时间与频率的测量基本概述课件1.ppt

1、3）测量差频法拍频法示波法电桥法谐振法比较法直读法李沙育图形法测周期法模拟法频率测量方法数字法电容充放电法电子计数器法理，其复杂程度不同。n各种测量方法有着不同的测量准确度和适用的频率范围。n数字化电子计数器法是时间、频率测量的主要方法，是本章的重点。4.2 时间1）天文时标2）原子时标4.2.2 石英晶体振荡器1）组成2）指标1）A AG GC C放放大大器器温温度度控控制制隔隔离离放放大大器器加加热热器器传传感感器器输输出出频频率率调调整整晶晶体体电电路路绝绝热热层层f fx xM ML LI IC C012xffL C012xffLCR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2C C

2、1 1C C2 2f fx x1 2 1 2122xxfRRCCx1x2jjCC143211（R+）R（）R1R312214RRCRCR1x22x110RCRC1212122xxfR R CC12xfRCxsfN f与与门门T TA AT TB BT TA AT TB BA AB BC C4.4.1 电子计数器的组成v组成原理框图数字显示器寄存器十进制计数器 A通道(放大、整形)B 通 道(放大、整形)主 门功能开关闸门选择、周期倍乘 10 10 10 1010s(104)1s(103)100ms(102)10ms(10)1ms(1)时标选择12345332112445时基部分 10 10 1

3、0 10 101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制时序电路开门锁存复位控制时序电路波形序号计数端信号控制端信号测试功能计数结果1内时钟（T0）内时钟（T）自检N=T/T02被测信号（fx）内时钟（T）测量频率（A）fxN/T3内时钟（T0）被测周期（Tx）测量周期（B）TxNT04被测信号（fA）被测信号（fB）测量频率比（A/B）fA/fB=N5内时钟（T0）被测信号相应间隔tB-C测量时间间隔（A-B）tB-C=NT06外输入（TA）被测信号相应间隔tB-C测量外控时间间隔B-CtB-C=NTA7外待测信号（Nx）手控或遥控累加计数（A）NxN8内时钟（秒信号）手控或遥控计

4、时 N（秒）与与门门T TA AT TB BT TA AT TB BA AB BC C4）时基准备期准备期（复零，等待）复零，等待）测量期测量期 （开门，计数）（开门，计数）显示期显示期（关门，停止计数）（关门，停止计数）TNfxssNfNfTxsxsf.TTTNTB放大、整形放大、整形闸闸门门门控电路门控电路计数计数显示显示Afx分频电路分频电路时基时基TsBAABTfNTf1 0ABfNf1010BAABTfNTf0 xTNTVBVc起始起始停止停止开门时间开门时间C(50%)B(50%)起始起始停止停止开门时间开门时间VBVcB(50%)C-(50%)(50%)B B+(50%)C +(

5、50%)(50%)C(90%)闸门信号闸门信号关门信号关门信号开门信号开门信号B(10%)221tt 放 大、放 大、整形整形晶振晶振放 大、放 大、整形整形闸闸门门计数器计数器显示显示门控电路门控电路分频电路分频电路T0Tx0sTNT12xsNfTtt 12,sxxxTNTTttT 12(1)(1)xsxNTTttNT 1211sxTttNNT 12tt、12tt xsxsffNfNfN1N scscffffssxxTNT fT1xcxsxcfffT ff 1xcxsxcfffT ff xsfTNNN116610110111xxff00TTNNTTxx0 xTN TccxxccxccTfTk

6、kTT fTT ff 1NNN00TT0cTkT00ccccTTfTTf 0 xxxccTTT fNTkTkccxxccxccTfTkkTT fTT ff sxTNT0 xTNT0smmTTTT0msTTT01msfTTxxTTTsinxmxvVttanxBxvVdvdttannVTtan22)(12sin12cosmBxmBxmxBxmxvvxVVTVtVTtVdtdvtgBxtan2nxnmVTVTVBmVV12TT、22122xnnmTVTTTV4.6 高分辨时间10110nnscfxcTTNTNTNNTxTs=10nTcTcNffxfc/Nfc10110nnscfxcTTNTNTN1f

7、NN1ccfNTN触触 发发 器器主主 门门I I时时 钟钟 f fc c计计 数数 器器 I I定定 标标 器器计计 数数 器器I II I主主 门门I II I门门 I II II I时时 基基 分分 频频 器器CTxTxcTNT预预 置置 到到 1 10 05 5 N NcfN10ncT 0000 xxxxsNNNffTN TN12TT、12TT、12TT、12TT、10TxT1T210TxTx1Tx10T2TxA1A1VnA2A2A9A9A10A1012xncxxcmcTVfkTmT fVfm 输输入入信信号号起起始始终终止止时时钟钟脉脉冲冲xT1T0T2T01201200 xNNTT

8、TTNk000TN0/k整整形形、门门控控C C恒恒流流源源1kT1T起起始始控控制制信信号号1011 0 0 0NT2021 0 0 0NT12x00)1000NNTN（00起起始始脉脉冲冲停停止止脉脉冲冲输输入入信信号号开开门门脉脉冲冲（Q Q1 1）(R R-S S触触发发器器)开开门门脉脉冲冲（Q Q2 2）(D D触触发发器器)主主时时钟钟（F F0 01 1）游游标标脉脉冲冲1 1（F F0 02 2）游游标标脉脉冲冲2 2（F F0 02 2）x01 12 23 34 45 56 67 78 89 96 6N N2 2=6 6N N0 0=8 8N N1 1=4 4T T0 01

9、 1T T0 02 2T T0 02 2符符合合点点2 2符符合合点点1 11 12 23 34 45 51 12 23 34 45 512游标法示意图12、11 011 02N TN T11020110()N TTNT22020120()N TTNT012001120()xN TNNT010100201TTKTTT020111TTK00201011TTTTK011200112001()()xTNNN TNNNTKK01012()TN KNNK121111.nNNNN11xxxxTfTfNn 11niiNNn1/n基基准准振振荡荡器器倍倍频频器器1 10 0M MH Hz z具具有有变变容容调

10、调相相器器的的1 10 0M MH Hz z回回路路K KA AG GC C放放大大器器E E齐齐纳纳噪噪声声源源5 50 00 0M MH Hz z已已调调制制时时基基脉脉冲冲5 50 04.6.4 xsIfN ff混频器混频器差频放大器差频放大器电子计数器电子计数器谐波滤波器谐波滤波器谐波发生器谐波发生器输入输入f fx xf fI If fs s混频器差频放大器电子计数器谐波滤波器（YIG电调滤波器）谐波发生器（阶跃恢复二极管）输入fxfI 输入fs 输出Nfs扫描捕获电路检波器fI（fx-Nfs）混频器压控振荡器电 子 计 数器鉴相器fx-NfLfsfLNfLxLsfNff频率稳定度2

11、）长期频率稳定度的表征3）短期频率稳定度的表征4.8.2 阿仑方差的测量00,xfffff 2010210000021ffffffffKfffffft0Kf动晶体振荡器除老化漂移外，一天内还将产生频率的随机起伏，如图（b）所示。日波动综合表征了老化漂移和随机起伏。121()()()niiiniifftttt11111,1 2.nniiiiffttnnnnf f1 1f f2 21 1天天tf210ffKff fm mi in nf fm ma ax x1 1天天tfmaxmin0ffSfa图b图m a xm in0ffSf4.8.1 频率00,xfffff 00()sin2()v tAf tt

12、()t0()()(),()2tdtf tffftdt 00()/2ftff00()/2ftff000()()f tfff tff2210011niifn ffffn11niiffnf21012miiiafffm00()/2()fty tff20()()jftY fy t edt计计 数数 器器（1 1）门门 控控 2 2B B计计 数数 器器（2 2）A A 通通 道道闸闸 门门 时时 间间晶晶 振振时时 标标B B 通通 道道门门 控控 1 1A Aa ab bK K1 1a ab bK K2 21 12 23 34 44.8.2 阿仑4.9.1 调4.9.1 调出了频率、时间间隔或相位等随

13、时间的变化曲线。方便地表达出频域和时域中难以描述的信号参数和信号特性。为人们对复杂信号的测试和分析提供了方便直观的方法，解决了一些难以用传统方法或不可能用传统方法解决的难题。11 00tNTt22 01tNTttvABC t t0 0t t1 1t t2 21110101MMfFN TN2202MfFN事事 件件 信信 号号门门 控控 信信 号号正正 反反 同同 步步 信信 号号M M1 1M M2 2时时 间间 信信 号号N N1 1N N2 2计计 数数计计 数数计计 数数计计 数数1t 2t 读读、清清 零零读读、清清 零零读读、清清 零零读读、清清 零零4.9.2 时D D触触发发器器QQCLKD可可程程控控分分频频器器时时基基事事件件计计数数器器M M1 1事事件件计计数数器器M M2 2时时间间计计数数器器N N2 2时时间间计计数数器器N N1 1存存储储器器1 1读读写写控控制制电电路路1 1读读写写控控制制电电路路2 2存存储储器器2 2门门控控事事件件控控制制信信号号T T0 0minTT内插计数器稳定数据存储计数器清零TTTTLine21Line11Line31Line41Line11