模拟和数字处理方式在时频测控领域中的比对研究

论文摘要

为了适应频率标准技术的发展,频率标准的测量与比对技术应具有更高的精密度和分辨率。本文在一系列新原理和新方法的基础上对高精度频率测量方法进行了研究。文中以传统的差拍测频法为平台,分别以模拟和数字两种形式实现此方案。其中,模拟方案的时畴稳定度可达到10-13/τ,但线路复杂,且只能用于相同标称值的频标间的比对。数字方案利用相位关系进行信号处理,可用于频率成倍数关系的信号的比对,分别通过TTL电路和ECL电路来实现,经过比较得到下面的结论:使用TTL电路的数字方案比模拟方案的分辨率低一个量级,这主要是由触发误差造成的;使用ECL电路的数字方案很大程度上抑制了触发误差的影响,具有较高的测量分辨率,但此时量化误差仍不容忽视。为了减小量化误差,本文结合长度游标法和信号传输的特点,提出了一种基于时-空关系修正的数字式相位处理方法。这个方法利用了周期性信号间相位差变化的规律性对比对信号进行相位处理,有效地减小了量化误差。通过实验,本文验证了该方法的正确性和可行性。此方法分辨率的提高还有很大的空间,是一种很有潜力的高精度测量技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 时间频率基准
• 1.2 时间频率测量的重要性
• 1.3 频率稳定度的表征
• 1.4 频率稳定度的测定
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 时间频率测量方法及相关技术研究
• 2.1 时间频率测量方法的技术状况
• 2.2 皮秒级高精度TDC研究概述
• 2.3 基于时-空关系的时间间隔与频率测量方法的研究
• 2.3.1 基于时-空关系的时间间隔测量原理
• 2.3.2 实验验证与性能分析
• 2.4 小结
• 第三章 模拟与数字频标比对系统的比较
• 3.1 差拍测频法的原理
• 3.2 系统组成
• 3.3 模拟混频的实现方案
• 3.3.1 双平衡混频器及其选择
• 3.3.2 滤波器线路设计
• 3.3.3 放大整形线路设计
• 3.3.4 模拟混频方案的电路整体设计
• 3.4 数字混频的实现方案
• 3.4.1 数字器件的时间处理功能
• 3.4.2 整形放大线路
• 3.5 实验测量结果及相应分析
• 3.5.1 系统分辨率的计算及分析
• 3.5.2 实验测量结果及分析
• 3.6 基于ECL电路的数字实现方案
• 3.7 串行通信和数据处理软件设计
• 3.8 数字处理方案的量化误差
• 3.9 小结
• 第四章 基于时-空关系修正的数字相位处理方法的研究
• 4.1 数字相位处理器件的误差分析
• 4.2 基于时-空关系修正的数字相位处理原理
• 4.3 基于时-空关系修正的数字相位处理系统的硬件组成及功能
• 4.3.1 整形电路
• 4.3.2 相位检测电路
• 4.3.3 电平转换电路
• 4.3.4 CPLD采样计数模块
• 4.3.5 液晶显示模块
• 4.3.6 单片机处理模块
• 4.4 试验结果及分析
• 4.5 器件的一致性问题
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在研期间的研究成果
• 附录A
• 附录B
• 附录C