基于FPGA的相检宽带测频系统的设计

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在电子测量技术中，频率测量是最基本的测量之一。常用的测频法和测周期法在实际应用中具有较大的局限性，并且对被测信号的计数存在±1个字的误差。而在直接测频方法的基础上发展起来的等精度测频方法消除了计数所产生的误差，实现了宽频率范围内的高精度测量，但是它不能消除和降低标频所引入的误差。本文将介绍的系统采用相检宽带测频技术，不仅实现了对被测信号的同步，也实现了对标频信号的同步，大大消除了一般测频系统中的±1个字的计数误差，并且结合了现场可编程门阵列（FPGA），具有集成度高、高速和高可靠性的特点，使频率的测量范围可达到1Hz～2.4GHz，测频精度在 1s闸门下达到10-11数量级。
测频原理

本测频系统中采用的测频原理是相检宽带测频技术。在频率测量中，设标频信号为f0，被测信号为fX，则f0=A·fC，fX=B·fC，A、B是两个互素的正整数，称fC为f0和fX的最大公因子频率 fmax c，其倒数为两频率的最小公倍数周期Tmin c。如果这两个信号的周期稳定，它们之间的相位差变化也具有周期性，周期即为Tmin c。设两信号的初始相位差为0（即初始相位重合），则经过N·Tmin c(N为正整数）之后，它们的相位又会重合。因此，在一个或多个Tmin c内对被测信号fX和标频信号f0分别计数得NX和N0，则被测信号的频率可由式fX= f0·NX/ N0得出。在相位重合检测的测频电路中，测量的门时信号受单片机设置的参考门时以及被测信号和标频信号的相位重合点的共同控制，但实际测量闸门的开启与闭合同被测信号和标频信号的相位重合点同步，这样能够有效的消除传统测频方法中±1个字的误差。