同序比相测频方法及高精度频率计技术

一种同序比相测频方法，其特征在于它是将待测信号ｆ＃－［ｘ］与标准频率信号ｆ＃－［０］进行同序化处理后利用自然的相位变化规律，通过比相电路产生ｆ＃－［ｘ］和ｆ＃－［０］的相位符合脉冲检测信号，控制计数器闸门的开启或关闭，在计数器闸门开启时间内记录ｆ＃－［ｘ］和ｆ＃－［０］的严格多倍周期值Ｎ＃－［ｘ］和Ｎ＃－［０］，进而计算出：ｆ＃－［ｘ］＝（Ｎ＃－［ｘ］／Ｎ＃－［０］）ｆ＃－［０］。根据上述测定方法设计的高精度频率计由同序电路、比相电路、信号调理电路、倍频电路、频率综合电路、计数器、时基形成电路、单片机组成。本发明专利技术通过将ｆ＃－［ｘ］与ｆ＃－［０］进行同序化处理，使输出的ｆ＃－［ｘ］和ｆ＃－［０］在计数器闸门预开启时总是保持确定的时序关系，同序的ｆ＃－［ｘ］和ｆ＃－［０］经相位比较电路产生下一个相位符合检测脉冲去控制闸门的开启和关闭，避免了开门与关门相位符合信号一致性不够好的缺陷，可适应宽频率范围，提高测频分辨率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电子与频率测量
，具体涉及一种频率的测量方法及利用该方法所设计的频率计。本专利技术是采用下面的技术方案解决上述技术问题的，其特征在于它是将待测信号fx与标准频率信号f0先进行同序化处理，然后利用同序的待测信号fx与标准频率信号f0自然的相位变化规律，通过比相电路产生fx和f0的相位符合脉冲检测信号，控制计数器闸门的开启或关闭，在计数器闸门开启时间内记录待测信号fx和标准频率信号f0的严格多倍周期值Nx和N0，进而计算出fx=NxN0f0.]]>本专利技术在同序电路前还配合设置了倍频电路和频率综合电路，通过倍频fx和通过频率综合电路调整标准频率f0，控制频差Δf大小及f0，然后采用公式Δff0=Δf/f02T]]>计算频率分辨率，其中频差Δf＝fx-f0，T为闸门时间。本专利技术根据上述测定方法设计了高精度频率计，其特征在于它是由同序电路、比相电路、信号调理电路、倍频电路、频率综合电路、计数器、时基形成电路、单片机组成，所述同序电路由方波上升沿尖脉冲形成电路、尖脉冲相位符合检测电路、延时电路及计数器闸门预置电路相互连接而成，待测信号fx分别通过方波上升沿尖脉冲形成电路、尖脉冲相位符合检测电路和可控制闸门的预开启时刻的闸门预置电路与主闸门电路和时基电路连接，同时通过延时电路与比相电路连接，标准频率信号f0分别通过方波上升沿尖脉冲形成电路、尖脉冲相位符合检测电路和闸门预置电路与主闸门电路和时基电路连接，同时与比相电路连接；比相电路由方波上升沿尖脉冲形成电路和尖脉冲相位符合检测电路相互连接而成。同序电路前还可设可对较低频率待测信号进行倍频处理的倍频电路和调整频率综合电路，倍频电路与同序电路输入端相接，频率综合电路与同序电路另一输入端相接。所述同序电路和比相电路中方波上升沿尖脉冲形成电路采用门电路窄脉冲形成电路，尖脉冲相位符合电路采用与非门电路，延时电路采用双非门电路，闸门预置电路采用D触发器。本专利技术通过将待测信号fx与标准频率信号f0进行同序化处理，使得同序电路输出的fx和f0在计数器闸门预开启时总是保持确定的时序关系，同序的fx和f0经相位比较电路产生下一个相位符合检测脉冲去控制闸门的开启或关闭，这样就避免了现有技术中开门相位符合信号与关门相位符合信号的一致性不够好的缺陷，可适应宽频率范围，提高测频分辨率，因而具有更高的频率测量精度。根据本专利技术设计的高分辨率频率计频率测量精度可达到10-12量级(一秒闸门时间)，其设备线路简单，造价低廉，可应用于通讯、计量、基础研究等领域，具有很好的推广价值。为进一步说明本专利技术的技术特征，下面将结合附图及实施例，对本专利技术作详细说明，其中附图说明图1为本专利技术频率测量原理框图；图2为本专利技术中计数器记录的待测信号fx与标准频率信号f0波形图；图3为本专利技术同序电路方框图；图4为本专利技术同序电路实施例原理图；图5为本专利技术同序电路实施例中各点的波形图；图6为本专利技术高精度频率计面板示意图。本专利技术比相电路亦由方波上升沿尖脉冲形成电路和尖脉冲相位符合检测电路组成，它的作用是产生fx与f0两个上升沿尖脉冲信号并判定这两个信号相位符合的时刻，以便控制计数器闸门的开启或关闭。对于同序的fx和f0，假定fx＞f0，且fx滞后f0的时间为τ(当fx＜f0可以类似地加以说明)，则fx的上升沿尖脉冲信号将逐步地追赶上f0的上升沿尖脉冲信号，经简单的分析可知，每周期追赶的相位为2πΔf/f0(简称为步长，频差Δf＝fx-f0)，其对应追赶的时间为T·Δf/f0(T为f0的周期)，并随之产生这两个尖脉冲信号的相位符合检测信号并控制闸门的开启或关闭。如图2所示，这两个尖脉冲信号符合比较时是存在着相位检测误差δ的；但是，计数器开门和关门时fx相对于f0的追赶方向相同，追赶的步长相同，产生闸门开启和闸门关闭的控制过程完全相同，闸门开启时的相位检测误差与闸门关闭时的相位检测误差亦是完全相同的，而这种性质完全相同的相位检测误差在计数器的记录中可以完全抵消；这样就记录到待测信号fx和标准频率信号f0的严格多倍周期值Nx和N0，即克服了相检宽带测频技术中存在的相位检测误差。信号调理电路用来对信号进行如放大、整形、延时等处理。倍频器用来对较低频率的信号(如几十K或几百K)进行处理，以便提高其测量精度。主频标f0后连接有可形成与其成一定差值频率信号f01的频率综合器。当fx与f0的频率值成严格的分数、倍数关系时(这样fx与f0的位相不发生变化或变化太大，比相器不能工作)，则自动切换开关K2，由频率综合器产生的标频信号f01取代f0，以保证比相器工作正常，测量能继续进行下去。根据频率分辨率公式Δff0Δf/f02T,]]>本专利技术在同序电路前设置了倍频电路和频率综合电路，fx通过可对较低频率信号进行处理的倍频电路与同序电路输入端相接；f0通过频率综合电路与同序电路另一输入端相接。通过倍频fx和调整标准频率f0，控制频差Δf大小适当以及足够大的f0，可以得到极高的测频分辨率，适应宽频率范围内高精度频率测量的需要。本专利技术比相电路、信号调理电路、倍频电路、频率综合电路、计数器、时基电路均为现有
内常用的电路，单片机系统用于控制显示、倍频器、频率综合器、时基电路、键盘、接口电路以及根据公式fx=NxN0f0]]>计算频率值。同序化处理fx与f0是本专利技术的核心内容之一，下面进一步说明它为提高测频精度带来的一系列技术上的改进①.对于同序的fx和f0，假定fx＞f0，且fx滞后f0的时间为τ(当fx＜f0可以类似地加以说明)，则fx的上升沿尖脉冲信号将逐步地追赶上f0的上升沿尖脉冲信号，并随之产生这两个尖脉冲信号的相位符合检测信号并控制闸门的开启或关闭；因为计数器开门与关门时fx和f0的追赶方向相同，追赶的步长相同，则计数器开门与关门时的相位符合检测误差δ是完全抵消的，图2展示了计数器记录到的fx和f0波形图。这样就可以保证在计数器闸门开启时间内记录到fx和f0的严格多倍周期值Nx和N0，进而计算出fx=NxN0f0.]]>②.fx与f0两信号在一周期内相位的相对变化是2πΔf/f0(简称步长)，当两信号fx与f0的频差Δf很小，而被测频率fx较高时，步长2πΔf/f0是很小的量。步长2πΔf/f0就是比相器能分辨的最小相位，亦即本专利技术(同序比相测量方法)的测量误差。其对应的测频分辨率是Δff0=Δf/f02T,]]>其中频差Δf＝fx-f0，T是闸门时间。以普通10MHz的待测信号为例，若频差为5Hz，则一秒闸门时间的测频精度为5×10-14，这是一般测频技术做不到的。对于100MHz的信号，若频差为5Hz，则一秒闸门时间的测频精度为5×10-16，考虑到比相器的本底噪声、电路的固有噪声及器件本身的重复性等因素的影响，实际的测频精度会有所降低，但依据本专利技术方法设计的高精度频率计，即使采用极普通的TTL器件，测频精度仍达到10-12量级(一秒闸门时间)。③.同序化处理fx与f0，可以避免出现当时基信号到来时，比相器也正好产生相位符合检测脉冲信号的不利情况。在这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同序比相测频方法，其特征在于它是将待测信号ｆ↓［ｘ］与标准频率信号ｆ↓［０］先进行同序化处理，然后利用同序的待测信号ｆ↓［ｘ］与标准频率信号ｆ↓［０］自然的相位变化规律，通过比相电路产生ｆ↓［ｘ］和ｆ↓［０］的相位符合脉冲检测信号，控制计数器闸门的开启或关闭，在计数器闸门开启时间内记录待测信号ｆ↓［ｘ］和标准频率信号ｆ↓［０］的严格多倍周期值Ｎ↓［ｘ］和Ｎ↓［０］，进而计算出：ｆ↓［ｘ］＝Ｎ↓［ｘ］／Ｎ↓［０］ｆ↓［０］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小林，王祝盈，谢中，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]