[发明专利]一种全响应时间的数字化频率稳定度测量方法

说明书

本发明公开了一种全响应时间的数字化频率稳定度测量方法，该方法在数字环境下，应用时钟游标效应和数字边沿效应抑制数字测量技术中存在的量化误差，并且结合数字鉴相算法对两个信号间的相位差进行测量，通过相位差得到频率稳定度，实现全响应时间的频率稳定度测量。此方法可以实现不同频率源的瞬态稳定度、短期稳定度和长期稳定度的准确测量，从本质上揭示不同频率源的频率稳定度随响应时间的变化规律。

技术领域

本发明涉及频率以及频率稳定度的测量技术，尤其是不同频率源的全响应时间的频率稳定度测量。广泛应用于通讯、电子工程、导航定位、时频领域等。

背景技术

传统的频率稳定度测量方法有很多，例如通过相位差测量的相位重合法，时间间隔测量和双混频时差法，通过频率测量的差拍法，频率倍增法以及模拟内插法等，这些测量方法大都基于闸门计数，只能测量ms及以上的频率稳定度，并且大都在模拟的环境通过计数闸门进行测量，虽然能达到一定的测量精度，但是存在着单点过零检测对噪声较为敏感、对线路性能要求严格，线路分辨率有限等问题，并且由于计数闸门无法太短，导致无法得到更短时间的频率稳定度指标，但是这些更短时间的频率稳定度的测量对于频率源的抖动，实时短期不稳定度以及远端相位噪声的描述具有重要的作用。

针对这些情况，提出了在数字平台下进行相位差测量，将模拟信号通过模数转换器转变成数字信号，对模数转换器的采样时钟频率进行控制，使得到的数字信号具有数字模糊区，应用数字边沿效应抑制量化误差，结合鉴相算法得到信号间的相位差，从而得到频率稳定度。对频率源全面的频率稳定度随响应时间的变化规律掌握，可以从本质上区分频率源的相位或者频率控制，这也是对频率源进行改进所必须要掌握的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种全响应时间的数字化频率稳定度测量方法，实现不同频率源的瞬态稳定度、短期稳定度和长期稳定度的测量，旨在从本质上揭示不同频率源的频率稳定度随响应时间的变化规律，区分频率源的相位或者频率控制。

本发明采取的技术方案是：一种全响应时间的数字化频率稳定度测量方法，其特征在于，在数字环境下，调节模数转换器的采样时钟频率，使采样时钟信号和模数转换器输入信号之间具有时钟游标效应。利用这种效应，用模数转换器代替数字混频器和数字滤波器提取采样时钟信号和输入信号之间的数字差拍信号，这样得到的数字差拍信号具有数字模糊区，并且保留了输入信号的瞬时相位，适当调节频率合成器，使数字差拍信号在比对信号的相位过零点区域有更多的采样点，通过鉴相算法完成对过零点区域采样点的瞬时相位的提取，实现瞬态稳定度的测量。同时结合数字边沿效应抑制量化误差，同样通过鉴相算法得到被测信号和参考信号的相位差，实现短期频率稳定度和长期频率稳定度的测量。

结合时钟游标效应，以模数转换器代替数字混频器和低通滤波器完成数字下变频，它得到的数字差拍信号，每个采样点都是直接来源于模数转换器的输入信号，采样点依旧保留着原信号的瞬时相位，通过提取这种瞬时信息就能获得信号的瞬态稳定度。

测量瞬态稳定度时，被测信号和参考信号分别输入模数转换器的两个通道，两个通道在同一个采样时钟的控制下对两路信号采样，适当调节移相器和采样时钟信号的频率，使更多的采样点位于信号的相位过零点区域，对这些过零点区域的采样点进行反正弦鉴相，得到参考信号和被测信号之间的瞬时相位差，通过瞬时相位差算出瞬态频率稳定度。

全响应时间的频率稳定度测量方法，其特征在于，位于信号过零点区域的采样点所对应的相位分辨率最高，线性度最好，模数转换器所对应的相位分辨率最高。过零点处的相位分辨率P_p计算公式为：

公式中U_cc为模数转换器的测量量程，U_c为模数转换器输入信号的最大幅值，f_A为输入信号的频率。