[发明专利]一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法

说明书

本发明公开了一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法，包括阻抗匹配模块、信号采集模块、数据实时处理模块和相位差及频率稳定度计算模块；包括以下步骤：A、阻抗匹配：两路输入信号经过与采集电路的阻抗匹配，转化为适合的幅度，然后被高速采集电路转化为数字信号；B、高速数据采集；C、数据实时处理；D、相位差及频率稳定度计算。该高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法，不仅达到最小计算资源占用下的实时处理，并给上位机处理提供信息完整且数据量小的等效频率数据，而且通过改进计算流程，达到快速且高精度计算相位差及频率稳定度的目的。

技术领域

本发明涉及时间频率检测技术领域，具体为一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法。

背景技术

现有技术中，频率稳定度的测试原理是用一路参考频率信号与一路被测频率信号进行相位比对，在两路信号标称频率值相同的情况下，通过测量两者之间的相位变化，进而检测被测信号相对于参考信号的(一般以阿伦方差为表征的)频率稳定度。

常用的频率稳定度测试方法有“比相法”、“多级频差倍增法”两种。其中，前者的缺陷在于鉴相器于输入电平过零点时存在“死区”，而消除“死区”的硬件代价较大，且效果不理想，同时在整流和放大环节会引入电噪声，使得设备的信噪比降低；后者的缺陷在于倍频器和混频器会引入噪声，倍频级数越高则噪声越大。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备及方法，具备硬件简单、测量噪声低、可靠性好以及成本低廉的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速采样全数字化频率稳定度的测试设备，包括阻抗匹配模块、信号采集模块、数据实时处理模块和相位差及频率稳定度计算模块。

一种高速采样全数字化频率稳定度的测试方法，包括以下步骤：

A、阻抗匹配：两路输入信号经过与采集电路的阻抗匹配，转化为适合的幅度，然后被高速采集电路转化为数字信号；

B、高速数据采集：参考信号FR和FM(其标频为F0)被采样后分别与数据处理CPU内部产生的正弦数据FH(FH频率为F0-FD，FD为差频载波频率，一般远小于F0)相混频，也就是将数据相乘，再经过低通滤波器LP1后得到差频信号，其标频为FD；

C、数据实时处理：①为降低发送到上位机的数据量，需对数据进行多级滤波-抽取，以将信号采样频率降低到后续CPU处理可接受的范围，②为防止信号含有带外成分使得采样混叠，每做一步选抽前均需对信号进行低通滤波，滤波器为LP2，最后将低采样码率的数据流发送至PC或其它CPU上位机进行后续处理；

D、相位差及频率稳定度计算：①将正弦数据(即经过实时处理后的低码率信号数据)进行整段集中处理，计算出两路数据的相对相位差，②为进一步滤出除数据中的噪声，需对初步计算的相位数据进行低通滤波，③依次计算出两路数据的完整相位差数据、频率差以及相对频率稳定度。

优选的，所述步骤C中信号采样的初始频率和后期频率分别为100M/S、1M/S，且参考信号和被测信号一般在FPGA或多核DSP上进行并行处理。

优选的，所述步骤D-①的具体内容如下，

两路数据分别与数据处理CPU内部产生的正弦数字信号进行混频，也就是将数据相乘，得到的数据经过低通滤波，保留0频率附近的低频成分，再采用反正弦的方法计算每路数据的相位，得到-π～π的相位数据，然后将此相位数据进行解缠，恢复相位中的直线倾斜成分，最后将两路信号的相位直线倾斜成分相减即可得到直线倾斜成分的相位差。

优选的，所述步骤D-②的具体内容如下，