JJF 1805-2020 相位微跃器校准规范

屮华人民共和国国家计量技术规范

JJF1805—2020

相位微跃器校准规范

CaIibrationSpecificationofFrequencyandPhase

OffsetGenerators

2020-01-17发布2020-04-17实施

国家市场监督管理总局发布

JJF1805—2020

相位微跃器校准规范

CalibrationSpecificationforFrequencyJJF1805-2020

andPhaseOffsetGenerators

归口单位：全国时间频率计量技术委员会

主要起草单位：中国计量科学研究院

参加起草单位：寸涼无线电计量测^技术研究所

本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释O

JJF1805—2020

本规范主要起草人：

杨志强（中国计量科^研究院）

张爱敏（中国H量科学研究院）

梁坤（中国H量科学研究院）

参加起草人

杨军Ci涼无线电讨量测i峨术研究所）

董莲讨量测^技术硏究院）

JJF1805—2020

目录

引言

1范围1

2引用文件1

3概述1

4计量特性2

4.1输入功率范围2

4.2输出功率2

4.3谐波失真2

4.4非谐波失真2

4.5隔离度2

4.6附加相位噪声2

4.7附加频率稳定度2

4.81PPS输出2

4.91PPS同步偏差2

4.10时间调整范围2

4.11频率调整范围2

5校准条件3

5.1环境条件3

5.2测量标准及其它设备3

6校准项目和校准方法5

6.1校准项目5

6.2校准方法5

7校准结果表达11

8复校时间间隔12

附录AII

附录B20

附录C25

JJF1805—2020

本规范依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001-2011

《通用计量术语及定义》及JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》编

制。

本规范为首次制定。

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相位微跃器校准规范

1范围

本规范适用于输入频率为5MHz、10MHz、100MHz的相位微跃器的校准。

2引用文件

JJF1001通用计量术语及定义

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引

用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

3概述

相位微跃器是一种对输入频率信号丘进行锁定,在一定范围内对其进行调整

并输出时间频率信号的设备。工作时将本地的晶体振荡器锁定于外部输入频率信

号6），同时将精密调整量Af施加于环路中，产生调整后的时间和频率信号。经

过调整后的频率信号通过分频产生本地1PPS信号，外部1PPS信号可将本地输

出1PPS进行初始同步，通过调整频率信号的相位，达到精密调整1PPS相位的

目的。相位微跃器工作原理见图1。

相位微跃器广泛应用于时间频率控制、守时、卫星导航及计量等领域。

图］相位微跃器工作原理图

1

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4计量特性

4.1输入功率范围：(7~15)dBm

4.2输出功率：(10〜17)dBm

4.3谐波失真：＜-40dBc

4.4非谐波失真：＜-70dBc

4.5隔离度：＜-80dB

4.6附加相位噪声:

频率

5MHz10MHz100MHz

频偏

1Hz<-100dBc/Hz<-94dBc/Hz<-74dBc/Hz

10Hz<-120dBc/Hz<-114dBc/Hz<-84dBc/Hz

100Hz<-140dBc/Hz<-134dBc/Hz<-114dBc/Hz

1kHz<-150dBc/Hz<-144dBc/Hz<-124dBc/Hz

10kHz<-155dBc/Hz<-149dBc/Hz<-129dBc/Hz

4.7附加频率稳定度:

Af=O△匸1x10-12

W5x10-13/s三5x10-13/s

《5x10-14/10s三5x10-14/10s

W5X10-”/100s三5x10-14/100s

4.81PPS输出:

幅度(50Q):M2V

上升时间：WlOns

脉冲宽度：$800ns

抖动：Wins(RMS)

4.91PPS同步偏差：±200ns

4.10时间调整范围:-2000ns~2000ns

4.11相对频率偏差调整范围：-2X10-7〜2X10-7

注：以上指标不适用于合格性判别，仅供参考。

2

JJF1805—2020

5校准条件

5.1环境条件

实验室环境温度：(20〜25)°C且温度变化不超过±1°C,相对湿度：＜80%；

电源电压：(220±22)V；电源频率：(50±l)Hz；

无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。

5.2测量标准及其它设备

5.2.1标准时间频率源

输出频率：5MHz、10MHz、100MHz

输出功率：(7〜15)dBm

频率稳定度：VlxlO-13/s

相位噪声：

频率

5MHz10MHz100MHz

频偏

1HzW-110dBc/HzW-104dBc/HzW-84dBc/Hz

10HzW-130dBc/HzW-124dBc/HzW-94dBc/Hz

100HzW-150dBc/HzW-144dBc/HzW-124dBc/Hz

1kHzW-160dBc/HzW-154dBc/HzW-134dBc/Hz

10kHzW-165dBc/HzW-159dBc/HzW-139dBc/Hz

谐波失真：＜-50dB

1PPS输出：脉冲宽度2800ns

脉冲幅度符合TTL电平

5.2.2功率计

频率范围：(0.1~200)MHz

功率范围：(-20-+20)dBm

最大允许误差：±0.1dB

5.2.3频谱分析仪

频率范围：(0.1〜500)MHz

幅度动态范围：＞80dB；

最大允许误差：±1dB

5.2.4频标比对器

JJF1805—2020

频率范围：5MHz,10MHz,100MHz

比对不确定度：W1x10-13/S

W1x10-14/10s

W1x10-15/100s

5.2.5相位噪声测量系统

频率范围：（1~100）MHz

本底噪声：W-110dBc/Hz（1Hz频偏）

W-130dBc/Hz（10Hz频偏）

W-150dBc/Hz（100Hz频偏）

W-160dBc/Hz（1kHz频偏）

W-165dBc/Hz（10kHz频偏）

5.2.6数字示波器

频率范围：2200MHz

采样率：MlOGSa/s

抖动：W500圧

幅度测量误差：W1%

上升时间测量误差：土200ps

5.2.7时间间隔计数器

频率测量范围：(1-200)MHz

时间间隔测量范围：1ns〜1000

最大允许误差：土Ins

5.2.8功分器

频率范围：DC〜200MHz

529信号发生器

频率范围：(1-200)MHz

功率范围：(0~20)dBm

最大允许误差：±0.1dB

4

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6校准项目和校准方法

6.1校准项目

见表lo

表1校准项目表

序号校准项目

1工作正常性检查

2输入功率范围

3输出功率

4谐波失真

5非谐波失真

6隔离度

7附加相位噪声

8附加频率稳定度

91PPS输出

101PPS同步偏差

11时间调整范围

12相对频率偏差调整范围

6.2校准方法

所有设备按规定时间预热。

6.2.1工作正常性检查

仪器连接如图2。

图2输入和输出信号功能检查示意图

检查步骤如下：

(1)标准频率源输出信号接入相位微跃器频率信号输入端，信号幅度满

足被校设备锁定要求；

(2)分别连接相位微跃器各个输出端至示波器，检查锁定后输出信号是

否正常；同步外部秒脉冲信号是否成功。

6.2.2输入功率范围

5

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仪器连接如图3。

图3输入功率范围校准示意图

校准步骤如下：

（1）设定信号发生器的输出信号频率符合被校设备要求；

2）（分别设定信号发生器的输出信号功率为被校设备的标称最大、最小

输入功率，检査被校设备是否能够锁定，记录测量结果。

6.2.3输出功率

仪器连接如图4o

图4输出功率校准示意图

校准步骤如下：

（1）设定标准频率源输出频率信号幅度满足被校设备锁定要求。

2（）功率计分别连接相位微跃器的各个频率信号输出端，测量10次，计

算平均值作为输出功率，并记录测量结果。

6.2.4谐波失真

仪器连接如图5o

图5谐波失真校准示意图

校准步骤如下：

（1）频谱仪分别连接相位微跃器各个频率输出端，设置频谱仪RBW为

1kHz,测量基波、二次谐波及三次谐波的功率电平，测量10次，计

算平均值；

6

JJF1805—2020

2）（谐波失真为二次、三次谐波中功率较高的功率值与基波功率的差值,

按公式（1）计算谐波失真：

&=max（鬥，马）—召（1）

式中：£：二次谐波功率，单位dBni；

厶：三次谐波功率，单位dBm；

幷：基波功率，单位dBm；

&：谐波失真，单位dBc。

其中max（）为取最大值函数。

6.2.5非谐波失真

仪器连接同图5,校准步骤如下：

（1）频谱仪分别连接相位微跃器各个频率输出端，设置频谱仪RBW为

1kHz,测量起始频率为1MHz,终止频率为5£（龙表示相位微跃器

输出信号频率标称值，单位MHz）；

2）（找到离犬频点10kHz以外的非谐波功率最大值，测量10次，计算

平均值；

3）（按公式（2）计算非谐波失真：

Pn~^Nm~召⑵

式中：PNmt离犬频点10kHz以外的非谐波功率最大值，单位dBm；

P：非谐波失真，单位dBc。

N

6.2.6隔离度

仪器连接如图6所示。

输出

图6隔离度校准示意图

校准步骤如下：

（1）设定信号发生器输出信号频率为（犬一°」MHz（犬表示相位微跃

器输出信号频率标称值，单位MHz）；输出功率满足锁定要求（一

7

JJF1805—2020

般设为10dBm）,将信号发生器的输出信号接入相位微跃器的一个

频率信号输出端；

2）（频谱仪分别连接相位微跃器的其它输出端及输入端，测量端口输出

的（£-0.1）MHz信号的功率电平，测量10次，计算平均值；

3）（按公式（3）计算隔离度：

I=maxy_珥⑶

式中：

珥：信号发生器输出功率，单位dBm；

相位微跃器输入口及其它输出口输出的（犬-0.1）MHz信号

的功率，单位dBm；

I：隔离度，单位dB。

6.2.7附加相位噪声

仪器连接如图7所示。

图7附加相位噪声校准示意图

校准步骤如下：

（1）相位微跃器锁定外部参考信号后，设置频率偏置Af=O,利用相位噪

声测量系统对相位微跃器附加相位噪声进行测量；

（2）分别记录频偏1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz处的相位噪声£（f）。

6.2.8附加频率稳定度

仪器连接如图8所示。

8

JJF1805—2020

图8附加频率稳定度校准示意图

校准步骤如下：

（1）相位微跃器锁定外部参考信号后，分别设置频率偏置△f=0和△f=l

X10-12,利用频标比对器分别测量△f=0和△f=lX10-12时的频率稳

定度，取样时间为Is（测量次数M100）,10s（测量次数M50）,

100s（测量次数$30）；

（2）记录测量结果。

6.2.91PPS输出

仪器连接如图9o

图91PPS输出校准示意图

校准步骤如下:

（1）相位微跃器锁定外部参考信号后，合理设置数字示波器的相关参数,

测量被校设备的1PPS输出信号的幅度、上升时间、脉冲宽度和抖动;

（2）测量10次，取平均值；记录测量结果。

6.2.101PPS同步偏差

仪器连接如图10o

9

JJF1805—2020

图101PPS同步偏差校准示意图

校准步骤如下：

(1)标准时间频率源同时输出频率信号和1PPS信号至被校设备；待被校

设备锁定外部参考信号，设置频率偏置△fn)。

(2)设置被校设备进行同步，被校设备显示同步成功后，利用时间间隔

计数器测量被校设备与标准时间频率源的1PPS输出信号之间的时

差作为同步偏差；

(3)测量10次，取平均值；记录测量结果。

6.2.11时间调整范围

仪器连接如图11。

图11时间调整范围校准示意图

校准步骤如下：

(1)相位微跃器锁定后，设置时间偏置Atn)；标准时间频率源的ipps

信号输出连接到时间间隔计数器作为开门信号，相位微跃器的1PPS

输出端口连接到时间间隔计数器作为关门信号，测量并记录两个秒信

号的时间间隔作为Atio

(2)参考被校设备参数,设定相位微跃器的时间调整间隔为其最大时间调

整范围，调整完成后，时间间隔计数器测量并记录时间间隔作为△

t2max,计算(At2max-Atl)作为最大时间调整范围。

(3)参考被校设备参数,设定相位微跃器的时间调整间隔为其最小时间调

整范围，调整完成后，时间间隔计数器测量并记录时间间隔作为△

t2min,计算(△t2min-△tl)作为最小时间调整范围。

10

JJF1805—2020

4（）设定被校设备的时间调整间隔为±10ns,调整完成后，时间间隔计数

器第三次测量并记录时间间隔作为At3,计算Ats-Ati）,测量10次，取

平均值；记录测量结果验证被校设备的时间调整能力。

6.2.12相对频率偏差调整范围

仪器连接如图12。

图12频率调整范围校准7K意图

校准步骤如下：

（1）相位微跃器锁定后，分别设定相位微跃器的频率调整量为其最大与最

小可调值，使用频标比对器测量相位微跃器的输出频率信号与参考频

率信号的频偏，记录测量结果。

（2）设定被校设备的频率调整量为土1X1O-®频率调整完成后，使用频标

比对器测量被校设备的输出频率信号与参考频率信号的频偏（取样组

数$100），记录测量结果验证被校设备的频率调整能力。

7校准结果表达

由校准方出具校准证书。校准证书至少包含以下信息：

a）标题，如“校准证书”；

b）实验室名称和地址；

c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）

d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；

e）送校单位的名称和地址；

f）被校对象描述和明确标识；

g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校

对象的接收日期；

h）如果与校准结果和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；

11

JJF1805—2020

i）校准所依据的技术规范和标示，包括名称及代号;

j）本次校准所用的测量标准的溯源性及有效性说明;

k）校准环境的描述；

l）校准结果及其测量不确定度的说明；

m）对校准规范的偏离说明；

n）校准证书签发人的签名、职务或等效标示；

o）校准结果仅对被校对象有效的声明；

p）未经实验室书面批准，不得部分复印证书的声明。

8复校时间间隔

建议12个月。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪

器本身质量等诸因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复

校时间间隔。

12

JJF1805—2020

附录A

原始记录格式

校准地点

校准时间

校准仪器

被校设备

校准人员

校准项目□工作正常性检查

□输出功率

□输入功率范围

□谐波失真

□非谐波失真

□隔离度

□附加相位噪声

□附加频率稳定度

□1PPS输

□1PPS同步偏差

□时间调整范围

□相对频率偏差调整范围

A.1工作正常性检查

是否能够锁定外部频率信号:

输出端口输入频率(MHz)输出是否正常

1

2

13

JJF1805—2020

A.2输入功率范围

被测设备标称最大输入功率:

测量次数最小输入功率值(dBm)最大输入功率值(dBm)

1

2

3

A.3输出功率

输出端口1：

测量次数输出功率实测值(dBm)不确定度U(扫2)(dB)

1

2

3

输出端口2：

测量次数输出功率实测值(dBm)不确定度U=2)(dB)

1

2

3

A.4谐波失真

输入频率:

输出端口1：

测量次数基波功率谐波最大功率谐波失真不确定度ug

(dBm)(dBm)(dBc)(dB)

14

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1

2

3

输出端口2：

测量次数基波功率谐波最大功率谐波失真不确定度ug

(dBm)(dBm)(dBc)(dB)

1

2

3

A.5非谐波失真

输入频率：输入功率:

输出端口1：

测量次数基波功率非谐波最大功率非谐波失真不确定度U伙=2)

(dBm)(dBm)(dBc)(dB)

1

2

3

输出端口2：

测量次数基波功率非谐波最大功率非谐波失真不确定度ug

(dBm)(dBm)(dBc)(dB)

1

2

3

A.6隔离度

输入频率：输入功率:

输出端口1

15

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测量次数输出功率隔离度不确定度ug

(dBm)(dB)(dB)

1

2

3

输出端口2

测量次数输出功率隔离度不确定度ug

(dBm)(dB)(dB)

1

2

3

输入端口

测量次数输出功率隔离度不确定度t/(>2)

(dBm)(dB)(dB)

1

2

3

A.7附加相位噪声

输入频率：

输出端口1：

测量次数相位噪声(dBc/Hz)

1Hz10Hz100Hz1kHz10kHz

不确定度U(A=2)：

输出端口2：

测量次数相位噪声(dBc/Hz)

16

JJF1805—2020

1Hz10Hz100Hz1kHz10kHz

不确定度Ug：

A.8附加频率稳定度

Af=0：

采样间隔频率稳定度by(1S)不确定度ug

1s

10s

100s

AME-12：

采样间隔频率稳定度by(IS)不确定度U(k=2)

1s

10s

100s

A.91PPS输出

幅度（50Q）:

幅度(V)不确定度t/(>2)

测量次数

通道1通道2(V)

1

2

3

上升时间:

上升时间(ns)不确定度U伙=2)

测量次数

通道1通道2(ns)

17

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1

2

3

抖动:

抖动(ns)不确定度ug

测量次数

通道1通道2(ns)

1

2

3

A.101PPS同步偏差

测量次数同步后测量值(ns)不确定度U(k=2)

A.11时间调整范围

时间调整：

时间微跃时间间隔测量值(ns)

不确定度U@=2)

设定值调整调整后差值

10ns

-10ns

时间调整范围:

时间调整范围时间间隔测量值(ns)

不确定度ug

设定值调整调整后差值

18

JJF1805—2020

A.12频率调整范围

频率调整：

频率调整频偏测量值

不确定度C/(A=2)

设定值调整前调整后差值

1E-13

-1E-13

频率调整范围:

频率调整范围频偏测量值

不确定度U(k=2)

设定值调整前调整后差值

19

JJF1805—2020

附录B

校准证书(内页)格式

B.1工作正常性检查

输出端口输出是否正常

B.2输入功率范围

输出端口最小输入功率(dBm)最大输入功率(dBm)不确定度Ug(dB)

B.3输出功率

输出端口输出功率(dBm)不确定度CZ(^2)(dB)

B.4谐波失真

输出端口谐波失真(dBc)不确定度U伙=2)(dB)

20

JJF1805—2020

B.5非谐波失真

输出端口非谐波失真(dBc)不确定度U(r2)(dB)

B.6隔离度

参考端口输出端口隔离度(dB)不确定度£/(后2)(dB)

参考端口输入端口隔离度(dB)不确定度£/(后2)(dB)

B.7附加相位噪声

频率输出端口1：

频率偏置相位噪声不确定度ug

(Hz)(dBc/Hz)(dB)

1

10

100

1000

10000

频率输出端口2：

频率偏置(Hz)相位噪声(dBc/Hz)扩展不确定度CZ(A=2)(dB)

21

JJF1805—2020

1

10

100

1000

10000

B.8附加频率稳定度

频率输出端口1：

取样时间Ts）（频率稳定度by"（）不确定度C7（＞2）

Is

10s

100s

频率输出端口2：

取样时间TS（）频率稳定度by"（）不确定度ug

Is

10s

100s

B.91PPS输出

幅度（50Q）:

幅度（V）不确定度ug

通道1通道2（V）

上升时间:

22

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上升时间(ns)不确定度C7(>2)

通道1通道2(ns)

抖动:

抖动(ns)不确定度U(k=2)

通道1通道2(ns)

脉冲宽度:

脉冲宽度(ns)不确定度t/(>2)

通道1通道2(ns)

B.101PPS同步偏差

通道同步输入误差(ns)不确定度ug

1

2

3

23

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B.11时间调整范围

输出端口相位调整范围相位调整不确定度C7(>2)

B・12频率调整范围

输出端口频率调整范围频率调整不确定度U(k=2)

24

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