一种高性能频率改正方法、频率改正系统和改进的锁相环技术方案

本申请涉及一种高性能频率改正方法、频率改正系统和改进的锁相环。所述方法包括：获取外参考频率信号和频率改正量；外参考频率信号是原子钟的频率；根据外参考频率信号、恒温晶振输出信号以及频率改正量，采用双DDS+双混频滤波的方式得到第一混频信号和第二混频信号；将第一混频信号和第二混频信号输入到鉴频鉴相器中，并将鉴频鉴相器输出信号采用环路滤波器进行滤波，得到压控信号；采用压控信号控制恒温晶振的压控端，直到恒温晶振输出信号稳定在预设值。该方法中DDS时钟直接采用输入参考频率信号，不需要倍频，提高了输出信号的质量，采用双DDS+双混频滤波的方式提高了频率改正分辨率和相位调整分辨率。分辨率和相位调整分辨率。分辨率和相位调整分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能频率改正方法、频率改正系统和改进的锁相环


[0001]本申请涉及精密时钟源
，特别是涉及一种高性能频率改正方法、频率改正系统和改进的锁相环。

技术介绍

[0002]原子钟主要以铷原子钟，铯原子钟和氢原子钟三种为主，频率的稳定度能够达到E
‑
12至E
‑
16的量级。但是频率稳定度和频率准确度是两个不同的指标，频率稳定度和准确度合起来可称为精度，不同的原子钟之间频率准确度是各有差异的，从而衍生出频率改正技术。频率改正技术是已知或者测量出频率源的固有频率出现偏差(一定范围内)，采用一定的方式来改正频率源的输出频率的方法，不过原子钟的频率准确度本身较好，频率改正范围比较小，但需要做到较为精细的改正，一般来讲，频率改正范围
±
1E
‑
18至
±
1E
‑
7就足以满足其要求。
[0003]频率改正的方法目前主要以PLL和DDS(Direct Digital Synthesizer直接数字式频率合成器)两种方式为主，PLL输出信号质量较好，但是频率分辨力和频率准确度很难达到很高，相位调整实现不了，而DDS方法在频率分辨率和相位调整分辨率上可以做到很高，但是由于截断误差等影响，信号质量不是太好，频率稳定度很难做得很高。
[0004]目前比较先进的技术是采用DDS与锁相环相结合的方式，频率改正利用DDS技术，频率提纯采用PLL技术。常规的频率改正方法原理图如图1所示，DDS的时钟由10MHz倍频而来，DDS输出频率为改正之后的频率，其中Δf为频率改正量的绝对频率量，具体通过处理器计算改正后的DDS频率控制字发送给DDS，DDS就可以产生该频率信号，但是具体输出频率信号的谐波和杂散大小和时钟频率大小及DAC的位宽等指标相关，而输出频率的分辨率主要由频率控制字所决定。采用DDS与锁相环相结合的方式存在三方面的问题：(1)DDS所需要的时钟信号必须通过倍频来提高时钟频率，倍频的方式一般有锁相环法与谐波倍频法两种方式，两种倍频的方式，实现起来都比较复杂，且指标有一定的损失；(2)当输入频率和输出频率不存在频率差的时候，输出频率的短期稳定度损失较小，当输出频率和输入频率有频率改正后，因为倍频的因素，导致输出短期稳定度明显影响，而且随频率偏移的大小受影响程度大小不同；(3)DDS时钟频率过高时，量化位数很难做到很高，而且DAC输出性能指标会受到影响，输出信号杂散和谐波必然会增加，其输出信号对锁相环必然产生一定的影响，从而影响输出信号的质量。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种高性能频率改正方法、频率改正系统和改进的锁相环。
[0006]一种高性能频率改正方法，所述方法包括：
[0007]获取外参考频率信号和频率改正量；所述外参考频率信号是原子钟的频率；
[0008]根据所述外参考频率信号、恒温晶振输出信号以及所述频率改正量，采用双DDS+
双混频滤波的方式得到第一混频信号和第二混频信号；所述第一混频信号为预设频率的正弦波信号，所述第二混频信号为包含改正频率的正弦波信号；
[0009]将第一混频信号和第二混频信号输入到鉴频鉴相器中，并将鉴频鉴相器输出信号采用环路滤波器进行滤波，得到压控信号；
[0010]采用所述压控信号控制恒温晶振的压控端，直到恒温晶振输出信号稳定在预设值。
[0011]一种高性能频率改正系统，所述系统包括频分器、主控机、双路DDS模块、两条混频滤波支路、鉴频鉴相器、环路滤波器以及恒温晶振；所述双路DDS模块包括第一DDS模块和第二DDS模块；
[0012]所述频分器，用于接收外参考频率信号，并对其进行频分处理，得到三路频分信号，并将第一路频分信号作为所述主控机的主频信号，将第二路频分信号输入到第一条混频滤波支路的第一个输入端，将第三路频分信号作为双路DDS模块的DDS时钟；
[0013]所述主控机，用于将频率改正量转化为频率控制字，并将所述频率控制字下发至所述第二DDS模块；
[0014]所述第一DDS模块，用于对DDS时钟进行频率合成得到第一合成频率信号；所述第一DDS模块的输出端与第一条混频滤波支路的第二个输入端连接；
[0015]所述第二DDS模块，用于根据频率控制字和所述DDS时钟进行频率合成得到第二合成频率信号，所述第二DDS模块的输出端与第二条混频滤波支路的第二个输入端连接；
[0016]第一条混频滤波支路，用于对接收的第二路频分信号和第一合成频率信号进行混频和滤波处理，输出第一混频信号至所述鉴频鉴相器的第一个输入端；
[0017]第二条混频滤波支路，用于对第一输入端输入的第二路频分信号和第二输入端输入的恒温晶振输出信号进行混频和滤波处理，输出第二混频信号至所述鉴频鉴相器的第二个输入端；
[0018]所述鉴频鉴相器的输出端与所述环路滤波器的输入端连接，所述环路滤波器的输出端与所述恒温晶振的压控端连接，将所述恒温晶振的输出端作为系统输出端，当系统稳定时输出频率改正后的频率信号。
[0019]一种改进的锁相环，锁相环包括鉴频鉴相器、环路滤波器、恒温晶振以及反馈回来，所述反馈回来包括分频模块，所述改进的锁相环是在经典锁相环的基础上将反馈回路的分频模块替换为混频与滤波模块得到的；所述混频与滤波模块包括混频器和滤波模块；
[0020]所述改进的锁相环还包括外部参考频率处理模块，所述外部参考频率处理模块的输入端获取外部参考频率信号和频率改正量，所述外部参考频率处理模块用于根据所述外部参考频率信号和频率改正量，采用双路DDS+混频滤波方式对外部参考频率信号进行频率合成和混频滤波处理，得到第一同源外参考和第二同源外参考，所述第一同源外参考是频率值确定的频率信号；第二同源外参考是包含频率改正量信息的频率信号；
[0021]所述混频器的第一输入端与恒温晶振的输出端连接，所述混频器的第二输入端与所述外部参考频率处理模块的第二输出端连接，所述混频器的输出端与所述滤波模块的输入端连接，所述滤波模块的输出端与所述鉴频鉴相器的第二输入端连接；所述鉴频鉴相器的第一输入端所述外部参考频率处理模块的第一输出端连接，所述鉴频鉴相器的输出端与所述环路滤波器输入端连接，所述环路滤波器的输出端与所述恒温晶振的压控模块连接。
[0022]上述一种高性能频率改正方法、频率改正系统和改进的锁相环，所述方法包括：获取外参考频率信号和频率改正量；外参考频率信号是原子钟的频率；根据外参考频率信号、恒温晶振输出信号以及频率改正量，采用双DDS+双混频滤波的方式得到第一混频信号和第二混频信号；将第一混频信号和第二混频信号输入到鉴频鉴相器中，并将鉴频鉴相器输出信号采用环路滤波器进行滤波，得到压控信号；采用压控信号控制恒温晶振的压控端，直到恒温晶振输出信号稳定在预设值。该方法中DDS时钟直接采用输入参考频率信号，不需要倍频，提高了输出信号的质量，采用双DDS+双混频滤波的方式提高了频率改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能频率改正方法，其特征在于，所述方法包括：获取外参考频率信号和频率改正量；所述外参考频率信号是原子钟的频率；根据所述外参考频率信号、恒温晶振输出信号以及所述频率改正量，采用双DDS+双混频滤波的方式得到第一混频信号和第二混频信号；所述第一混频信号为预设频率的正弦波信号，所述第二混频信号为包含改正频率的正弦波信号；将第一混频信号和第二混频信号输入到鉴频鉴相器中，并将鉴频鉴相器输出信号采用环路滤波器进行滤波，得到压控信号；采用所述压控信号控制恒温晶振的压控端，直到恒温晶振输出信号稳定在预设值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述外参考频率信号、恒温晶振输出信号以及所述频率改正量，采用双混频滤波的方式得到第一混频信号和第二混频信号，包括：将所述外参考频率信号进行频分，得到三路频分信号；将第一路频分信号作为主控机的主频，将第二路频分信号作为双路DDS模块的DDS时钟；所述双路DDS模块包括第一DDS模块和第二DDS模块；将第一路频分信号经过第一DDS模块处理后，得到第一数字合成频率；将所述第一数字合成频率与第三路频分信号通过第一混频器进行混频处理，并将混频处理后的信号进行窄带带通滤波处理，得到第一混频信号；将频率改正量通过主控机转化为频率控制字，并将所述频率控制字下发至第二DDS模块，并将第一路频分信号通过第二DDS模块进行处理得到第二数字合成频率；将所述第二数字合成频率与恒温晶振输出信号通过第二混频器进行混频处理，并将混频处理后的信号进行窄带带通滤波处理，得到第二混频信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述外参考频率信号进行频分，得到三路频分信号，步骤前包括：检测所述外参考频率信号，得到外参考频率值；4.根据权利要求3所述的方法，将所述外参考频率信号进行频分，得到三路频分信号，包括：当所述外参考频率值为5MHz时，对所述外参考频率信号进行倍频处理，得到倍频后的外参考频率信号；将倍频后的外参考频率信号进行频分，得到三路频分信号。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述第二数字合成频率与恒温晶振输出信号通过第二混频器进行混频处理，并将混频处理后的信号进行窄带带通滤波处理，得到第二混频信号，包括：当所述外参考频率值为5MHz时，对恒温晶振的输出端进行二分频处理后再输出，得到二分频后的恒温晶振输出信号；将所述第二数字合成频率与二分频后的恒温晶振输出信号通过第二混频器进行混频处理，并将混频处理后的信号进行窄带带通滤波处理，得到第二混频信号。6.一种高性能频率改正系统，其特征在于，所述系统包括频分器、主控机、双路DDS模块、两条混频滤波支路、鉴频鉴相器、环路滤波器以及恒温晶振；所述双路DDS模块包括第一DDS模块和第二DDS模块；所述频分器，用于接收外参考频率信号，并对其进行频分处理，得到三路频分信号，并
将第一路频分信号作为所述主控机的主频信号，将第二路频分信号输入到第一条混频滤波支路的第一个输入端，将第三路频分信号作为双路DDS模块的DDS时钟；所述主控机，用于将频率改正量转化为频率控制字，并将所述频率控制字下发至所述第二DDS模块；所述第一DDS模块，用于对DDS时钟进行频率合成得到第一合成频率信号；所述第一DDS模块的输出端与第一条混频滤波支路的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊跃军，刘阳琦，邓黠，李大志，
申请(专利权)人：星汉时空科技长沙有限公司，
类型：发明
国别省市：