宽范围高稳晶振频率稳定度测试系统的设计
0 引 言
高稳定度石英晶体谐振器(简称高稳晶振)是广泛应用于通讯、电子对抗、数传电台、计算机等电子信息产品的重要器件。高稳晶振的指标直接影响产品的可靠性，因此如何检测其性能是非常重要的。
代表性测量仪器是频稳测试系统(误差倍增器+多路开关)。其原理是将被测频率源的频率起伏△f进行倍频，然后再用频率计数器进行测频来计算准确度、老化率、日波动等指标。在频稳测试系统的设计中，信号源是一个重要的组成部分。其作用为产生高性能的输出频率(1～100 MHz)可设定的钟信号，与被测晶振的信号进行混频，输出差值在倍频环的范围内。目前，它广泛应用于信号源设计的直接数字频率合成(DDS)技术，具有输出频率范围宽，分辨力高，相位噪声低，易于实现等优点；其次，对于高分辨力频率计数器，在同等条件下，频率分辨高一位，倍增环路可少一路。经比较分析，选择以DDS技术为核心，采用AVR单片机和CPLD作为控制系统，可适时控制、计算、处理，并与上微机相连，完成多路检测、分析、绘制状态图等工作。
1 频率误差倍增法测频的基本原理
设Fr为标准钟(铷原子钟)频率，被测频率Fx=Fr+△f。通过第一级倍增得到Fr+m△f，通过第二级倍增得到Fr+m2△f……，通过n级倍增，则有：
一般m=10，n=1，2，3，4，由于受倍频器本底噪声的影响，最高n=5级。频差倍增最大达10-5。
由式(1)可知，频稳测试系统只对接近标准钟输出频率的被测信号进行测量。因此，需要研制高性能的新一代测试系统，检测高稳晶振生产的质量。
2 测试系统的设计
2．1 信号源设计
DDS是继直接频率合成和间接频率合成之后，发展起来的新的频率合成技术。它通过系统时钟脉冲驱动来读取预先存储的波形数据，经D／A数模转换器和低通滤波(九阶椭圆滤波器)输出后得到所需的信号，通过改变频率控制字的内容来实现不同频率的输出。DDS技术具有高的频率和相位分辨力，输出频率范围宽，输出信号的相位连续，相位噪声低。
可选用ADI公司的AD9852作为标准钟的核心部分，铷原子钟提供其工作时钟。采用AVR(ATmega128)单片机和MAXⅡ(EPT240)可编程器件对其进行控制，实现了频率和相位可调，输出频率范围为1～100MHz的信号源，其框图如图1所示。
在制作中，需要考虑高低频干扰、信号的插入损耗与接触电阻，并用软件对椭圆滤波器电路进行仿真。用HP频谱分析仪进行测试，达到了设计的要求。
2．2 高分辨力频率计数器
采用倒数测量技术原理+模拟内插技术完成设计，时间分辨力为1 ns；频率分辨力为1×10-9／1 s。时序图如图2所示。
