Оценка на честота нестабилност от показателите в областта на времето, научното списание Ростов

Предишен ◈ Следващото

Тази статия се обсъждат въпроси за оценка, много стабилна честота на трептене на нестабилност. Вниманието е насочено към краткосрочна нестабилност (ELF) на изхода на кристални осцилатори се оценяват като се използва показатели, определени във времевия домейн. Основните видове показатели. Алгоритъм за оценка на изключително ниски краткосрочни стойности честота нестабилност на базата на умножаване честотните колебания едновременно с размножаването на самата честота.

Оценка на честотата на нестабилност от показателите в областта на времето

UDC - 621373

Мба Nsue Billiet Jacinto,

Студента на Института по радиотехника системи и управление

Южна Федералния университет, Таганрог,

Валентин Петрович Fedosov,

Професор на Института по радиотехника системи и управление

Южна Федералния университет, Таганрог,

Tereshkov Владимир,

Доц на Института по радиотехника системи и управление

Южна Федералния университет, Таганрог,

Тази статия описва как да се направи оценка на честотата нестабилност на много устойчиви трептения. Вниманието е насочено към краткосрочна нестабилност на изхода на кристални осцилатори се оценяват като се използва показатели, определени във времевия домейн. Тази статия описва основните видове тези показатели. Алгоритъм за оценка на изключително ниска краткосрочна честота нестабилност на стойности на базата на умножаване колебания честота в същото време се умножи самата честота е propost.

Етикети: високо стабилни осцилатори, краткосрочна нестабилност на честотата (ELF), параметрите за методи ELF оценка и методи за оценка ELF.

Ключови думи: високо стабилни осцилатори; краткосрочна честота нестабилност; параметри за оценка на краткосрочния честота нестабилност; методи за оценка на краткосрочния честота нестабилност.

Висока стабилност (по-специално - Quartz) часовник (справка) генератор е "сърцето" на съвременни комуникационни системи, радарни системи, както и много други цифрови електронни и телекомуникационни системи.

Увеличаването на плътността на подреждане на комуникационни канали в честотния домейн, за увеличаване на изискванията за стабилност за местните осцилатори предизвика проблеми в съвременната радар необходимост от създаване на висока честота стабилност на референтните осцилатори - с неговата относителна промяна от порядъка на 10 -10 ... 10 -11 или по-малко. Разработване, тестване и експлоатация на тези генератори налага да се измери не само честотата на форма на изходния сигнал, но нейните отклонения като дългосрочно и краткосрочно.

Концепцията на честота нестабилност и неговите разновидности

Относителната честота на нестабилност обикновено се определя от съотношението? F / f0. където f0 (абсолютен нестабилност) - отклонението (грижи) от първоначалната стойност на честота f0 честота.

кристални осцилатори (имащи? е / е = 10, 6 ... 10? 10) имат добра стабилност честота, която се използва в пиезоелектричен кварцов резонатор като колебание верига. стандарти висока честота стабилност квантовата честота (? F / F = 10? 11, ... 10? 13).

Известно е, че източниците на сигнали, има два вида нестабилност трептения дългосрочни поради системна промяна на честотата за дълго време; краткосрочни, определена от отклонение (бързо) промени в честотата.

Дългосрочна нестабилност описва промените честотите, които се случват в продължение на дълъг период от време: това съотношение честота компенсира нейната номинална стойност за една минута, час, ден, месец и година. Краткосрочни нестабилност - е относителната колебанията на изходната честота през интервал от време, който се измерва в секунди или части от секундата. (Границата между дългосрочен план и краткосрочна нестабилност най-често се приема, че един или няколко секунди).

Вярно моментната честота стойност не може да бъде определена, тъй като процесът на измерване честота отнема известно интервал от време, по време на които се появяват едновременно и систематично и колебанията на промяна на честотата. Следователно, за да се оцени действителната стойност на честотата на използването му на осреднява (чрез измерване на времето интервал т) стойност favg, която е определена от израза (T T.):

Оценка на дългосрочно честота нестабилност

Дългосрочна нестабилност се определя като абсолютната разлика между два средно честотни стойности, измерени в края и в началото на времето оценка интервал Т дългосрочна нестабилност:

Дългосрочен честота нестабилност е функция на три аргумента: настоящото време. определяне на интервала от време Т и времето т средно моментната честота. За експериментално определяне на неговите избрани интервали Т стандарт стандартни оценка време и техния съответен време усредняване т [1, стр. 163].

За да се определи дългосрочна честота нестабилност в модерни системи най-често използваният метод за сравняване с примерен честота като най-точна. Може да се използва няколко начина за прилагане на този метод на [1 - 3], с измерване на грешка ± (3 ... 3 10 -7 10 -14).

За да се подобри надеждността на резултатите от определяне на дългосрочно честота нестабилността на N честотни измервания, направени в няколко времеви слотове в което продължава дългосрочно честота нестабилност. След това намери средната аритметична стойност на честотата на нестабилност:

Квалификация краткосрочен честота нестабилност (ELF)

За да се определи краткосрочен честота нестабилност първия съгласно израза (2) се осредняват честота над т интервал от време. След това изчислява краткосрочна нестабилност на абсолютната честота от формулата:

За измерване на краткосрочна честота нестабилност също използва метода на сравняване със стандартна честота. Най-добре е методът на електрон-броим, но в много случаи тя не отговаря на изискванията на резолюцията, ограниченото количество.

Подобрен метод се комбинира с локалният осцилатор и електрон-ESCH бройна честота брояч, който измерва разликата в честотите между местния осцилатор и на генератора за изпитване.

Като локален осцилатор (референтен генератор), позоваване източник честота на нестабилност, която трябва да бъде от порядъка на (или поне 3-кратно) изследва честотата на по-малко нестабилност.

Необходимият минимален усредняване период от време Т е равно на 1 / Fp разлика сигнал на изхода на смесителя, когато Fp = FC - мъгла - разлика честота. Ако веригата е активиран преди ESCH делител на честота с разделяне фактор п. След това т = п / Fp.

След кратко нестабилност на честотата се определя от формулата:

Ако избраният разлика честотата Fp. промяна съотношения разделяне п. можете да получите различни периоди на осредняване, т.е. Различни сравнение грешка. Разделителната способност в този случай е пряко пропорционална грешка измерване период катод бройна честота m (DT 10 -3 = 3).

За да се увеличи резолюцията на измерванията, използвани честота умножение. В този случай, по-голяма стойност на краткосрочна нестабилност:

Фиг. 1 показва размери на определянето на краткосрочни честота нестабилност на п множител.

Вместо честотни множители с различни коефициенти на умножение подходящи за използване на честота сравнение, която позволява да се размножават на разлика честотата на 10 N пъти.

Краткосрочни честота нестабилност може да се измерва чрез верига, включващ фаза (или честота) детектора.

Фигура 1 - Зависимост на сравнение грешка честота чрез осредняване време тон и чрез умножаване на коефициента честота п

Краткосрочните колебания в честотата са много по-голямо въздействие върху системата, със задача при управлението на големи данни, определени за извличане на максимална информация от сигнала.

Следователно, допълнителна работа ще се счита за краткосрочно честота нестабилност главно (ELF), т.е. малко от възможностите му колебания.

За количествено определяне на нестабилността на осцилатори използва абсолютен или (по-често) спрямо честота отклонение или фаза на честотата или време домен. Тъй като съществува честота и фаза между ясна връзка, а след това и всички взаимосвързани параметри, които характеризират честота и фаза колебания (например, фаза шум и честота или часовник трептене).

В тази статия ние считаме, измерването на краткосрочна нестабилност честота (ELF) на генератор изходните колебания с помощта на параметри в областта на времето.

Оценка на изпълнението на ELF в момента домейн

Най-често в честотата на домейн време преходно нестабилност се определя като средна стойност (над измерване време) относителната промяна на честотата на изследвано време, за да се настрои (Alan отклонението и неговите модификации).

1) Allan вариацията [4] е специализирана статистика, разработен през 1960 за изследване на честотни мерки висока точност - честотни стандарти. За дълго време, Алън вариацията е почти единственият инструмент за оценка на ELF.

В форма, удобна за изчисляване на относителното ELF относителна промяна Allan г е (т) (или стандартното отклонение на две пробата) има формата

където М - броят на измерванията (размер масив);

F (I) - честота стойността на I-то измерение;

f0 - (номинална) средната честота;

т - интервал от време между честотни измервания.

Така Allan вариант - разликата е относителните стойности MSE на F на две честоти (I + 1) и F (I); където F на честота (I) се измерва в момент t0 + него, и F на честота (I + 1) - в момент t0 + (I + 1) т.

Allan дисперсия зависи от променлива Т и изразява средноквадратичната стойност на съответните честотни колебания на стойностите разделени от време Т, по време на интервала от време Т на измерване, т.е. по време [t0 t0 + Т].

Въпреки това, трябва да се разбира, че експресията (8), който дава задоволителни оценка на ELF на секундни интервали става по-малко точно измерване по време на периода на растеж. Това се дължи на факта, че в тези случаи детерминиран компонент на промяна на честотата прави всичко още до общата честота нестабилност и дори може да надвишава нестабилна случаен компонент.

2) да се изолира и честота счетоводна детерминирана компонент променя формула е предложено, известен като Hadamard вариант [5], или модифициран Allan вариант има формата

Този израз на нестабилност подчертае deteminirovannuyu компонент получената честота, причинени от честотния дрейф срещащи се само по линеен начин. Въпреки това, действителното честотата на отклонения на високо стабилни осцилатори настъпи рядко линейна. [6]

3) За да се отчете нелинейни закони дългосрочно процент отклонение в [6], се предлага да се определи нестабилността чрез въвеждане на комплекта обработка матрични данни, използвайки метод на най-малките квадрати.

4) Друг начин за оценка на генератора за честота на колебание е много стабилен [7] измерване пробив моментната фаза. Методът се състои в това, че от еталонната сигнал оформен на редовни интервали от време Т и измерените моментните стойности на фазата на сигнала в тези интервали. Стойността на честота на колебание се дефинира като разликата между текущите и средните стойности на разликите на съседни стойности фазата на сигнала, разделена на стойността на генерирания интервал от време Т:

5) Друг метод за оценка на изключително малки стойности на честота нестабилност краткосрочната [8] на базата на умножаване честотните колебания едновременно с размножаването на самата честота. По този начин улеснява измерването ELF задача.

Алгоритъмът за прилагане на този метод е показан на фигура 2. За проучвания berutsyadva същия генератор от една партида (същия производител), което дава основание да ги вярваме приблизително същите характеристики (полезни за това - честота и честота нестабилност).

Тези независими генератори G1 и G2 са оформени на същата честота хармонични трептения и нестабилност; Така че е необходимо да се премахне явлението честотата на пристъпите. На колебания се преобразуват в цифрови проби, които са издигнати в 4-та мощност (продукция Т1) и 5-ти мощност (изход на Т2). След това, тези колебания се филтрират чрез лентови филтри, настроени да хармонична източник 4 колебания в лентов филтър LP1 и 5-ти хармоници в лентов филтър LP2 на. След това вибрации лентов пропускащ филтър се добавят изходи и получената сума се издига до втория мощност.

Фигура 2. алгоритъм е мултипликатор-конвертиращия операции за оценка краткосрочен честота нестабилност идентични по честота нестабилност и генератори

След това, полученият сигнал се филтрира през лентов филтър PF3. настроен на честотата на комбинаторни компонент, равен на честотата на генератора. Като резултат от преобразуването на честотата описано нестабилност нараства с 41 пъти и дисперсията по времето на стандартното отклонение.

Прилагането на множителя, споменатата операция конвертор няколко пъти, е възможно да се увеличи получената нестабилност на честотата до стойност, която може да бъде измерена чрез конвенционална цифрова честота, и след това се преизчисли нестабилността на използвани генератори, предвид идентичността на основните параметри.

6) Друг вид параметри, определящи краткосрочна нестабилност на осцилаторите в областта време, честота или часовник трептене.

Най-често използваният трептене в цифрови комуникационни системи за оценка на стабилността на източниците на часовника.

Като цяло, трептене - малки случайни отклонения ( "трептене") по време на събитие (например, пулс покачване) от своята идеална позиция по оста на времето.

В този случай, честота или часовник трептене - случайна честотните колебания (или период), изразени в абсолютни стойности (в Hertz или секунди) или в относителна форма (в безразмерни условия).

Обикновено трептене стойности са изразени като стандартно отклонение или неговия обхват.

Съвременните програмируеми кристални осцилатори имат абсолютна стойност на трептене часовник по-малко от 1 PS (например, [9]).

Тактовата честота и висока честота трептене може да се измери (с честотна лента до няколко гигахерца) осцилоскоп, което дава възможност за улавяне много малък (пикосекундни) вариация период или колебания на сигнала.

Анализ приемат като индикатор ELF оценка, може да се заключи, че в момента на разположение методи за определяне на възможно ELF за оценка краткосрочна нестабилност на честотата на порядъка на 10 -12 ... 10 -13.

Сподели този линк: