[发明专利]一种双混频时差测量方法及测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种双混频时差法，具体地说是一种双混频时差测量方法及测量系统。

背景技术

双混频时差法是D.W.Allan在上世纪70年代提出的测量高稳定度原子钟的方法，发展到今天其已经成为对单一频率测量准确度最高的方法，国际上许多先进的时间频率实验室均采用这一方法进行时标的测量。

在双混频时差测量过程中常存在周期模糊现象。周期模糊现象是指在双混频时差系统比对时，参考信号和被测信号由于存在频率偏差，随着长时间的测量，参考信号和被测信号会发生重合或者周期跳转，进而导致测量不准的现象。

传统的方法采用时间间隔计数器测量时差，其工作原理是将被测信号Fin和参考信号Ref整形成低频信号，后经D触发器，再用一个异或门，以获取两个信号沿之间的时差。但是，由于计数器中的电路延时大于500ps，系统的分辨率大于100ps，如果两个时差小于100ps就不能准确测量。如图1所示，图中示出了参考信号Ref和被测信号Fin的信号沿之间的时差，分别为△t1、△t2、△t3、△t4和△t5′，但是，由于△t1小于100ps，随着时间的推移，系统在△t5′处将不能分辨出此时差是参考信号Ref的上升沿和下降沿之间的时差，导致计数器漏掉一次测量，最终使得测量结果不准确。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种双混频时差测量方法，以解决在双混频时差测量过程中常存在周期模糊现象的问题。

本发明的目的之二就是提供一种双混频时差测量系统，以实现快速、准确、实时地进行时差测量。

本发明是这样实现的：一种双混频时差测量方法，包括如下步骤：

a、选取一个不间断的公共源信号；

b、采用第一计数器和第二计数器分别实时获取所述公共源信号的频率计数并转换为时间计数；

c、判断参考信号和被测信号的上升沿是否到来，如果所述参考信号和所述被测信号的上升沿均未到来，则继续执行步骤c；如果有任一信号的上升沿到来或者两个信号的上升沿均到来时，则执行步骤d；

d、当所述参考信号的上升沿到来时，由第一锁存器对当前所述第一计数器所获取的时间计数值进行锁存，并由第三计数器对所述参考信号上升沿的个数进行计数，计数结果由第三锁存器进行锁存；当所述被测信号的上升沿到来时，由第二锁存器对当前所述第二计数器所获取的时间计数值进行锁存，并由第四计数器对所述被测信号上升沿的个数进行计数，计数结果由第四锁存器进行锁存；

e、读取所述参考信号和所述被测信号的上升沿到来时的时间计数值，同时读取所述参考信号和所述被测信号的上升沿个数，并将所读取的数据存入存储器内；

f、使所述存储器内所述参考信号上升沿的个数与所述被测信号上升沿的个数对齐；

g、从所述存储器内提取与所述参考信号和所述被测信号对齐个数相对应的时间计数值进行运算处理，得到时差值；

h、根据所述时差值计算频差、相差和阿伦方差，并将计算结果存入所述存储器内；

i、执行步骤c。

在所述步骤h与所述步骤i之间还包括有如下步骤：

j、判断所述存储器内所存储的数据是否达到存储器容量的上限，如果是，则执行步骤k；如果否，则执行步骤i；

k、删除所述存储器内对齐位置之前的数据，使剩余数据从所述对齐位置处前移，之后执行步骤i。

在所述步骤e与所述步骤f之间还包括有如下步骤：

l、判断所述第一计数器、所述第二计数器、所述第三计数器和所述第四计数器中是否有数据溢出，若任一计数器中有数据溢出，则执行步骤m；如果所有计数器中均未数据溢出，则执行步骤f；

m、对于有数据溢出的计数器，使其中的计数变量累加一个该计数器的满值，之后执行步骤f。

本发明所提供的双混频时差测量方法具有如下优点：

第一，本发明通过选取一个不间断的公共源信号，由两个计数器分别实时获取该公共源信号的时间计数值，在参考信号和被测信号的上升沿分别到来时，分别获取当前两个计数器的时间计数值，使参考信号和被测信号的上升沿个数对齐，并使与对齐个数相对应的两个时间计数值相减，即可得出准确的时差值。这种采用公共源信号的方式，完美地解决了传统异或门方式在沿重叠或两个沿时差小于硬件响应时间时不能进行准确测量的问题，即解决了双混频时差测量过程中常存在的周期模糊现象，而且对时差测量的脉冲宽度没有任何限制。