一种用于原子频标的信号测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于原子频标的信号测量装置，属于电子测量领域。装置：用于对原子频标输出的需测信号进行采样和测量的采样测量模块和用于为采样测量模块提供标准信号参考的时钟源模块，采样测量模块包括用于对需测信号进行采样的采样单元、用于存储采样数据的随机存储器单元、用于控制采样过程并根据采样数据对需测信号进行测量的处理单元、用于为处理单元提供命令程序的只读存储器单元；处理单元分别与采样单元、只读存储器单元、随机存储器单元和时钟源模块相连；随机存储器单元与采样单元相连；采样测量模块和时钟源模块集成在一块现场可编程门阵列板上。通过本装置，能够简化信号测量装置的结构，提高了信号测量装置的测量精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子测量领域，特别涉及一种用于原子频标的信号测量装置。
技术介绍
电子测量的内容主要包括能量、电路参数、信号特性和电子设备性能的测量。其中，信号特性的测量是指对信号的频率、周期、时间和相位等参量的测量。一般地，用户需通过相应的信号测量装置完成信号特性的测量。现有的信号测量装置通常采用单片机系统，其包括设在单片机上的用于控制和计算的微处理器、用于存储预置程序的ROM (Read-Only Memory,只读存储器)和用于存储采样数据的RAM (RandomAccess Memory,随机存储器)、以及设在单片机外围的用于对需测量信号进行米样的米样模块和用于提供参考信号的标准信号源。在实现本技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题:现有的信号测量装置中，一方面，需为单片机设置包括采样模块和标准信号源的外围电路，导致整个装置的结构比较复杂，集成度不高；另一方面，受限于单片机的制造工艺，微处理器执行计算所需的控制信号的频率比较低，使得该装置测量的精度大大降低，通常最闻仅几十兆赫兹左右，不能满足闻精度的要求。
技术实现思路
为了简化信号测量装置的结构，并提高信号测量的精度，本技术实施例提供了一种用于原子频标的信号测量装置。所述技术方案如下:—种用于原子频标的信号测量装置，所述装置包括用于对所述原子频标输出的需测信号进行采样和测量的采样测量模块和用于为所述采样测量模块提供标准信号参考的时钟源模块，所述采样测量模块包括用于对所述需测信号进行采样的采样单元、用于存储采样数据的随机存储器单元、用于控制采样过程并根据所述采样数据对所述需测信号进行测量的处理单元、用于为所述处理单元提供命令程序的只读存储器单元；所述处理单元分别与所述采样单元、所述只读存储器单元、所述随机存储器单元和所述时钟源模块相连；所述随机存储器单元与所述采样单元相连；所述采样测量模块和所述时钟源模块集成在一块集成有单片机软核的现场可编程门阵列板上。其中，所述采样测量模块还包括用于对所述标准信号进行倍频的锁相环单元；所述锁相环单元分别与所述时钟源模块、所述处理单元和所述采样单元相连。优选地，所述时钟源模块为频率为20MHz的晶振。其中，所述装置还包括与所述处理单元相连的按键模块。其中，所述装置还包括与所述处理单元相连的显示模块。本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过将用于对原子频标输出的需测信号进行采样和测量的采样测量模块和用于为所述采样测量模块提供标准信号参考的时钟源模块集成在一起，能够简化信号测量装置的结构，提高集成度；并且，采样测量模块和时钟源模块集成在一块现场可编程门阵列板上，由于现场可编程门阵列的测量精度可以做到几百兆赫兹，能够实现对高速数据的实时采样，提高了用于原子频标的信号测量装置的测量精度。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例中提供的一种用于原子频标的信号测量装置的结构示意图；图2是本技术实施例中提供的一种用于原子频标的信号测量装置的结构示意图；图3是本技术实施例中提供的用于原子频标的信号测量装置测量信号频率的原理示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。参见图1，本技术实施例提供了 一种用于原子频标的信号测量装置，该装置包括用于对原子频标输出的需测信号(图1中粗箭头方向)进行采样和测量的采样测量模块101和用于为采样测量模块101提供标准信号参考的时钟源模块102。其中，采样测量模块101包括用于对需测信号进行采样的采样单元1011、用于存储采样数据的RAM单元1012、用于控制采样过程并根据采样数据对需测信号进行测量的处理单元1013、用于为处理单元1013提供命令程序的ROM单元1014 ;处理单元1013分别与采样单元1011、ROM单元1014、RAM单元1012和时钟源模块101相连；RAM单元1013与采样单元1011相连；采样测量模块101和时钟源模块102集成在一块FPGA (Field 一Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)板上。具体地，采样单元1011还与原子频标相连，用于对原子频标输出的需测信号进行采样。值得说明的是，本技术实施例中描述的需测信号包括但不限于为，被动型铷原子频标综合器中由处理单元或CPLD (Complex ProgRAM单元mabIe Logic Device,复杂可编程逻辑器件)通过相应的时钟中断或硬件分频技术产生的信号。其中，处理单元1013为在FPGA内部虚拟的一个单片机软核。ROM单元1011、RAM单元1012和采样单元1011均基于FPGA。即，本技术实施例提供的信号测量装置采用FPGA替代单片机实现了整个测量功能。由于FPGA的测量精度可以做到几百兆赫兹，因此通过FPGA集成的单片机软核处理速度显著提高，能够实现对高速数据的实时采样。具体地，将采样测量模块101和时钟源模块102集成在一块FPGA板上，能够减小信号测量装置的体积，同时还提高了该装置的稳定性，可实现大规模和超大规模的集成电路，系统测量精度高、范围大。另外，FPGA能够利用VHDL (Very High Speed IntegratedCircuit Hardware Descriptipon Language,超高速集成电路硬件描述语言)进行编程。编好的VHDL命令程序下载烧制在FPGA中。一般地，采用VHDL设计复杂数字电路具有很多优点，最主要的，VHDL语言编程灵活且方便对装置进行调试。例如，在现有的单片机系统中，ROM及RAM都固定集成于一块单片机中，使其容量扩展受到很大的限制；而在FPGA中，ROM和RAM独立于单片机软核之外，它们是通过VHDL语言编程实现，可扩展性大大增强。此为现有技术，在此不再详述。其中，参见图2，采样测量模块101还包括用于对标准信号进行倍频的PLL(Phase-Locked Loop，锁相环)单元1015。该PLL单元1015分别与时钟源模块102、处理单元1013和采样单元1011相连。具体地，时钟源模块102为频率为20MHz的晶振。其中，参见图2，该装置还包括与处理单元1013相连的按键模块103。具体地，该按键模块103包括5个按键，各按键分别用于让用户控制该装置对需测信号进行频率、周期、脉宽和占空比的测量，以及对需测信号进行复位操作。其中，参见图2，该装置还包括与处理单元1013相连的显示模块104。显示模块104为LCD (Liquid Crystal Display,液晶显示器),用于显示处理单元1013计算出的需测信号的频率、周期、脉宽或占空比。下面将简单介绍本技术实施例提供的信号测量装置测量需测信号的频率、周期、脉宽和占空比的工作原理:(I)、测量需测信号的频率:首先，处理单元1013产生高电平的闸门控制信号；其次，当需测信号的上升沿到来时，采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于原子频标的信号测量装置，所述装置包括用于对所述原子频标输出的需测信号进行采样和测量的采样测量模块和用于为所述采样测量模块提供标准信号参考的时钟源模块，其特征在于，?所述采样测量模块包括用于对所述需测信号进行采样的采样单元、用于存储采样数据的随机存储器单元、用于控制采样过程并根据所述采样数据对所述需测信号进行测量的处理单元、用于为所述处理单元提供命令程序的只读存储器单元；所述处理单元分别与所述采样单元、所述只读存储器单元、所述随机存储器单元和所述时钟源模块相连；所述随机存储器单元与所述采样单元相连；所述采样测量模块和所述时钟源模块集成在一块集成有单片机软核的现场可编程门阵列板上。

【技术特征摘要】
1.一种用于原子频标的信号测量装置，所述装置包括用于对所述原子频标输出的需测信号进行采样和测量的采样测量模块和用于为所述采样测量模块提供标准信号参考的时钟源模块，其特征在于， 所述采样测量模块包括用于对所述需测信号进行采样的采样单元、用于存储采样数据的随机存储器单元、用于控制采样过程并根据所述采样数据对所述需测信号进行测量的处理单元、用于为所述处理单元提供命令程序的只读存储器单元；所述处理单元分别与所述采样单元、所述只读存储器单元、所述随机存储器单元和所述时钟源模块相连；所述随机存储器单元与所述采样单...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷海东，胡国立，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：实用新型
国别省市：