[发明专利]一种高速稳定的宽频带频率计数方法、系统及存储介质

说明书

本发明一种宽频带频率计数方法、系统及存储介质，所述方法包括：预先对50MHz内部时钟信号进行倍频以增加计数密度；根据输入信号的期望频率f，对输入信号进行鉴频，若该期望频率f的鉴频结果大于阈值f_thr，则首先对其进行降频处理，使其频率降至阈值f_thr以下后输出；否则，直接将其输出；将输出的频率转换为数字信号，并将该数字信号的频率分频至计数时钟频率的1/2以下；对分频后数字信号进行计数；根据计数结果获取输入信号的实际频率值；其中，1.5GHz≤f_thr≤2GHz。本发明可实现对宽频带频率的精确计数。

技术领域

本发明涉及频率计数方法，尤其涉及一种高速稳定的宽频带频率计数方法、系统及存储介质。

背景技术

绝对量子重力仪是一种以原子作为质量体对重力进行测量的高精密仪器，以铷的一种同位素Rb₈₇作为质量体为例，其重力测量原理如下：在进行重力测量测量之前，首先通过由磁场及冷却光束构成的（二维磁光阱和）三维磁光阱进行冷原子制备，关闭三维磁光阱的磁场及冷却光束使得原子自由下落，原子下落过程中通过blow光束将对能级磁场敏感的原子吹散，提纯对磁场不敏感的原子，而后开启拉曼光束诱导Rb₈₇原子发生干涉，之后关闭拉曼光、开启探测光对Rb₈₇原子处于两个基态能级的原子数比例进行探测，最终根据拉曼光束的频率和原子数比例计算得出所在重力场的重力值。这一过程中，吹送光束、blow光束、拉曼光束及探测光束均由同一激光器提供，且四者的频率互不相同，不同光束的切换需要在极短的时间内完成，以吹送光束与blow光束为例，两者的时间间隔仅为2-3ms，因此，激光器跳频后的锁频速度直接影响相应光束的频率稳定性，进一步影响重力测量精度；基于此，如何在如此短的时间段内完成激光器出射频率的跳转及迅速锁频，尽量降低或避免频率抖动，是目前绝对量子重力仪激光光源频率控制方面的主要难点，也是提高绝对量子绝对重力仪性能指标的关键因素之一。

激光的跳频及锁频过程通过电压控制实现，这就使得该过程中频率电压转换的精确度、速度等对激光跳频、稳频过程具有直接影响。公开号CN107315440A的中国专利公开了一种高速宽频带频率电压转换电路，该电路通过输入信号的连续两个上升沿对MOS管进行开关，继而对电容C进行充电，这样，其开关的时间长短决定了电容的充电时长，继而导致在不同频率时经过电容积分的两端电压值呈现出差异；由于电容充电电流的非线性，相应的，频率与电压的关系也呈现出非线性，同时因为MOS管的响应速度相对较慢，对于高频信号分辨能力较差，频率与电压的对应斜率较小，不能保证频率电压转换精度。

ADI公司也推出过专门的用于频率电压转换的芯片，只需要搭建简单的外部电路就可以实现功能，方便工程师进行开发，中北大学发表的学术文章《一种频率/电压转换电路的设计》基于的就是这种方法。该方法通过比较器将输入信号转换成数字信号，输入AD650频率电压转换芯片，该芯片输出的即为对应频率的电压。但受限于芯片的性能，无法实现对频率为1MHz以上信号的分辨；此外，由于芯片温漂的存在，即使在频率量程内也无法实现高精度的转换。

公开号CN 202998070 U的中国专利公开了一种数字型频率电压转换电路，该电路课采用数字式的鉴频方法，通过单片机对输入频率进行计数，采用“时间/周期”测频法对信号的频率进行精确测量，将该测量结果经处理后增加对应比例，再由数字模拟转换器输出对应电压。该专利描述的方法对于低频信号有较好的分辨能力，且电压与频率的对应关系为线性，但受限于单片机的性能，对于高频段的信号不能准确分析，即其不能实现“宽频带”的频率电压转换。

此外，上述的频率电压转换方法普遍采用单片机的系统时钟对输入的数字信号进行计数，受限于奈奎斯特采样定律，当输入信号接近系统时钟的二分之一时，计数将失效。所以只能在0.5Hz~20KHz频率段工作。同时单片机的电平逻辑比较固定，当输入信号的幅度较小时无法触发对应的门电路，继而使得处理器对输入信号产生误判。

发明内容