(shù)器，但已知倒數(shù)型計數(shù)器依賴于輸入信號的通過速率，引起測定誤差增加。即，專利文獻1的技術(shù)由于濾波器而使得通過速率極度減低，所以存在難以實現(xiàn)測定的高速化和高精度化的問題。
而且，為了以足夠的分辨率來測定石英振蕩器的穩(wěn)定性，將計數(shù)門限時間設(shè)為10ms左右時，需要頻率分辨率為0.1mHz左右，但一般的倒數(shù)型計數(shù)器只能得到10mHz左右的分辨率(參照圖4)。因此，在石英振蕩器這樣的高穩(wěn)定性的被測定物的測定中，存在分辨率不夠或測定時間變長的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問題而提出，其目的在于，提供頻率穩(wěn)定性測定裝置，在濾波器與計數(shù)器之間插入波形整形電路，通過提高計數(shù)器的輸入信號的通過速率，來提高頻率分辨率、提高測定的穩(wěn)定性。
本發(fā)明為了解決相應(yīng)課題，本發(fā)明的第一方面是一種頻率穩(wěn)定性測定裝置，該頻率穩(wěn)定性測定裝置測定從任意的信號源所輸出的信號的頻率變動，其特征在于，該頻率穩(wěn)定性測定裝置具有基準信號輸出單元，其輸出基準頻率信號；混頻器，其輸出將從所述信號源輸出的信號與所述基準信號輸出單元輸出的基準信號混合后的信號；濾波器，其除去該混頻器的輸出信號的高次諧波；波形整形電路，其對該濾波器所輸出的信號的波形進行整形；計數(shù)器，其對由該波形整形電路進行波形整形后的信號的脈沖數(shù)進行計數(shù)；以及控制單元，其按照預(yù)先確定的測定周期算出各測定周期內(nèi)的從所述濾波器輸出的信號的平均頻率，算出該算出的平均頻率的標準偏差并輸出。
本發(fā)明的特征在于，通過波形整形電路對由于濾波器而使通過速率降低的信號進行整形，從而提高通過速率，通過對其得到的波形進行計數(shù)來提高頻率分辨率。并且，根據(jù)通過計數(shù)器所計數(shù)的脈沖數(shù)算出平均頻率，算出該算出的平均頻率的標準偏差，判定合格與否。
本發(fā)明的第二方面的特征在于，所述波形整形電路具有放大器，其放大從所述濾波器所輸出的信號的振幅；和振幅限制電路，其限制該放大器的輸出信號的振幅，將在規(guī)定的門限時間內(nèi)輸入到所述計數(shù)器中的信號的通過速率設(shè)定在使該計數(shù)器的頻率分辨率飽和的附近。
在輸入信號的通過速率與頻率分辨率之間，存在分辨率與通過速率成比例地變良好的關(guān)系。但是，分辨率并不能無限地變好，而具有在某一通過速率時分辨率飽和的關(guān)系。因此，超過該點即使提高通過速率，分辨率也不變化。即，把通過速率設(shè)定在該分辨率的飽和點附近是效率最佳的。
本發(fā)明的第三方面的特征在于，所述濾波器由低通濾波器或帶通濾波器構(gòu)成。
在從混頻器所輸出的信號中，包含不需要的高次諧波分量。該高次諧波如果原樣輸入波形整形電路，則作為噪聲，波形被輸入計數(shù)器，使得不能進行正確的計數(shù)。因此，本發(fā)明為了去除該高次諧波，使用低通濾波器或帶通濾波器。
本發(fā)明的第四方面的特征在于，所述波形整形電路的通過速率在0.1V/μs～100V/μs的范圍內(nèi)。
為了以足夠的分辨率來測定石英振蕩器的穩(wěn)定性，在使計數(shù)門限時間為10ms左右時，作為頻率分辨率需要0.1mHz左右，但一般的計數(shù)器只能得到10mHz左右的分辨率。即，與10mHz對應(yīng)的通過速率是0.1V/μs，與0.1mHz對應(yīng)的通過速率是100V/μs，因此如果把通過速率設(shè)定在該范圍內(nèi)，則作為波形整形電路能夠?qū)?yīng)幾乎所有的分辨率。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過對由波形整形電路進行整形后的波形進行計數(shù)來提高頻率分辨率，根據(jù)通過計數(shù)器所計數(shù)的脈沖數(shù)算出平均頻率，算出該算出的平均頻率的標準偏差，判定合格與否，因此能夠以高分辨率來進行測定，也能縮短測定時間。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，將在規(guī)定的門限時間內(nèi)輸入計數(shù)器中的信號的通過速率設(shè)定在使該計數(shù)器的頻率分辨率飽和的附近，因此避免了不需要的通過速率的設(shè)定，能夠高效地設(shè)定通過速率。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，濾波器由低通濾波器或帶通濾波器構(gòu)成，因此通過除去不需要的高次諧波，能夠?qū)p低了噪聲的信號進行計數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，波形整形電路的通過速率設(shè)定在0.1V/μs～100V/μs的范圍內(nèi)，因此能夠?qū)?yīng)于振蕩器的精度來選擇通過速率。


圖1是本發(fā)明的實施方式的頻率穩(wěn)定性測定裝置的方框圖。
圖2(a)是表示本發(fā)明的波形整形電路5的電路結(jié)構(gòu)的一例的圖，(b)是表示輸入波形與輸出波形的圖。
圖3是說明本發(fā)明的頻率穩(wěn)定性測定裝置的動作的流程圖。
圖4是表示輸入信號SR與RMS分辨率的關(guān)系的圖。
圖5是改善了以往的正交相位檢波法的問題點的專利文獻1中所公開的頻率穩(wěn)定性檢查裝置的方框圖。
符號說明1檢查對象振蕩器；2基準輸出振蕩器；3混頻器；4濾波器；5波形整形電路；6計數(shù)器；7個人計算機；100頻率穩(wěn)定性測定裝置。
具體實施例方式
以下，利用圖示的實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。但是，在該實施方式中記載的結(jié)構(gòu)要素、種類、組合、形狀、以及其相對配置等在沒有特定性記載的情況下，并不是把本發(fā)明的范圍僅限定于此的意思，而只是單純的說明例而已。
圖1是本發(fā)明實施方式的頻率穩(wěn)定性測定裝置的方框圖。該頻率穩(wěn)定性測定裝置100構(gòu)成為具有以下部分要測定的檢查對象振蕩器(信號源)1；基準輸出振蕩器(基準信號輸出單元)2，其輸出基準頻率信號；混頻器3，其將從檢查對象振蕩器1輸出的信號與基準輸出振蕩器2輸出的基準信號混合并輸出；濾波器4，其使混頻器3的輸出信號的低頻成分通過；波形整形電路5，其對從濾波器4輸出的信號的波形進行整形；計數(shù)器6，其對由波形整形電路5進行波形整形后的信號的脈沖數(shù)進行計數(shù)；以及個人計算機(以下，記為PC)(控制單元)7，其按照預(yù)先確定的測定周期算出各測定周期內(nèi)從濾波器4輸出的信號的平均頻率，算出該算出的平均頻率的標準偏差并輸出。
在此，該頻率穩(wěn)定性測定裝置100以判定多種振蕩器的頻率穩(wěn)定性為目的，因此檢查對象的振蕩器1不限于特定種類的振蕩器。例如，可以是低頻振蕩器、中頻振蕩器或高頻振蕩器中的任一種。
并且，基準輸出振蕩器2是頻率穩(wěn)定性高的基準振蕩器，優(yōu)選該頻率穩(wěn)定性測定裝置100輸出與作為檢查對象的振蕩器1之間的頻率差為[kHz]級的信號So。
并且，濾波器4僅使從混頻器3輸出的信號Smix的低頻成分通過，輸出頻率為(f0-fa)的信號SL，而阻止頻率(f0+fa)。這樣在從混頻器3輸出的信號中包含不需要的高次諧波成分。該高次諧波如果原樣輸入波形整形電路5，則作為噪聲，波形被輸入計數(shù)器，不能進行正確的計數(shù)。因此，本發(fā)明為了去除該高次諧波，使用低通濾波器或帶通濾波器。
并且，例如圖2(a)所示，波形整形電路5具備被插入的串聯(lián)在輸入11上的電阻R1、運算放大器Q、連接在運算放大器Q的輸出與正側(cè)輸入之間的電阻R2、以及齊納二極管D1、D2。在此，圖2(a)的電路中，電壓放大率Av＝R1/R2，確定Av以使輸出信號的通過速率(以下記為SR)成為期望的值。并且，利用D1、D2來限制輸出信號的振幅。即，如果設(shè)齊納電壓為Vz，正向電壓為Vf，則如圖2(b)那樣正側(cè)和負側(cè)的振幅均為Vz+Vf。因此，輸出振幅為Vout＝2(Vz+Vf)。
并且，計數(shù)器6輸出對信號12的脈沖數(shù)進行計數(shù)得到的計數(shù)值，并且根據(jù)從PC 7輸出的復(fù)位信號RST將計數(shù)值復(fù)位。此外，對于該計數(shù)器6，優(yōu)選使用所謂雙計數(shù)器等即使進行復(fù)位也不存在不工作時間、能夠繼續(xù)計數(shù)的計數(shù)器。
并且，PC 7控制該頻率穩(wěn)定性測定裝置100整體，自動進行作為檢查對象的振蕩器1的頻率精度的測定。并且，PC7根據(jù)計數(shù)器6的計數(shù)值，按照預(yù)先確定的平均測定時間τ算出各平均測定時間τ內(nèi)的信號SL的平均頻率，根據(jù)相鄰平均頻率的差，算出平均頻率的標準偏差σy(τ)，將基于算出結(jié)果的判定結(jié)果顯示在未圖示的顯示畫面中。并且，PC7在振蕩器1的頻率精度的測定時，輸出用于指示測定的開始和結(jié)束的控制信號(START)9。
本發(fā)明的特征在于，通過波形整形電路5對由于濾波器4而使通過速率降低的信號進行整形，從而提高通過速率，并通過對信號的波形進行計數(shù)來提高頻率分辨率。然后，根據(jù)通過計數(shù)器6計數(shù)出的脈沖數(shù)算出平均頻率，算出所算出的平均頻率的標準偏差，判定合格與否。
圖3是說明頻率穩(wěn)定性測定裝置的動作的流程圖。
首先，在該頻率穩(wěn)定性測定裝置100中，當由操作者指示測定開始時(S1)，PC7利用START9使振蕩器1和2啟動(S2)。接著，當PC7首先利用復(fù)位信號RST8對計數(shù)器6進行復(fù)位(S3)時，計數(shù)器6根據(jù)預(yù)先確定的平均測定時間τ來開始計數(shù)(S4)。然后當達到平均測定時間τ時(S5中“是”的路徑)，取入計數(shù)值(S6)。然后為了算出平均值，檢查是否取入了規(guī)定次數(shù)的計數(shù)值(S7)，當已取入規(guī)定次數(shù)時(S7中“是”的路徑)，PC7根據(jù)取得的信號SL的脈沖數(shù)，算出各平均測定時間τ內(nèi)的信號SL的平均頻率Y(S8)，存儲在未圖示的存儲器中，并且算出把所算出的本次的平均測定時間τ內(nèi)的平均頻率Y與前1次的平均測定時間τ內(nèi)的平均頻率Y之差的平方除以2得到的值X，并存儲在存儲器中(S9)。
具體地，商值X通過X＝(Yk+1-Yk)2/2…(1)來算出。
在式(1)中，Yk+1是本次的平均測定時間τ內(nèi)的平均頻率，Yk是前1次的平均測定時間τ內(nèi)的平均頻率。
然后，當商值X的算出次數(shù)達到預(yù)先確定的次數(shù)M時(S10中“是”的路徑)，PC 7中止上述的計數(shù)值的取入和商值X的運算處理等(S11)，通過算出存儲在存儲器中的M個商值X的平均值并算出其平方根，從而算出信號SL的平均頻率Y的標準偏差σy(τ)(S 12)。即，標準偏差σy(τ)通過以下的式子(2)算出。
σY(τ)=Σk=1m-1xm-1---(2)]]>由此，PC 7在m次取入了計數(shù)器6的計數(shù)值之后，即，在從開始測定時起經(jīng)過平均測定時間τ×m的時間之后，能夠立即算出信號SL的平均頻率Y的標準偏差σy(τ)。
接著，PC 7判定算出的標準偏差σy(τ)是否小于等于預(yù)先確定的基準值(S13)，在判定為小于等于基準值時(S13中“是”的路徑)，在顯示畫面上顯示頻率穩(wěn)定性滿足基準值的表示(合格)(S14)。另一方面，在判定為大于基準值時(S13中“否”的路徑)，在顯示畫面上顯示頻率穩(wěn)定性為基準值以下，即是不合格品的表示(不合格)(S15)。然后，如果PC7在顯示了任一種判定結(jié)果之后沒有輸入再測定的指示，則經(jīng)過規(guī)定期間之后振蕩器1和2自動停止。
圖4是表示輸入信號SR與RMS分辨率之間的關(guān)系的圖?？v軸表示分辨率(Hz)，橫軸表示SR(V/S)。并且，把縱軸和橫軸都記作把單位轉(zhuǎn)換為mHz和V/μs后的表示。該圖中示出2種型號HP53132A(符號30)和CNT-90(符號31)的特性。從該圖中可明白，為了以足夠的分辨率來測定石英振蕩器的穩(wěn)定性，需要使計數(shù)門限時間為10ms左右且頻率分辨率為0.1mHz左右(圖4的Q點處的SR，即10V/μs)，普通的計數(shù)器只能得到10mHz左右(圖4的P點處的SR，即0.1V/μs)的分辨率。并且可以了解從P點至Q點分辨率線性地變化，Q點以后分辨率飽和。即，在輸入信號的SR與頻率分辨率之間，存在分辨率與SR成比例地變好的關(guān)系。但是，分辨率并不能無限地變好，存在著在某一SR處分辨率飽和的關(guān)系。因此，該值以上即使再提高SR，分辨率也不變化，若不慎提高SR僅會使得噪聲和抖動增加，因此把SR設(shè)定在該分辨率的飽和點附近是效率最佳的。
根據(jù)上述的本發(fā)明，通過對由波形整形電路5進行整形后的波形進行計數(shù)來提高頻率分辨率，根據(jù)通過計數(shù)器6所計數(shù)的脈沖數(shù)算出平均頻率，算出該算出的平均頻率的標準偏差，判定合格與否，因此能夠以高分辨率來進行測定，也能縮短測定時間。
并且，將在規(guī)定的門限時間內(nèi)輸入到計數(shù)器中的信號的通過速率設(shè)定在使該計數(shù)器6的頻率分辨率飽和的附近，因此避免了不需要的通過速率的設(shè)定，能夠高效地設(shè)定通過速率。
并且，濾波器4由低通濾波器或帶通濾波器構(gòu)成，因此能夠?qū)νㄟ^除去不需要的高次諧波而降低了噪聲的信號進行計數(shù)。
并且，波形整形電路5的通過速率設(shè)定在0.1V/μs～100V/μs的范圍內(nèi)，因此能夠?qū)?yīng)于振蕩器的精度來選擇通過速率。
權(quán)利要求
1.一種頻率穩(wěn)定性測定裝置，該頻率穩(wěn)定性測定裝置測定從任意的信號源所輸出的信號的頻率變動，其特征在于，該頻率穩(wěn)定性測定裝置具有基準信號輸出單元，其輸出基準頻率信號；混頻器，其輸出將從所述信號源輸出的信號與所述基準信號輸出單元輸出的基準信號混合后的信號；濾波器，其除去該混頻器的輸出信號的高次諧波；波形整形電路，其對從該濾波器輸出的信號的波形進行整形；計數(shù)器，其對由該波形整形電路進行波形整形后的信號的脈沖數(shù)進行計數(shù)；以及控制單元，其按照預(yù)先確定的測定周期算出各測定周期內(nèi)的從所述濾波器輸出的信號的平均頻率，算出該算出的平均頻率的標準偏差并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率穩(wěn)定性測定裝置，其特征在于，所述波形整形電路具有放大器，其放大從所述濾波器所輸出的信號的振幅；和振幅限制電路，其限制該放大器的輸出信號的振幅，在規(guī)定的門限時間內(nèi)的輸入所述計數(shù)器中的信號的通過速率被設(shè)定在使該計數(shù)器的頻率分辨率飽和的附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的頻率穩(wěn)定性測定裝置，其特征在于，所述濾波器是低通濾波器或帶通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的頻率穩(wěn)定性測定裝置，其特征在于，所述波形整形電路的通過速率在0.1V/μs～100V/μs的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供頻率穩(wěn)定性測定裝置，在濾波器與計數(shù)器之間插入波形整形電路，通過提高計數(shù)器的輸入信號的通過速率，提高頻率分辨率、測定穩(wěn)定性。該頻率穩(wěn)定性測定裝置(100)具有要測定的檢查對象振蕩器(1)；輸出基準頻率信號的基準輸出振蕩器(2)；將檢查對象振蕩器(1)輸出的信號與基準輸出振蕩器(2)輸出的基準信號混合并輸出的混頻器(3)；使混頻器(3)的輸出信號的低頻成分通過的濾波器(4)；將濾波器(4)輸出的信號的波形整形的波形進行整形電路(5)；計數(shù)由波形整形電路(5)波形整形后的信號脈沖數(shù)的計數(shù)器(6)；按預(yù)先確定的測定周期算出各測定周期內(nèi)的從濾波器(4)輸出的信號的平均頻率，算出該算出的平均頻率的標準偏差、輸出的個人計算機(7)。
文檔編號G01R23/14GK1920581SQ20061012182
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者服部雅史 申請人:愛普生拓優(yōu)科夢株式會社