一种基于TDC的相对频差测量方法*

杜念通, 周　斌

(清华大学 精密仪器系，北京 100084)



一种基于TDC的相对频差测量方法*

杜念通, 周斌

(清华大学 精密仪器系，北京 100084)

摘要:提出了一种基于时间/数字转换器(TDC)的频率差测量方法。该方法使用延迟链和参考时钟结合的TDC直接数字量化频率差。测量系统与非线性标定模块均在现场可编程门阵列(FPGA)中实现。为了对频率差检测精度进行评估，使用振荡器作为仿真输入信号进行了实验。结果显示：所提出的测量方法对Δf/f的测量噪声可以达到。在实验结果的基础上，对测量噪声的来源进行了分析。

关键词：时间/数字转换器； 频率差； 频率差测量； 现场可编程门阵列

0引言

在很多控制或数字化处理的场合，经常要求测量两个交变信号频率的瞬时相对变化量,例如:对于谐振式微光学陀螺，通过检测频率差来获得陀螺的转动角速度；石英谐振式加速度输出的振动频率变化量反映加速度的大小。针对不同应用背景，有多种频率/频率差检测方法,例如：脉冲计数法、相位关系法、频率调制法、基于数字信号处理的方法等[1]。

脉冲计数的方法其精度受限于计数时钟的速度，存在±1计数误差[2]；相位关系法本质上是一种将频率差进行积分的方法，以减小带宽为代价提高了精度；频率调制法主要使用频率/电压转换电路，将频率差调制为电压信号，之后依靠AD等后端完成测量，需要复杂的模拟电路设计；而基于数字信号处理的方法只适用于低频的正弦或三角波等信号。……