專利名稱：一種測量微小頻率偏差的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量技術(shù)，尤其涉及一種測量微小頻率偏差的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
高精度時(shí)鐘的使用使得對時(shí)鐘測量的精度要求越來越高。傳統(tǒng)的測量頻 率方法有頻率計(jì)數(shù)法和周期計(jì)時(shí)法兩種。頻率計(jì)數(shù)法是在一個(gè)固定的時(shí)間內(nèi) 對被測信號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)正比于信號(hào)頻率，此方法適用于較高頻
率的測量；周期計(jì)時(shí)法是對被測量信號(hào)的一個(gè)或固定幾個(gè)周期進(jìn)行計(jì)時(shí)，該 時(shí)間反比于被測量信號(hào)的頻率，此方法適用于低頻信號(hào)的測量。
在實(shí)際使用中，我們經(jīng)常會(huì)需要用到一些頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(如頻率為5M、 IOM的信號(hào))，但由于技術(shù)上的限制，往往由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)的頻率 都與要求的標(biāo)準(zhǔn)值有一定的微小偏差。由于該值很小，所以使用者很難使用 上述兩種傳統(tǒng)方法測量出該偏差的準(zhǔn)確值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種測量微d、頻率偏差的系統(tǒng)及方法。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明提供了一種測量微小頻率偏差的系統(tǒng)，包括兩個(gè)頻率放大模塊、 混頻器、低通濾波器、波形變換模塊和頻率測量模塊；
第一、第二頻率放大模塊分別用于將基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)進(jìn)行頻率放大 后發(fā)送給所述混頻器；
所述混頻器用于將放大后的所述基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)混頻后下變頻得 到的信號(hào)后發(fā)送給所述低通濾波器；
所述低通濾波器用于將中頻信號(hào)濾出后發(fā)送給所述波形變換模塊；
所述波形變換模塊用于將所述濾出的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出
給所述頻率測量模塊；
所述頻率測量模塊用于對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測量后得到所述微小頻率 偏差。
進(jìn)一步地，所述頻率測量模塊用所述基準(zhǔn)信號(hào)作為采樣時(shí)鐘，對所述數(shù) 字信號(hào)進(jìn)行頻率測量。
進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括第三頻率放大模塊，其用于將所述基準(zhǔn)信號(hào) 放大后發(fā)送給所述頻率測量模塊；所述頻率測量模塊將所述放大后的基準(zhǔn)信 號(hào)作為采樣時(shí)鐘，對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量。
進(jìn)一步地，所述頻率測量模塊為現(xiàn)場可編程門陣列模塊。
進(jìn)一步地，所述第一、第二頻率放大模塊分別為兩個(gè)頻率綜合器，其用 于將所述基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)分別放大整數(shù)倍或非整數(shù)倍。
進(jìn)一步地，所述第三頻率放大模塊為一倍頻器，其用于將所述基準(zhǔn)信號(hào) 放大整數(shù)倍。
本發(fā)明還提供了 一種應(yīng)用上述系統(tǒng)測量微小頻率偏差的方法，包括以下 步驟
a、 第一、第二頻率放大模塊分別將基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)進(jìn)行頻率放大 后發(fā)送給混頻器；
b、 所述混頻器將放大后的所述基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)混頻后下變頻得到 的信號(hào)后發(fā)送給低通濾波器；
c、 所述低通濾波器將中頻信號(hào)濾出后發(fā)送給波形變換模塊；
d、 所述波形變換模塊將所述濾出的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出給 頻率測量模塊；
e、 所述頻率測量模塊對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量，得到所述微小頻 率偏差。
進(jìn)一步地，步驟e中，所述頻率測量模塊用所述基準(zhǔn)信號(hào)作為采樣時(shí)鐘， 對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量。率測量模塊用經(jīng)第三頻率放大模塊放大后 的基準(zhǔn)信號(hào)作為采樣時(shí)鐘，對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量。
進(jìn)一步地，步驟a中，所述第一、第二頻率放大模塊分別為兩個(gè)頻率綜 合器，其將所述基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)分別放大整數(shù)倍或非整數(shù)倍。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明引入頻率綜合器對基準(zhǔn)頻率和待測頻率均進(jìn) 行倍頻，同時(shí)也將頻率偏差放大。又在倍頻的頻率選取上，選取不同的倍頻 值，這樣，混頻后就產(chǎn)生了包含放大的頻率偏差的中頻信號(hào)，使得后級(jí)的低 通濾波器易于將此中頻信號(hào)濾出。這種引入中頻混頻的方法， 一方面保證了 將頻率偏差放大，另一方面使變換后的中頻信號(hào)容易濾出，避免混頻后高階 分量的干擾，提高了可實(shí)現(xiàn)性。
此外，本發(fā)明還使用FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編 程門陣列)模塊作為頻率測量模塊，使用倍頻后的基準(zhǔn)頻率作為采樣頻率， 能夠?qū)崿F(xiàn)對放大了的微小頻率偏差信號(hào)進(jìn)行快速、高精度的頻率測量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中測量微小頻率偏差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例中測量雙恒溫晶體振蕩器(OCXO)所用系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
如圖1所示，測量微小頻率偏差的系統(tǒng)包括兩個(gè)頻率綜合器、混頻器、 低通濾波器、波形變換模塊、倍頻器、頻率測量模塊(可以為FPGA模塊， 但不限于采用此模塊)。
其中
頻率綜合器1、 2分別用于將基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)進(jìn)行頻率放大后發(fā)送 給混頻器，由此放大了頻率偏差；
混頻器用于將放大后的基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)混頻，下變頻得到包含放大
的頻率偏差的中頻信號(hào)，再發(fā)送給低通濾波器；
低通濾波器用于將包含放大的頻率偏差的中頻信號(hào)濾出后發(fā)送給波形 變換模塊；
波形變換模塊用于將模擬的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給頻率測 量模塊；
倍頻器用于把基準(zhǔn)信號(hào)倍頻給頻率測量模塊作為工作時(shí)鐘；
頻率測量模塊用于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的頻率計(jì)數(shù)法和周期計(jì)時(shí)法對接收 到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量，從而計(jì)算出微小頻率偏差。
設(shè)基準(zhǔn)頻率為/。，待測頻率為/。 + A/,則利用本發(fā)明測量微小頻率偏差 A/的步驟，包括
步驟A、用頻率綜合器1、 2分別放大基準(zhǔn)頻率/。和待測頻率/。 + A/到 A。x/。和&><(/。 + △/),其中，&>0, &>0,且A。t^;用倍頻器將基準(zhǔn)頻率/。 倍頻到&x/。后，給頻率測量模塊作采樣時(shí)鐘，其中，^為正整數(shù)。也可以 直接使用/。作為采樣時(shí)鐘；
步驟B、混頻器將放大后的基準(zhǔn)頻率和待測頻率混頻后下變頻得到的信 號(hào)發(fā)送給低通濾波器；
步驟C、低通濾波器將中頻信號(hào)^x(/。+A/)-A。x/。濾出后發(fā)送給波形變
換模塊；由于固有中頻的引入，便于低通濾波器將高次諧波差頻產(chǎn)生的干擾 ""5"濾、出;
步驟D、波形變換模塊將上述中頻信號(hào)^x(/。+A/)-it。x/。變成邏輯可識(shí)
別的數(shù)字信號(hào)，輸入到頻率測量模塊；
步驟E、頻率測量模塊用/?；虮额l后的&x/。作采樣時(shí)鐘，對包含放大頻
率偏差的中頻信號(hào)& x(/。 + A/)-A。x/。進(jìn)行頻率測量，得到A/ 。
由上述方法可以看出，增大倍頻器的倍頻倍數(shù)&和增加頻率綜合器&、 ^可以提高頻率偏差測量的精度，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，這三個(gè)值的選擇應(yīng) 參照具體的精度要求。
下面用本發(fā)明的一應(yīng)用實(shí)例進(jìn)一步加以i兌明。
在測量雙恒溫晶體振蕩器(OCXO)的頻率偏差時(shí)，其原理框圖如圖2 所示。由于需要對待測OCXO模塊在不同控制電壓下的頻率偏差進(jìn)行測量， 所以在現(xiàn)有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，又增加了單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片兩個(gè)部分?；鶞?zhǔn)
信號(hào)(即頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào))由銫鐘輸出。通過選擇合適的A:。 ， 和fc2值，可以
在1秒內(nèi)測試出ocxo晶體在不同控制電壓下輸出頻率與基準(zhǔn)頻率的微小
偏差值，測試精度可以達(dá)到k-1。。用單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出不同的控 制電壓，再從頻率測量模塊中讀出測試得到的頻率偏差顯示給用戶，則可以
測量出ocxo晶體輸出頻率是否滿足指標(biāo)要求。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的 形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種測量微小頻率偏差的系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個(gè)頻率放大模塊、混頻器、低通濾波器、波形變換模塊和頻率測量模塊；第一、第二頻率放大模塊分別用于將基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)進(jìn)行頻率放大后發(fā)送給所述混頻器；所述混頻器用于將放大后的所述基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)混頻后下變頻得到的信號(hào)后發(fā)送給所述低通濾波器；所述低通濾波器用于將中頻信號(hào)濾出后發(fā)送給所述波形變換模塊；所述波形變換模塊用于將所述濾出的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出給所述頻率測量模塊；所述頻率測量模塊用于對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測量后得到所述微小頻率偏差。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率測量模塊用所述基準(zhǔn)信號(hào)作為釆樣時(shí)鐘，對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 頻率測量。
3、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第三頻率放大模塊，其用于將所述基準(zhǔn)信號(hào)放大后發(fā)送 給所述頻率測量模塊；所述頻率測量模塊將所述放大后的基準(zhǔn)信號(hào)作為釆樣 時(shí)鐘，對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量。
4、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述頻率測量模塊為現(xiàn)場可編程門陣列模塊。
5、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二頻率放大模塊分別為兩個(gè)頻率綜合器，其用于將所述基 準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)分別放大整數(shù)倍或非整數(shù)倍。
6、 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述第三頻率放大模塊為一倍頻器，其用于將所述基準(zhǔn)信號(hào)放大整數(shù)倍。
7、 一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)測量微小頻率偏差的方法，其特征在 于，包括以下步驟a、 第一、第二頻率放大模塊分別將基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)進(jìn)行頻率放大 后發(fā)送給混頻器；b、 所述混頻器將放大后的所述基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)混頻后下變頻得到 的信號(hào)后發(fā)送給低通濾波器；c、 所述低通濾波器將中頻信號(hào)濾出后發(fā)送給波形變換模塊；d、 所述波形變換模塊將所述濾出的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出給 頻率測量模塊；e、 所述頻率測量模塊對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量，得到所述微小頻 率偏差。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟e中，所述頻率測量模塊用所述基準(zhǔn)信號(hào)作為采樣時(shí)鐘，對所述數(shù) 字信號(hào)進(jìn)行頻率測量。
9、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟e中，所述頻率測量模塊用經(jīng)第三頻率放大模塊放大后的基準(zhǔn)信號(hào) 作為采樣時(shí)鐘，對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量。
10、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟a中，所述第一、第二頻率放大模塊分別為兩個(gè)頻率綜合器，其將 所述基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)分別放大整數(shù)倍或非整數(shù)倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量微小頻率偏差的系統(tǒng)，包括兩個(gè)頻率放大模塊、混頻器、低通濾波器、波形變換模塊和頻率測量模塊。采用該系統(tǒng)測量微小頻率偏差的方法，包括第一、第二頻率放大模塊分別將基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)進(jìn)行頻率放大后發(fā)送給混頻器；混頻器將放大后的基準(zhǔn)信號(hào)和待測信號(hào)混頻后下變頻得到的信號(hào)后發(fā)送給低通濾波器；低通濾波器將中頻信號(hào)濾出后發(fā)送給波形變換模塊；波形變換模塊將濾出的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸出給頻率測量模塊；頻率測量模塊對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測量，得到微小頻率偏差。采用本發(fā)明，可以對微小頻率偏差信號(hào)進(jìn)行快速、高精度的頻率測量。
文檔編號(hào)G01R23/00GK101183124SQ20071019475
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者尹紹剛, 范振峰 申請人:中興通訊股份有限公司