频率稳定度的测试方法及软件设计

0　引言

    频率稳定度是指晶振在某一时间间隔内平均频率的随机起伏的量,即描述的频率源内部噪声引起的随机起伏。频率稳定度按观测域的不同,分为时域频率稳定度(简称频率稳定度)和频域频率稳定度(通称相位噪声)。频率稳定度是衡量频率源的一项重要的指标,是频率源所给频率值不稳定成分的定量描述,对于频率稳定度的测量,不仅可以确定振荡器性能的优劣,而且还推动了精密振荡器的研制和发展。本文介绍的是时域测量方法。

1　频率稳定度的表征

    国际无线电咨询委员会(CCIR)决定用阿伦方差作为时域频率稳定度的表征。其有限次测量的最佳估值数学模型如下:

2　频率稳定度的测量

    由公式3可知,测量频率稳定度,就是要完成m组频率的测量并依据阿伦方差公式进行数据处理,得到测量结果。频率的测量方法有多种,如直接测频法、频差倍增法、差拍法等。

2.1　直接测量法

    直接测频法是一种最简单的测量方法,随着计数器技术和计算机技术的快速发展,计数器的测量分辨力迅速提高,如Agilent53132A通用计数器的直接测量分辨力可达±1×10^-11,测量准确度可以达到2. 5×10^-9,如果加入铯钟标准频率信号作为外频标信号,测量准确度可以达到2×10^-11,对于稳定度在6×10^-11/s以下的晶振可以采用此方法。测量时,计数器的闸门时间即是稳定度的取样时间。常用的取样时间是1ms、10ms、100ms、1s、10s,测量原理图如图1所示。

2.2　频差倍增法

    对于高准确度和高稳定度的频率源,用计数器的分辨力不能满足要求,不能直接测量,通常采用频差倍增法,该方法主要是利用频差倍增的原理来提高测量的分辨力。它将被测频率与参考源频率的差值倍增m倍,再用计数器测量。测量时,计数器的闸门时间即是稳定度的取样时间。常用的取样时间是1ms、10ms、100ms、1s、10s,测量原理图如图2所示。

3　软件设计

3.1　软件设计方案

    测试软件是实现自动化测量的关键。频率稳定度测试软件是基于W indowsXP的操作系统,以Visual Basic6. 0为开发语言,采用模块化设计,方便灵活,可扩展性强,软件操作简单易用。软件编写依据检定规程的要求设置检定参数,信号输出,数据处理等,利用Access设计数据库,便于用户信息、测试数据和结果的管理,系统软件调用Word模板打印证书,用户可以根据需要,修改模板样式,使证书打印方便灵活。检定流程图如图3所示。

3.2　模块化设计方法

    测试程序由5个模块组成:硬件驱动模块、被测仪器信息录入保存模块、测量参数选择模块、测试功能模块、证书结果打印模块。