专利名称：频率信号稳定度多路检定装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子领域，特别涉及一种频率信号稳定度多路检定装置。
背景技术：
根据国家计量检定规程和试验任务的客观要求，对原子频标日频率漂移率和日频率稳定度两项指标必须进行检定，原子频标的日频率漂移率和日频率稳定度都是与频率有关的参数，是在获得频率准确度的基础上计算出来的。对这两项指标的检定，一般采用两种方法比相法和比时法。现有技术中采用比相法对一台被测频率源进行检定时，需要一台比相仪和一台高稳定度的时钟源，若同时检定多台被测频率源，则需要多台比相仪和一台高稳定度的时钟源来完成；现有技术中采用比时法对被测频率源进行检定时，需要两台分频器分别对被测信号源、参考时钟源进行分频以得到秒信号(即lpps，pulse per second，每秒一次)，再将秒信号输入时间间隔计数器进行处理，若同时检定多台被测频率源，则需要多台分频器和时间间隔计数器来完成。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题现有的比相法和比时法，在同时检定多台被测频率源时，都存在着相应的检定设备的复用问题，造成耗时及设备成本的提高。

实用新型内容为了降低检定信号稳定度的成本，本实用新型实施例提供了一种频率信号稳定度多路检定装置，实现对多台被测频率源进行同时检定。所述技术方案如下本实用新型实施例提供了一种频率信号稳定度多路检定装置，具体包括多路分频模块、时间隔离计数器、锁存器和计算模块，所述时间隔离计数器分别与所述多路分频模块和所述锁存器进行连接，所述多路分频模块连接所述计算模块；所述多路分频模块包括N个互相独立的单一化电路，所述N为2个或大于2的整数，每个单一化电路接收被测时钟源信号和参考时钟源信号，对所述参考时钟源信号进行处理得到每路开门秒信号和每路关门秒信号，对所述被测时钟源信号进行分频得到分频信号，使所述分频信号的频率值小于或等于所述参考时钟源信号的频率值；并将所述每路开门秒信号、每路关门秒信号和分频信号发送给时间隔离计数器；获取所述锁存器保存的每路被测时钟源信号的频率值，将所述被测时钟源信号的频率值发送给所述计算模块；所述时间隔离计数器，根据所述多路分频模块发送的每路开门秒信号和每路关门秒信号对所述分频信号进行计数，得到每路被测时钟源信号的频率值的频率值，并将所述每路被测时钟源信号的频率值发送给锁存器；所述锁存器，用于保存所述时间隔离计数器发送的每路被测时钟源信号的频率值，并将所述每路被测时钟源信号的频率值发送给所述多路频率模块；所述计算模块，获取所述多路分频模块发送的每路被测时钟源信号的频率值，并对所述每路被测时钟源信号的频率值进行日漂移一次线性拟合及日稳定度的阿仑方差计算，得到每路被测时钟源信号的稳定度数据。其中，每个单一化电路包括隔离放大电路、计数器、锁存单元、微处理器、DDS单元和与门单元；所述隔离放大电路，对接收的被测时钟源信号进行隔离放大处理，并将处理后的信号一路输入所述计数器，另一路输入所述DDS单元；所述计数器，连接所述隔离放大电路和所述锁存单元，对所述隔离放大电路发送的信号进行计数得到所述被测时钟源信号的频率值，并将所述频率值发送给锁存单元；所述锁存单元，保存所述计数器发送的频率值，并将所述频率值发送给所述微处理器；所述微处理器，与所述锁存单元和所述与门单元进行连接，访问所述锁存单元中保存的被测时钟源信号的频率值，向所述DDS单元发送控制命令，并向所述与门单元发送控制信号；所述DDS单元，连接所述隔离放大电路，接收所述隔离放大电路输入的信号，并根据所述微控制器发送的控制命令对所述信号进行变频，输出频率时钟信号；所述滤波整形单元，连接所述DDS单元和所述与门单元，用于对所述DDS单元输出的频率时钟信号进行滤波处理得到滤波信号，并将所述滤波信号发送给所述与门单元；所述与门单元，对接收的所述滤波信号和所述控制信号进行与运算，当与运算结果为1时输出所述与运算结果。其中，所述微处理器通过命令字向所述DDS单元发送控制命令。 其中，所述滤波信号具体为数字信号。其中，所述计算模块具体包括拟合单元和计算单元，所述拟合单元对每路被测时钟源信号的频率值进行日漂移一次线性拟合得到每路被测时钟源信号的频率偏移率的参考值；所述计算单元根据所述每路被测时钟源信号的频率偏移率的参考值和阿仑方差计算式，得到被测时钟源信号的频率稳定度；其中，日漂移一次线性拟合为=(AfVf)i = (Ati+1-Ati)/t, f表示被测量时钟源信号的频率值，Δ ·/ ·表示被测量时钟源信号的频率偏移率的参考值，表示第i次测量的被测时钟源信号的频率偏移标准的时间，i表示测量次数，为大于1的整数；Atw-Ati 表征了两次测量的被测时钟源信号的频率偏移标准的时间差，t为测量被测时钟源信号的时间；
1 M-I阿仑方差计算式为σ2=1ΛΣ[(Δ///),+1-(Δ///).]2表
Am _ 1J /=1，
示阿仑方差平方值，M为采样点数，为大于1的整数。本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过在多路分频模块中设置若干个互相独立的单一化电路，并由每个单一化电路对信号稳定度进行检测，能够同时在检定装置中检测多路信号，避免了检定设备的复用，降低了检定信号稳定度的成本。


5[0028]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型实施例1中提供的频率信号稳定度多路检定装置的结构示意图；图2是本实用新型实施例2中提供的频率信号稳定度多路检定装置的结构示意图；图3是本实用新型实施例2中提供的单一化电路的结构示意图；图4是本实用新型实施例2中提供的时间间隔计数器的工作原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。实施例1参见图1，本实用新型实施例提供了一种频率信号稳定度多路检定装置，所述装置包括多路分频模块101、时间隔离计数器102、锁存器103和计算模块104，所述时间隔离计数器102分别与所述多路分频模块101和所述锁存器103进行连接，所述多路分频模块101 连接所述计算模块104 ；所述多路分频模块101包括N个互相独立的单一化电路，N为2个或大于2的整数，每个单一化电路接收被测时钟源信号和参考时钟源信号，对参考时钟源信号进行处理得到每路开门秒信号和每路关门秒信号，并对被测时钟源信号进行分频得到分频信号，使该分频信号的频率值小于或等于该参考时钟源信号的频率值；将每路开门秒信号、每路关门秒信号和分频信号发送给时间隔离计数器102，并获取锁存器103保存的每个被测时钟源信号的频率值，将被测时钟源信号的频率值发送给计算模块104 ；所述时间隔离计数器102，根据所述多路分频模块101发送的每路开门秒信号和每路关门秒信号对分频信号进行计数，得到每路被测时钟源信号的频率值，并将所述每路被测时钟源信号的频率值发送给锁存器103 ；所述锁存器103，用于保存所述时间隔离计数器102发送的每路被测时钟源信号的频率值，并将每路被测时钟源信号的频率值发送给多路分频模块101 ；所述计算模块104，获取多路分频模块101发送的每路被测时钟源信号的频率值， 并对所述每路被测时钟源信号的频率值进行日漂移一次线性拟合及日稳定度的阿仑方差计算，得到被测时钟源的稳定度数据。本实用新型实施例提供的装置，通过在多路分频模块中设置若干个互相独立的单一化电路，并由每个单一化电路对信号稳定度进行检测，能够同时在检定装置中检测多路信号，避免了检定设备的复用，降低了检定信号稳定度的成本。实施例2参见图2，本实施例提供了一种频率信号稳定度多路检定装置，具体包括多路分频模块201、时间隔离计数器202、锁存器203和PC机204，时间隔离计数器202分别与多路分频模块201和锁存器203进行连接，多路分频模块201连接PC机204 ；其中，多路分频模块201包括若干个互相独立的单一化电路2011，每个单一化电路接收每路被测时钟源信号和每路参考时钟源信号，对每路参考时钟源信号进行处理得到 IPPS的开门秒信号和IPPS的关门秒信号，对每路被测时钟源信号进行分频处理得到分频信号，使分频信号的频率值小于或等于参考时钟源信号的频率值；即每个单一化电路均对参考时钟源信号进行处理，得到IPPS的开门秒信号和 IPPS的关门秒信号，若有N个单一化电路，则分别得到相互独立的N路IPPS的开门秒信号和N路IPPS的关门秒信号；每个单一化电路对被测时钟源信号进行分频处理得到分频信号，使每路分频信号的频率值小于或等于参考时钟源信号的频率值，若有N个单一化电路， 则分别得到相互独立的N路分频信号。该多路分频模块201还将每路IPPS的开门秒信号和每路IPPS的关门秒信号发送给时间隔离计数器，获取锁存器203中保存的每路被测时钟源信号的频率值，将该被测时钟源信号的频率值发送给PC机204，由PC机204进行计算。时间隔离计数器202，接收多路分频模块201的每路单一化电路发送的每路IPPS 的开门秒信号、每路IPPS的关门秒信号和分频信号，并根据每路IPPS的开门秒信号和每路 IPPS的关门秒信号对分频信号进行计数，得到被测时钟源信号的频率值，并将被测时钟源信号的频率值发送给锁存器203。锁存器203，用于保存时间隔离计数器发送的被测时钟源信号的频率值，并将每路被测时钟源信号的频率值发送给多路分频模块201。PC机204中设有计算模块，用于从多路分频模块201中获取每路被测时钟源信号的频率值，并对每路被测时钟源信号的频率值进行日漂移一次线性拟合及日稳定度的阿仑方差计算，得到被测时钟源的稳定度数据。本实用新型的检定装置的基本原理为被测时钟源信号和参考时钟源信号输入多路分频模块，由多路分频模块对接收的被测时钟源信号和参考时钟源信号分别进行处理，其中，多路分频模块包括多个单一化电路，单一化电路的具体数目本发明不做限定，一般可以大于或等于被检测的被测时钟源信号的数目，以使每路被测时钟源信号通过每路对应的单一化电路进行检测。下面，以单一化电路处理被测时钟源信号1和参考时钟源信号为例来说明单一化电路的工作原理对于参考时钟源信号，处理后得到IPPS的开门秒信号和IPPS的关门秒信号，对于被测时钟源信号 1，进行分频处理，使分频处理后的被测时钟源信号1的频率值小于或等于参考时钟源信号的频率值；并将该IPPS的开门秒信号和IPPS的关门秒信号均送至时间隔离计数器进行计数。时间隔离计数器接收多路分频模块发送的每路参考时钟源的开门秒信号、每路参考时钟源的关门秒信号和每路被测时钟源的分频信号，根据每路开门秒信号和每路关门秒信号对每路被测时钟源信号进行计数，得到每路被测时钟源信号的频率值；并将该被测时钟源信号的频率值发送至锁存器进行保存。另外，多路分频模块还从锁存器中获取被测时钟源信号的频率值，并通过数据通信接口发送给PC机，由PC机中的计算模块对被测时钟源信号的频率值进行日漂移一次线性拟合及日稳定度的阿仑方差计算，得到被测时钟源的稳定度数据。其中，数据通信接口可以为RS232接口，RS(Recommend Standard)代表推荐标准，232是标识号。其中，参见图3，每个单一化电路2011包括隔离放大电路201 la、计数器201 Ib、锁存单元2011c、微处理器2011d、DDS单元2011e、滤波整形单元2011f和与门单元2011g ；隔离放大电路2011a，对接收的被测时钟源信号进行隔离放大处理，并将处理后的信号一路输入计数器2011b，另一路输入DDS单元201 Ie ；计数器2011b，连接隔离放大电路2011a和锁存单元2011c，对隔离放大电路2011a 发送的信号进行计数得到被测时钟源信号的频率值，并将频率值发送给锁存单元2011c ；其中，在多路分频模块中设置计数器，能够对被测时钟源信号的频率值进行粗略计数，使微处理器根据被测时钟源信号的频率值发送控制命令。锁存单元2011c，保存计数器2011b发送的频率值，并将频率值发送给微处理器 2011a ；微处理器2011d，与锁存单元2011c和与门单元2011g进行连接，访问锁存单元中保存的被测时钟源信号的频率值，向DDS单元2011e发送控制命令，并向与门单元2011g发送控制信号；DDS单元201 le，与隔离放大电路2011a进行连接，接收隔离放大电路2011a输入的信号，并根据微控制器2011a发送的控制命令对该信号进行变频，输出频率时钟信号。其中，DDS单元只负责将隔离放大电路输入进来的频率信号进行变频率，而变成多少是通过微处理器通过控制命令来决定的，实际应用中，微处理器发给与门单元的控制信号，是命令字形式的，只有为‘ 1’时，与门才有可能输出；微处理器发送给DDS单元的是数字信号，用于编程，而隔离放大电路给DDS的模拟信号，用于频率转换。滤波整形单元2011f，连接DDS单元2011e和与门单元2011g，用于对DDS单元 2011e输出的频率时钟信号进行滤波处理得到滤波信号，并将滤波信号发送给与门单元 2011g。其中，DDS单元输出的频率时钟信号是模拟信号，通过滤波整形单元对该模拟信号进行滤波整形后得到数字信号‘0’或‘1’，该数字信号同时与微处理器输出的数字信号‘0’ 或‘1，进行与门运算。与门单元2011g，接收滤波整形单元2011f发送的滤波信号和微处理器输出的控制信号，对滤波信号和控制信号进行与运算，当与运算结果为1时输出与运算结果。下面以被测时钟源1的单一化电路为例进行说明被测时钟源1加载到图3中的频率源信号端，经隔离放大电路处理后，一路信号输入计时器，另一路信号输入DDS单元中，其中，计数器对被测时钟源1进行计数，得到相应的被测时钟源的频率值，并将该被测时钟源的频率值发送至锁存单元进行保存；微处理器通过对锁存单元的访问得到被测时钟源1的频率值，并通过向DDS单元发送命令字，改写DDS单元中的被测时钟源1的频率信号的分频值，使DDS单元输出的信号为IPPS ；DDS单元输出的IPPS信号发送给滤波整形单元进行滤波整形处理，经滤波整形单元和微处理器控制的一路‘0’或‘1’信号送至，经过与门单元的‘与’运算输出受微处理器‘0’、‘1’控制的检测用Ipps的信号。多路分频模块中的其他单一化电路对于被测时钟源信号及参考时钟源信号的处理方式均相同，本发明实施例在此不再赘述。其中，本实用新型实施例中时间间隔计数器具体为高精度时间间隔计数器，该高精度时间间隔计数器工作时的开门信号和关门信号如图4所示，本实用新型实施例假设A 为参考时钟源，B为被测时钟源，同时被检定的时钟源N= 10台，采样的时间T为天，可以有如下的方案对N = 1的被测时钟源1，在某一天的早上6:01，微处理器给图4中参考时钟源 ‘与’门‘1’信号，当图4中A时钟源(即参考时钟源)上升沿触发时，与门单元的与运算得到‘1’，并启动高精度时间间隔计数器的开门信号，计数器开始计数；同时微处理器给图 4中被测时钟源1 ‘与’门‘1’信号，当图4中B时钟源(即被测时钟源)上升沿触发时，与门单元的与运算得到‘1’，并关闭高精度时间间隔计数器的计数操作，计数器停止计数；从而得到一个被测时钟源1与参考时钟源时差数据、。可以在次日早上6:01，重复执行上面过程，得到一个被测时钟源1与参考时钟源的时差数据t2，有At1 = t2-、，再重复上面At1的过程，存在如下关系Ati = ti+1-ti0对于其他的被测时钟源2、被测时钟源3……被测时钟源10的测量方法与上述测量被测时钟源1的方法一样，只是可以将测量时间选择在除了早上6:01以外的任何其他时间，如早上6:02、早上6:03、…早上6:10等均可。本实用新型实施例的采样时间为“天”， 且对每一台被测时钟源检定的时间都会间隔一天，因而本实用新型实施例利用了一天中的不同时间对不同的被测时钟源进行检测，相当于在一天内完成了 N台被测时钟源的测量， 实现了同时检定多台被测时钟源。本实用新型实施例提供的频率信号稳定度多路检定装置，可以在短时间内完成多台时钟源的检定，如N = 10台，其他时间可以让检定装置进行休息。根据上述检定装置的检定结果，计算出被测时钟源i的频率偏移率(AfVf)i = (Atw-Ati)/⑴；其中，f表示被测量时钟源信号的频率值，Δ f/f表示被测量时钟源信号的频率偏移率的参考值，Δ ti表示第i次测量的被测时钟源信号的频率偏移标准的时间，i表示测量次数，为大于1的整数；△ ti+1_ Δ ti表示两次测量的被测时钟源信号的频率偏移标准的时间差，t为测量被测时钟源信号的时间周期，在采样的时间T为“天”时，t = 86400秒。将上述被测时钟源i的频率偏移率代入阿仑方差计算式中，获取被测时钟源的稳定度信息，其中阿仑方差计算式具体为
ιM-Iσ2 = ——— X [(Δ/ / f)i+l - (Δ/ / /) J2
Am ~ 丄)/=1其中，频率稳定度的时域表征为阿仑方差，M为采样点数，为大于1的任意整数； σ 2表示阿仑方差平方值，根据阿仑方差计算式得到的Δ f/f表示被测时钟源的频率稳定度数据，ο 2越小，得到的被测时钟源的频率稳定度数据Δ f/f越好。本实用新型实施例提供的装置，通过在多路分频模块中设置若干个互相独立的单一化电路，并由每个单一化电路对信号稳定度进行检测，获取到阿仑方差，从而能够在同一时间内检定出多个被测时钟源的频率稳定度，避免了检定设备的复用，降低了检定信号稳定度的成本。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。[0079] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种频率信号稳定度多路检定装置，其特征在于，所述装置包括多路分频模块、时间隔离计数器、锁存器和计算模块，所述时间隔离计数器分别与所述多路分频模块和所述锁存器进行连接，所述多路分频模块连接所述计算模块；所述多路分频模块包括N个互相独立的单一化电路，所述N为2个或大于2的整数，每个单一化电路接收被测时钟源信号和参考时钟源信号，对所述参考时钟源信号进行处理得到每路开门秒信号和每路关门秒信号，对所述被测时钟源信号进行分频得到分频信号，使所述分频信号的频率值小于或等于所述参考时钟源信号的频率值；并将所述每路开门秒信号、每路关门秒信号和分频信号发送给时间隔离计数器；获取所述锁存器保存的每路被测时钟源信号的频率值，将所述被测时钟源信号的频率值发送给所述计算模块；所述时间隔离计数器，根据所述多路分频模块发送的每路开门秒信号和每路关门秒信号对所述分频信号进行计数，得到每路被测时钟源信号的频率值的频率值，并将所述每路被测时钟源信号的频率值发送给锁存器；所述锁存器，用于保存所述时间隔离计数器发送的每路被测时钟源信号的频率值，并将所述每路被测时钟源信号的频率值发送给所述多路频率模块；所述计算模块，获取所述多路分频模块发送的每路被测时钟源信号的频率值，并对所述每路被测时钟源信号的频率值进行日漂移一次线性拟合及日稳定度的阿仑方差计算，得到每路被测时钟源信号的稳定度数据。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个单一化电路包括隔离放大电路、计数器、锁存单元、微处理器、DDS单元和与门单元；所述隔离放大电路，对接收的被测时钟源信号进行隔离放大处理，并将处理后的信号一路输入所述计数器，另一路输入所述DDS单元；所述计数器，连接所述隔离放大电路和所述锁存单元，对所述隔离放大电路发送的信号进行计数得到所述被测时钟源信号的频率值，并将所述频率值发送给锁存单元；所述锁存单元，保存所述计数器发送的频率值，并将所述频率值发送给所述微处理器；所述微处理器，与所述锁存单元和所述与门单元进行连接，访问所述锁存单元中保存的被测时钟源信号的频率值，向所述DDS单元发送控制命令，并向所述与门单元发送控制信号；所述DDS单元，连接所述隔离放大电路，接收所述隔离放大电路输入的信号，并根据所述微控制器发送的控制命令对所述信号进行变频，输出频率时钟信号；所述滤波整形单元，连接所述DDS单元和所述与门单元，用于对所述DDS单元输出的频率时钟信号进行滤波处理得到滤波信号，并将所述滤波信号发送给所述与门单元；所述与门单元，对接收的所述滤波信号和所述控制信号进行与运算，当与运算结果为1 时输出所述与运算结果。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微处理器通过命令字向所述DDS单元发送控制命令。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述滤波信号具体为数字信号。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体包括拟合单元和计算单元，所述拟合单元对每路被测时钟源信号的频率值进行日漂移一次线性拟合得到每路被测时钟源信号的频率偏移率的参考值；所述计算单元根据所述每路被测时钟源信号的频率偏移率的参考值和阿仑方差计算式，得到被测时钟源信号的频率稳定度；其中，日漂移一次线性拟合为(Af/f)i = (Atw-Ati)/t，f表示被测量时钟源信号的频率值，Δ ·/ ·表示被测量时钟源信号的频率偏移率的参考值，表示第i次测量的被测时钟源信号的频率偏移标准的时间，i表示测量次数，为大于1的整数；Atw-Ati表征了两次测量的被测时钟源信号的频率偏移标准的时间差，t为测量被测时钟源信号的时间； 阿仑方差计算式为
专利摘要本实用新型公开了一种频率信号稳定度多路检定装置，属于电子领域。所述装置包括多路分频模块、时间隔离计数器、锁存器和计算模块，所述时间隔离计数器分别与所述多路分频模块和所述锁存器进行连接，所述多路分频模块连接所述计算模块，并在所述多路分频模块中设置若干个互相独立的单一化电路。本实用新型通过在多路分频模块中设置若干个互相独立的单一化电路，并由每个单一化电路对信号稳定度进行检测，能够同时在检定装置中检测多路信号，避免了检定设备的复用，降低了检定信号稳定度的成本。
文档编号G01R23/02GK202230133SQ20112026912
公开日2012年5月23日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者张霞, 雷海东 申请人:江汉大学