时间与频率测量.ppt

4.4.1多周期同步测量技术4.4高分辨时间与频率测量技术1.周期倍乘—测周减小量化误差和触发误差2.倒数计数器—测频闸门时间=被测信号整周期数。被测信号计数Nx同步闸门的测量N0Nx无±1误差，N0存在±1误差，但一般N0较大，±1/N0较小。实现不同闸门时间内的等精度测量。第30页,共49页，星期六，2024年，5月多周期同步测量第31页,共49页，星期六，2024年，5月4.4.2模拟内插法减小量化误差受时基和计数器工作频率、计数容量限制。内插法：测量量化单位以下的尾数(零头时间)。Tx=T0+T1-T2基本思路：对T1和T2作时间扩展（放大）后测量。三次测量时间扩展电路校准第32页,共49页，星期六，2024年，5月4.4.3游标法游标卡尺原理，利用相差很微小的两个量，对量化单位以下的差值进行多次叠加，直到叠加的值达到一个量化单位为止，通过计算获得较精确的差值。 双游标法测量两个零头时间分辨力由T01提高到了T01/K。第33页,共49页，星期六，2024年，5月4.4.4平均法多周期测量实际属于硬件上的平均。多次测量取平均：利用随机误差的抵偿性，减小测量误差。多次测量平均有效性的前提：量化误差的随机性。时基脉冲的随机调相技术：采用齐纳二极管产生噪声对时基脉冲进行随机相位调制，使时基脉冲具有随机相位抖动。第34页,共49页，星期六，2024年，5月4.5微波频率测量技术4.5.1变频法变频法（外差法）：将被测微波信号经差频变换成频率较低的中频信号，再由电子计数器计数。 混频器差频放大器电子计数器谐波滤波器（YIG电调滤波器）谐波发生器（阶跃恢复二极管）输入fxfI输入fs输出Nfs扫描捕获电路检波器fI（＝fx-Nfs）谐波Nfs幅度低，灵敏度低，但分辨力高。当中频信号落在差频放大器的通频带内时，检波器输出信号停止扫描电路扫描。第35页,共49页，星期六，2024年，5月4.5.2置换法利用一个频率较低的置换振荡器的N次谐波，与被测微波频率fx进行分频式锁相，把fx转换到较低的频率fL（100MHz以下）。主通道：fI=fx-NfL=fsfx=fs+NfL辅助通道：确定N锁相环路增益高，灵敏度高，分辨力差。第36页,共49页，星期六，2024年，5月4.6频率稳定度测量和频率比对晶振的老化与漂移，需要定期校准（微调）。“频率计量”主要内容为“频率稳定度”。1、频率准确度：实际频率值fx对其标称值f0的相对频率偏差。2、频率稳定度：频率准确度随时间的变化频率稳定度引入时间概念，在一定时间间隔内的频率稳定度长期——年、月、日； 短期——秒级稳定度。4.6.1频率稳定度的概念第37页,共49页，星期六，2024年，5月3.长期频率稳定度长期稳定度是指石英谐振器老化引起的振荡频率在其平均值上的缓慢变化，即频率的老化漂移。 多数高稳定的石英振荡器，经过足够时间的预热后，频率老化漂移往往呈现良好的线性(增加或减少)。日老化率最小二乘拟合，计算斜率日波动老化漂移+随机起伏日老化率和日波动长期稳定度第38页,共49页，星期六，2024年，5月4.6.2短期频率稳定度的表征及测量1、短稳的时域表征—阿伦方差频率稳定度定义——相对频率起伏 由于噪声引起寄生调频、调相，频率准确度和频率稳定度均为时间t的函数。将频率源输出信号作为随机过程为瞬时相位（起伏变化）瞬时频率相对频率起伏第39页,共49页，星期六，2024年，5月短稳的时域表征标准偏差 相对频率起伏为随机变量，用取样方差表示误差对f(t)作n次测量，用贝塞尔公式计算其估计值。实际fi是平均值（P175）广义阿仑方差 当存在闪烁相位噪声（1/f低频噪声）时，上述标准偏差将发散。 将上述N次测量重复多次（m组），可以证明：m个标准偏差的平均值的极限存在。【闪变噪声】一种在低频（1kHz）下具有很大影响的噪声，来源可能是半导体内部或表面的各种杂质、缺陷等所造成的一些不稳定性因素，引起的噪声电流均方值与交流信号频率之间近似有反比关系，常常称这种噪声为1/f噪声。第40页,共49页，星期六，2024年，5月短稳的时域表征fi’和fi为相邻（无间隙）两次测量值，并将其作为一组，共进行m组测量得到2m个数据。阿仑方差描述相邻两次频率值的起伏变化。1/f噪声在相邻两次测量中无影响。秒级稳定度的阿仑方差检定规程：取样时间1s，组数100。阿伦方差N=2,T=时，为阿仑方差