在标准器性能改进中边沿效应的应用

摘要

当今时代，科技的发展日新月异，新技术层出不穷。频率源作为现代授时、守时中的重要组成部分，在诸多领域得到了广泛的应用。随着卫星导航、雷达探测、新一代信息网络、导弹制导等领域的发展，对频率源性能指标的要求越来越高，研制可广泛应用的高端频率源具有重要的现实意义。
　　晶体振荡器可作为频率标准器，其性能有很大的提升空间。本文在深入分析晶体振荡器物理特性、工作原理与特点的基础上，给出了一种内置自然参考源的晶体频率标准器设计。结合延时单元传输稳定性与边沿效应，研究了改善晶体振荡器性能的新方案。传输延时现象及其稳定度在时频及空间领域中具有重要的作用，从大空间到高精度本地信号之间的比对，都离不开延时传输。另一方面，本文探索了晶振工作中边沿效应的表现形式，其核心是利用测量分辨率的稳定度来提高测量精度，具有高分辨率和应用普遍性。因此，利用传输延时单元稳定性并结合边沿效应原理的方案，可以实现对现有晶体振荡器稳定度等性能指标的优化。
　　压控晶体振荡器输出的信号经过延时单元延时后，作为模数转换器(ADC)的时钟信号采集未经延时的晶振信号。测量中，在特定频率下对延时单元进行校准后，利用延时单元作为参考标准检测晶体振荡器输出信号的变化。采样数据的大小以及前后变化可以反映晶振输出频率在短时间内的抖动，通过识别采集数据变化的边沿位置，判断频率偏移量，进而改善晶振稳定性。本文设计了一个实验系统，验证测量方案的可行性与改进效果。实验结果表明，该方案能够真实地反映晶振的开机与日频率波动等特性，将晶振的输出拉动到标称值0.5Hz范围内，同时也改善了稳定度指标。与传统方案相比，本设计无需外部的参考设备，仅利用延时单元的延时稳定性，实现了数字化实时的直接频率调节，测量结构简单且易于操作。
　　目前晶振行业竞争非常激烈，一项新技术就有可能改变已有的格局。本文研究了将延时单元与ADC结合捕捉模糊区的边沿，并利用高稳定性的边沿改善晶体振荡器性能的新方法。这为自主研发高端晶振产品提供了新的思路，具有很高的研究价值。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 论文成果及内容安排

1.4 本章小结

第二章 晶体振荡器简介

2.1 晶体的物理特性及晶振基本工作原理

2.2 晶体谐振器常用切型

2.3 晶体振荡器的分类

2.4 晶体振荡器的主要参数及影响因素

2.5 本章小结

第三章 边沿效应及其理论基础

3.1 测量分辨率及分辨率的稳定性

3.2 测量模糊区及其边沿

3.3 边沿效应理论

3.4 数字处理中的步进式模糊区及边沿效应的应用

3.5 本章小结

第四章 基于边沿效应的晶振改进方案设计

4.1 测量方案介绍

4.2 延时单元分析

4.3 晶体振荡器中的模糊区及其边沿

4.4 本章小结

第五章 系统硬件设计及实验数据分析

5.1 各功能模块的器件选型

5.2 方案验证与数据分析

5.3 设计方案中的主要影响因素

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介

附录

附录A FPGA芯片电路图

附录B FPGA外围电路图