[发明专利]一种基于鉴频鉴相器的高精度反馈式频率测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于鉴频鉴相器的高精度反馈式频率测量装置及方法，该方法通过FPGA利用等精度测频法粗测被测时频脉冲的频率fx；DDS根据经过FPGA粗测过的fx自动合成频率fx’；将fx、fx’送入鉴频鉴相器进行鉴频鉴相，然后经电荷泵、低通滤波电路、A/D转换器后送至FPGA，FPGA对鉴频鉴相器得到的频率差处理后传递给DDS，形成负反馈频率测量系统，使得DDS根据频率差测量结果不断调整fx’，直至DDS稳定输出，从而实现对待测时频脉冲的精确测量。本发明在传统等精度测频的基础上，加入鉴频鉴相器模块，并利用负反馈系统的特性，使得频率测量系统的测量精度在等精度测频的基础上提高了5‑10倍，并且提高了频率测量系统的稳定性。

技术领域

本发明属于电子测量技术领域的频率信号测量技术，尤其涉及一种基于鉴频鉴相器的高精度反馈式频率测量装置及方法。

背景技术

高精度频率测量技术是现代电子测量技术中最基本、最重要的测量技术之一，在电子通讯、工业、国防等多个领域均有较为广泛的应用价值。随着科技的发展，对信息传输和处理的要求越来越高，所以需要更高精度的频率测量技术。

由于集成电路的高速发展，电子计数法因其具有测量速度快、测量过程自动化而被广泛应用。目前常用的测量频率的方法是直接计数法，分为M法、T法和M/T法，但是这3种方法都存在±1个字的计数误差问题。为了克服±1个字的计数误差，出现了游标法、相位重合检测法、模拟内插法等其他方法。游标法存在不易设计、高精度只能在短时间内保持等缺点；相位重合检测法虽然能实现高精度测量，但由于需要捕获被测信号和参考信号之间的相位重合点，故其测量闸门的时间不能太短；模拟内插法虽然大幅度提高了测量分辨率，但是存在转换时间过长、线性度较差等缺点。以上这些方法虽然都一定程度上提高了频率测量的精度，但是在实际使用中都存在一定的局限性，如测量稳定性差、闸门时间不确定等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有方案的不足，提供一种基于鉴频鉴相器的高精度反馈式频率测量装置及方法。本发明在等精度测频的基础上，引入了鉴频鉴相器模块，在闸门时间一定的情况下提高了频率测量的精度，且测量数据直接输出，易于查看。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于鉴频鉴相器的高精度反馈式频率测量装置，包括基准信号模块、倍频模块、FPGA、DDS直接数字频率合成器、鉴频鉴相器和被测时频信号；

所述基准信号模块产生基准信号并分成两路，一路信号连接到FPGA并作为FPGA工作的时钟源，另一路信号连接到倍频模块，对基准信号模块的信号倍频后作为DDS直接数字频率合成器工作的时钟源Fclk。

被测时频信号分成两路信号，一路作为FPGA的初步被测频率，另一路信号连接到鉴频鉴相器，与DDS直接数字频率合成器直接合成的频率信号进行鉴频鉴相。

所述DDS直接数字频率合成器在FPGA的控制下调整输出频率，首先FPGA进行粗测得到被测信号fx，DDS直接数字频率合成器根据其粗测结果，通过频率控制字M合成一个与被测信号fx接近的参考信号fx’；在鉴频鉴相器开启后，DDS直接数字频率合成器在FPGA的控制下，根据被测信号fx和DDS直接数字频率合成器自身合成的信号fx’鉴频鉴相的差值，不断调整DDS直接数字频率合成器的输出频率，直至达到稳定状态，由FPGA输出此时的测量结果。

进一步地，该装置还包括电荷泵、低通滤波器和AD转换器；所述电荷泵接收鉴频鉴相器的输出信号，产生参考信号与被测信号之间相位差的电流输出信号，所述低通滤波与电荷泵的输出连接，将电荷泵输出的电流信号转换为电压信号，并连接到AD转换器将模拟信号转换为数字信号，传递给FPGA；FPGA输出达到稳定状态时的测量结果。