3测量频率的实验方案

3测量频率的实验方案当两个信号相位差之间的变化不单调的时候，有限测量分辨率的结果在一个离散的模糊区域。可以发现，原相重合的信息在轻微移相后丢失，新的相位重合点，这之前不存在，移相后出现。从延迟和相移导致相位重合逆转的信息表明这个巧合是在一定的侧支模糊区域的边界。基于该边界效应，如果可以精确地提取出的边界的信息，以及测量栅极是通过使用它达成，则模糊区的稳定性可利用来替换模糊区域的分辨率，从而大大提高精度。本文提出一个基于边界效应的测量任何频率信号的方法，只应用简单电路，不采用频率转换技术和其它辅助精确时间测量方法。如上所述，即使没有检测到明显的模糊区域，仍然可以通过离散模糊区域边界的处理方式来检测边界信息。模糊区域的延迟和选择性处理在两个电路被实行以便于检测离散模糊区域的边界信息，两个相似的边界相位状态作为打开和关闭所述计数栅极的输入信号，然后将量化误差减小来获得高精度。方框流程图和相应的波形分别如图2、3所示。如图2所示，F0，基准频率信号；Fx，被测定频率信号，是具有复杂关系的两个信号。这两个信号都被送入整形电路产生以此产生方波，得到两组一致脉冲。两个相似相位一致的检测电路在延迟和处理上不同，这将导致两个模糊区域有时呈现相反的探测信息。边界信息是通过对两组相位重合的脉冲的实时异或处理萃取。在图3中示出f0和FX相位一致的检测信息，第一行中的两个图显示相位一致检测电路的结果，第二行两个图显示了其它电路的结果。两组相重合检测脉冲大致上是相同的，但有时有轻微差别因为电路延迟的差异在某些位置导致了相反的探测结果。例如，A0（红色粗线）被检测为在上面的波形图中的相重合的位置，而b0在下图中并不是相重合位置;A1位置是未检测到重合，但b1可能检测到。从图3中可以看出，一致性检测的差异只存在于模糊区域的边界。当参考门被启动并检测到第一个重合脉冲，实际测量门则被触发。当参考门关闭并检测到第一重合脉冲，实际测量门关闭。f0和发X在实际测量栅极分别计数，然后被测量的频率由如下方程式确定。其中，NX和N0分别为FX和F0的计数数字。这个方程也被应用于多周期和同步测量的仪器中。但同步的程度是不同的，因此精度是不同的。在该方案中，实现精确的测量工作的重点是利用具有轻微差别的两相重合检测电路和一个实时异或装置来检测离散模糊区域的边界重合脉冲。一个相重合检测电路具有相对高的稳定性，换句话说，相重合检测分辨率在某种意义上的改变，ps（皮秒）级10ps的差异，这些将导致模糊的领域边界之间的不同检测结果。此外，状态改变从“检测的”到“未检测到”，或从“未检测到”发送“检测的”只出现在模糊区域的边界。两相重合检测电路之间的延迟差异可以用于找到具有不同的检测结果的重合脉冲，它们可以通过实时异或处理提取。这种情况下的边界的相位信息作为实际测量门的开闭的信号，在这种方式下从严格重合相位在栅极开启和关闭位置的偏差是几乎一致，以保证测量误差最小，提升测量精度。4实验结果及误差分析三个实验是由上面讨论的频率测量方法实行。其中所有的参考信号是由OSA8607产生的频率10MHz信号，并且被测量的所有信号都是由HP8662A合成的。实验1是针对两个具有复杂关系的信号，其中要测量的信号的频率是4.290913MHz，能够触发测量门的两个随机重合脉冲用于打开和关闭测量栅极;结果边框效果未获通过。实验2是比较试验以突出的边界效应的影响，被测量的信号的频率分别是4.290913MHz（如表2所示）和82.5001兆赫（表3所示）。两个检测电路之间的边界相位信息差异被应用于触发栅级。实验1和表2用相同的被测量信号进行（其频率都4.290913兆赫），以此来突出边界效应的明显改善。三次试验的结果示于表1，2和3。表1呈现了二十组测量数据。表1中的结果表明，在实验1中，如果离散模糊区域不被处理，而是直接用于测量相一致检测电路的频率，频率稳定在只有2.8*(10^-9),这与用于检测相一致电路的NS-分辨率一致。从表2和表3可以看出，通过的边界效应的正确应用和捕获的离散模糊区域的边界，获得的测量结果要比相一致检测电路的分辨率高出两个数量级。被测量的4.290913MHz的信号的频率稳定性是6.4×(10^-12)/s，82.5001MHz的频率稳定性为7.5×(10^-12)/s，与由HP8662A合成信号的频率稳定性一致。在实验1中，当仅存在一个相重合检测电路，触发实际测量门不是模糊区域的边界因为模糊边界的离散性，而是随机的可以触发栅极的脉冲。偏离严格相重合脉冲的程度触发门的开闭，例如，在栅极θ（ζ1）的开口相位差为A0，在栅极θ的闭合相位差（ζ2）为CN-1，a0和CN-1之间的差由分辨率的影响，并且以纳秒（NS）为单位。这将导致一个大的量化误差δ；反过来，测量精度低，结果和相一致检测电路的分辨率一致。在实验2和3，边界信息离散状态可以通过处理离散的模糊区域来检测。实验有两个相位重合检测电路；由于相一致检测电路的稳定性，一定程度的相重合检测分辨率的变化将会导致在重合检测模糊区域的边界的相位差，表示为B0和BN-1的如图3所示，通过增加出来一个模糊区域的边界。在这种情况下，边界被采用为测量门的开闭的信号，换言之，θ（ζ1）是B0，θ（ζ2）是BN-1。因为B0和B1是在一个离散的模糊区域的边界，它们之间的差受到检测分辨率的稳定性的影响，因此一般采用ps为单位或更小。从严格相位重合的偏差是相似的，确保了测量误差是最小的，测量精度被提高。如表中所示，测量分辨率达到10^(-12)的量度水平，比实验1结果高两个数量级。很明显，在边界效应可以用来获得在复杂的情况下模糊区域的重合检测分辨率信息，当复杂关系导致离散的模糊区域时，边界频率测量的精度可以提升至少两个数量级。从有限的分辨率所得的模糊区域的边界的处理信息提高了检测功能，使得测量精度得到了巨大的提升。5结论在高精度频率测量中，模糊区域检测分辨率的边界效应的发现使我们能够使用具有较高稳定性分辨率的检测装置实现在测量精度上的巨大改善，这种提升对于数字测量仪器具有重要意义。模糊区域离散时测量频率的边界效应的应用进一步说明了边界效应可以被应用于离散模糊区域，以及极大地提高测量精度。复杂信号的实际超高分辨率测量可有效显著工作以提高加工精度，还有一系列延伸工作领域，比如电信信号处理，原子的能级跃迁信号，复杂的仪器和设备，导航信号的频率转换和合成和处理。