有关阿仑方差(allan deviation)
阿仑方差是描述频率的相位差、相位变动特性的。
按照指定的间隔,测量一组频率数据,取相邻频率差的平均值,再开平方,就得到阿仑方差。对于不同的采样间隔测量出一系列阿仑方差,画在曲线上就成为阿仑方差图(见附图)。
阿仑方差的直观解释是,频率变动的期待大小。
例如阿仑方差在1秒采样间隔的时候是1e-9,表示频率最可能的变动是1e-9。即一个10mhz的晶振,可能每次测量都有0.01hz的不确定性。
当然,下一次的频率测量结果可能不怎么变,但也可能变动的更多,这就像一个正态分布,阿仑方差类似一个西格玛。
阿仑方差如果比较大,那么对于精密测量很不利,因为后面的数字总是跳动的。
选取不同采样间隔,阿仑方差是不一样的。当间隔较小(<1s),则阿仑方差就比较大,基本上是噪音引起的;当间隔较大(>1000s),则阿仑方差也逐渐增大,基本上是老化引起的。第一图选自leapsecond.com,是tvb的几个频率标准的阿仑方差。
测量阿仑方差,可以用专门的仪器,比如这个tsc 5110a:

http://www.mainone.com/productflat/searchdetailproduct.aspx?productid=600403353
可以直接给出双对数曲线,非常方便,tvb有两个呢。我问过国内代理,新的价格30万rmb!看来只能自己动手了。
自己动手最简单的方法是使用高分辨率的频率计,手工纪录一系列数据,然后算出差均方根即可。当然也可以把频率计接到计算机上自动采集数据,不过我的hp53131a接计算机的时候总是死机没能弄成。
为了能够比较准确的测量,基准一定要稳定。你要测量别人么,自己不稳定怎么能行?那么如何选一个稳定的基准呢?只能把你所有的东西都拿出来,拍出一个矩阵多次互测横向比较,找到一组最好的读数,那么此时的基准就是你最好的了。
我自己最近的测量,好的恒温晶振,1秒采样间隔,阿仑方差都在1e-10以下,即10mhz测量时最末位的1mhz基本不跳动。这实际上已经超出我的hp53131a的测量极限了。记得在思源,刘说过hp53132a的后面好几位总是跳动不好用,其原因是频率计的基准不稳定,同时被测的频率也不一定稳定的原因,不能怪罪于频率计。这就像灵敏度高的收音机接无信号的噪音大的道理是一样的。
刚才我测量了一下,被测量者:trimble thunderbolt 10mhz,基准:hp53131a内部,结果是,1s采样关阿仑方差是1.8e-9,很差劲。用了外部基准将有20倍的提升。至于3秒的阿仑方差就更大了(正常的应该下降),达到3.2e-9,高出我最好的300倍!因此,选择一个好的频率计,一定要配个好基准。
有关阿仑方差,《时间统一技术》66页到77页有很详细的描述(但没给出具体量的大小)。
附图:
1、tvb测量的自己的基准的阿仑方差。可见温补偿的晶振与其它信号源差异巨大,连接:www.leapsecond.com
2、hp53131a内部的基准,很小的一个东西,体积是to5(老3dg12、3dk4大小),应该是温补的,性能不好。