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基于TDC的無死區(qū)頻率測量技術研究

劉濤 陳國超 陳法喜 趙侃 董瑞芳 張首剛

劉濤, 陳國超, 陳法喜, 趙侃, 董瑞芳, 張首剛. 基于TDC的無死區(qū)頻率測量技術研究[J]. 電子與信息學報, 2021, 43(9): 2518-2525. doi: 10.11999/JEIT200807
引用本文: 劉濤, 陳國超, 陳法喜, 趙侃, 董瑞芳, 張首剛. 基于TDC的無死區(qū)頻率測量技術研究[J]. 電子與信息學報, 2021, 43(9): 2518-2525. doi: 10.11999/JEIT200807
Tao LIU, Guochao CHEN, Faxi CHEN, Kan ZHAO, Ruifang DONG, Shougang ZHANG. Research on Dead-time Free Frequency Measurement Technology Based on TDC[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(9): 2518-2525. doi: 10.11999/JEIT200807
Citation: Tao LIU, Guochao CHEN, Faxi CHEN, Kan ZHAO, Ruifang DONG, Shougang ZHANG. Research on Dead-time Free Frequency Measurement Technology Based on TDC[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(9): 2518-2525. doi: 10.11999/JEIT200807

基于TDC的無死區(qū)頻率測量技術研究

doi: 10.11999/JEIT200807
基金項目: 中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(B類)(XDB21030200),廣東省重點領域研發(fā)計劃項目(2018B030325001)
詳細信息
    作者簡介:

    劉濤:男,1976年生,研究員,研究方向為高精度光纖時間頻率傳遞、窄線寬激光器研制

    陳國超:男,1993年生,碩士生,研究方向為高精度光纖時間同步、精密時間頻率測量技術

    陳法喜:男,1985年生,副研究員,研究方向為精密時間測量與時間同步

    趙侃:男,1986年生,助理研究員,研究方向為精密時間間隔測量、光纖時間間隔測量傳遞設備

    董瑞芳:女,1977年生,研究員,研究方向為量子時間同步、高精度時間頻率傳遞、基于雙飛秒光梳的高精度測距

    張首剛:男,1966年生,研究員,研究方向為銫原子噴泉鐘、鍶原子光鐘、新型星載原子鐘、時間頻率光纖及量子傳遞、物理常數(shù)精密測量

    通訊作者:

    陳法喜 cfx2006xd@163.com

  • 中圖分類號: TM935

Research on Dead-time Free Frequency Measurement Technology Based on TDC

Funds: The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDB21030200), The Research and Development Program in Key Areas of Guangdong Province (2018B030325001)
  • 摘要: 在精密時頻測控領域中,高分辨率、無死區(qū)的時間間隔和頻率測量非常關鍵,而時間數(shù)字轉換器(Time to Digital Converter, TDC)是時間頻率測量的常用手段。該文研制了基于ACAM公司生產的時間數(shù)字轉換芯片TDC-GP21和Altera公司FPGA芯片EP4CE6E22C8N的時間頻率測量設備,實現(xiàn)了高分辨率的時間間隔測量,測量分辨率達到13ps 。同時采用時間間隔測量模塊兩兩組合的方式實現(xiàn)了無死區(qū)頻率測量,創(chuàng)新性地采用每組3個TDC芯片,共4組搭建了時間頻率測量系統(tǒng),并對組內3個TDC芯片測量結果采用平均值濾波法,使頻率測量穩(wěn)定度達到$ 1.1 $×$ {10}^{-11} $@1 s, $ 5.6\times {10}^{-15} $@10000 s,與商用K+K FXE頻率計數(shù)器指標相當。本設備具有體積小、無需校準、成本低等優(yōu)點,能夠廣泛應用到高精度時間間隔和精密頻率測量領域中。
  • 圖  1  時間間隔測量原理圖

    圖  2  頻率測量原理圖

    圖  3  頻率測量系統(tǒng)整體設計方案圖

    圖  4  頻率測量系統(tǒng)硬件設計結構圖

    圖  5  系統(tǒng)測試實驗圖

    圖  6  頻率穩(wěn)定度折線圖

    表  1  測量結果穩(wěn)定性對比表

    頻率測量設備名稱短期穩(wěn)定性長期穩(wěn)定性
    本文所設計的時頻測量設備1.1e-11@1s5.6e-15@10000s
    K+K FXE2.3e-11@1s3.8e-15@10000s
    53230A1.9e-11@1s2.3e-13@10000s
    下載: 導出CSV
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  • 加載中
圖(6) / 表(1)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2020-10-28
  • 修回日期:  2021-02-22
  • 網絡出版日期:  2021-03-30
  • 刊出日期:  2021-09-16

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