JJF 1725-2018 脉冲分配放大器校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 7 2 52 0 1 8脉冲分配放大器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP u l s eD i s t r i b u t i o nA m p l i f i e r s 2 0 1 8 - 1 2 - 2 5发布2 0 1 9 - 0 3 - 2 5实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局脉冲分配放大器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP u l s eD i s t r i b u t i o nA m p l i f i e r sJ J F1 7 2 52 0 1 8 归 口 单 位:全国时间频率计量技术委员会 主要起草单位:北京无线电计量测试研究所 参加起草单位:北京东方计量测试研究所中国计量科学研究院 本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:杨 帆 ( 北京无线电计量测试研究所)杨 军 ( 北京无线电计量测试研究所) 参加起草人:阎栋梁 ( 北京无线电计量测试研究所)李 军 ( 北京东方计量测试研究所)张爱敏 ( 中国计量科学研究院)梁 坤 ( 中国计量科学研究院)J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3 . 1 传输时延(1)3 . 2 传输时延一致性(1)3 . 3 抖动(1)4 概述(1)5 计量特性(2)5 . 1 输出幅度(2)5 . 2 上升时间(2)5 . 3 传输时延(2)5 . 4 传输时延一致性(2)5 . 5 抖动(2)6 校准条件(2)6 . 1 环境条件(2)6 . 2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7 . 1 校准项目(3)7 . 2 校准方法(3)8 校准结果表达(5)9 复校时间间隔(5)附录A 测量不确定度评定示例(6)附录B 原始记录格式(1 3)附录C 校准证书 ( 内页)格式(1 5)J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则编制。本规范为首次发布。J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局脉冲分配放大器校准规范1 范围本规范适用于脉冲周期为1s的脉冲分配放大器的校准。2 引用文件本规范引用下列文件:I TU - TG . 7 0 1:1 9 8 9 数字传输与复用词汇以及脉冲编码调制术语 V o c a b u l a r yo fd i g i t a l t r a n s m i s s i o na n dm u l t i p l e x i n g,a n dp u l s ec o d em o d u l a t i o n(P CM)t e r m s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 ( 包括所有的修订单)适用于本规范。3 术语和计量单位3 . 1 传输时延 p r o p a g a t i o nt i m ed e l a y脉冲分配放大器输出脉冲信号与输入脉冲信号的时差,单位为纳秒 (n s) 。3 . 2 传输时延一致性 p r o p a g a t i o nt i m ed e l a y i n c o n s i s t e n c yo f c h a n n e l s脉冲分配放大器各通道最大传输时延与最小传输时延之差,单位为纳秒 (n s) 。3 . 3 抖动 j i t t e r一个脉冲相对于参考脉冲沿的短期不稳定性。抖动分为相位抖动、周期抖动、周期间抖动,本规范特指周期抖动。周期抖动是指脉冲分配放大器输出的脉冲信号与参考脉冲的偏离程度,用实验标准偏差表示。4 概述脉冲分配放大器是将一路脉冲信号分配为多路输出的设备,广泛应用于时间频率统一系统、时间频率测量等。脉冲分配放大器主要由信号分配模块和电平驱动模块组成,一路脉冲信号进入脉冲分配放大器后,经信号分配模块被分配成多路,再经由电平驱动模块输出。图1为脉冲分配放大器的基本工作原理框图。图1 脉冲分配放大器的基本工作原理框图1J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局5 计量特性5 . 1 输出幅度2V1 0V( 峰-峰值) 。5 . 2 上升时间1n s 5n s。5 . 3 传输时延5n s 5 0n s。5 . 4 传输时延一致性0 . 5n s 2n s。5 . 5 抖动2 0p s 1n s。6 校准条件6 . 1 环境条件6 . 1 . 1 环境温度:在 (2 35)内任选一点,温度变化不超过2。6 . 1 . 2 环境相对湿度:8 0%。6 . 1 . 3 电源电压:2 2 0(11 0%)V; 电源频率:5 0(12%)H z。6 . 1 . 4 无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。6 . 2 测量标准及其他设备6 . 2 . 1 脉冲信号发生器输出频率:1H z。输出幅度:(11 0)V。6 . 2 . 2 时间间隔计数器时间间隔测量范围:0 . 1n s 5 0n s。分辨力:优于被校脉冲分配放大器抖动的1/3。通道时延一致性:5 0p s。6 . 2 . 3 示波器上升时间:3 0 0p s。幅度:(11 0)V,最大允许误差为2%。6 . 2 . 4 功分器频率:3 5 0MH z。输出相位差:3p s。6 . 2 . 5 标准线缆稳相线缆;传输时延不确定度:5 0p s(k=2) 。2J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局7 校准项目和校准方法7 . 1 校准项目校准项目见表1。表1 校准项目表序号校准项目校准方法的条款1外观及工作正常性检查7 . 2 . 12输出幅度7 . 2 . 23上升时间7 . 2 . 34传输时延7 . 2 . 45传输时延一致性7 . 2 . 56抖动7 . 2 . 67 . 2 校准方法7 . 2 . 1 外观及工作正常性检查目测被校脉冲分配放大器外观,仪器应有仪器名称、型号、生产商、出厂编号和电源要求。电源开关、输入输出端口应有明确的识别标志。输入输出端口牢固。通电后,仪器应工作正常。结果记入附录B的表B . 1中。7 . 2 . 2 输出幅度7 . 2 . 2 . 1 按照图2连接仪器,脉冲信号发生器的输出信号经被校脉冲分配放大器后,由被校脉冲分配放大器的输出1连接到示波器。7 . 2 . 2 . 2 将脉冲信号发生器输出设置为1 P P S信号,设置示波器的输入阻抗,使其与被校脉冲分配放大器的输出阻抗匹配。7 . 2 . 2 . 3 调节示波器触发电平和扫描时间,使被测波形清晰、稳定地显示在屏幕上。从示波器上读取被校脉冲分配放大器输出1 P P S幅度VP DA的峰-峰值V0,记录V0于附录B的表B . 2中。图2 输出幅度校准7 . 2 . 2 . 4 将示波器顺序连接到被校脉冲分配放大器的其他输出,重复步骤7 . 2 . 2 . 3。7 . 2 . 3 上升时间7 . 2 . 3 . 1 按照图2连接仪器。7 . 2 . 3 . 2 将脉冲信号发生器输出设置为1 P P S信号,设置示波器的输入阻抗,使其与被校脉冲分配放大器的输出阻抗匹配。7 . 2 . 3 . 3 调节示波器触发电平和扫描时间,使被测波形清晰、稳定地显示在屏幕上,3J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局从示波器上读取1 P P S信号幅度从1 0%上升到9 0%的时间tr,即为被校脉冲分配放大器输出1 P P S信号的上升时间tP DA,记录tr于附录B的表B . 3中。7 . 2 . 3 . 4 将示波器顺序连接到被校脉冲分配放大器的其他输出,重复步骤7 . 2 . 3 . 3。7 . 2 . 4 传输时延7 . 2 . 4 . 1 按照图3连接仪器,将脉冲信号发生器输出设置为1 P P S信号,功分器将1 P P S信号分为两路,一路通过标准线缆C2连接到时间间隔计数器的通道1,另一路通过标准线缆C1连接到被校脉冲分配放大器的输入端口,标准线缆C3将被校脉冲分配放大器的输出1连接到时间间隔计数器的通道2。图3 传输时延/抖动校准7 . 2 . 4 . 2 将时间间隔计数器的通道1、2的触发电平设置为信号幅度的5 0%,测量通道1到通道2的时间间隔,连续测量1 0次,记录测量值T1、T2、T1 0,取1 0次测量值的平均值T作为测量结果。按公式 (1)计算被校脉冲分配放大器传输时延,记录于附录B的表B . 4中。=T-C1+C2-C3(1) 式中:T 1 0次测量值的平均值,n s;C1、C2、C3 分别为标准线缆C1、C2、C3的时延,n s。7 . 2 . 4 . 3 将 标 准 线 缆C3顺 序 连 接 到 被 校 脉 冲 分 配 放 大 器 的 其 他 输 出,重 复 步骤7 . 2 . 4 . 2。7 . 2 . 5 传输时延一致性7 . 2 . 5 . 1 根据7 . 2 . 4中被校脉冲分配放大器各通道传输时延的测量结果,选出最大值和最小值,最大值记为m a x,最小值记为m i n。7 . 2 . 5 . 2 按公式 (2)计算被校脉冲分配放大器的传输时延一致性,记录m a x、m i n、于附录B的表B . 5中。=m a x-m i n(2) 式中:m a x 被校脉冲分配放大器传输时延的最大值,n s;m i n 被校脉冲分配放大器传输时延的最小值,n s。7 . 2 . 6 抖动7 . 2 . 6 . 1 按照图3连接仪器。7 . 2 . 6 . 2 将脉冲信号发生器输出设置为1 P P S信号,时间间隔计数器通道1、2的触发电平设置为信号幅度的5 0%,连续采样1 0 0次,记录时间间隔计数器的测量值T1、4J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局T2、T1 0 0。按公式 (3)统计测量值的实验标准偏差,记录于附录B的表B . 6中。=ni=1(Ti-T)2n-1(3) 式中:Ti 时间间隔计数器单次测量值,n s;T 测量平均值,n s;n 测量次数,取1 0 0。7 . 2 . 6 . 3 将线缆C3顺序连接到被校脉冲分配放大器的其他输出,重复步骤7 . 2 . 6 . 2。8 校准结果表达校准结果应在校准证书 ( 报告)上反映,校准证书 ( 报告)应至少包括以下信息: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)证书或报告的唯一性标识 ( 如编号) ,每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f) 被校对象的描述和明确标识;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)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;i) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效说明;j) 校准环境的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l) 对校准规范的偏离的说明;m) 校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;n)校准结果仅对被校对象有效的声明;o)未经实验室书面批准,不得部分复印证书或报告的声明。校准原始记录格式见附录B,校准证书 ( 报告)内页格式见附录C。9 复校时间间隔复校时间间隔建议1年。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。5J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局附录A测量不确定度评定示例A . 1 概述脉冲分配放大器是时间频率统一、时间频率测量等系统中常用的仪器设备之一,其主要参数有输出幅度、上升时间、传输时延、传输时延一致性、抖动。本附录给出输出幅度、上升时间、传输时延测量不确定度的评定示例。传输时延一致性与传输时延测量方法一致,其测量不确定度的评定类似;抖动是用时差测量数据的实验标准偏差表征,无需给出测量不确定度。A . 2 输出幅度A . 2 . 1 测量模型将示波器接于被校脉冲分配放大器的输出端,从示波器上读取脉冲信号的峰-峰值V0,即为被校脉冲分配放大器输出脉冲信号幅度VP DA:VP DA=V0(A . 1) 式中:VP DA 被校脉冲分配放大器输出脉冲幅度,V;V0 示波器测量的脉冲幅度,V。输出幅度标准不确定度主要是由测量重复性、示波器相对电压测量的最大允许误差和示波器显示分辨力等引入的。各不确定度分量之间不相关,根据不确定度传播律,被校脉冲分配放大器输出幅度的合成标准不确定度可表示为:ucVP DA()=u2D()+u21V0()+u22V0()(A . 2) 式中:ucVP DA() 被校脉冲分配放大器输出脉冲幅度的合成标准不确定度,V;u D() 测量重复性引入的标准不确定度,V;u1V0() 示波器相对电压测量的最大允许误差引入的标准不确定度,V;u2V0() 示波器显示分辨力引入的标准不确定度,V。A . 2 . 2 标准不确定度评定A . 2 . 2 . 1 测量重复性引入的标准不确定度u D()测量重复性引入的标准不确定度,按A类方法评定,用贝塞尔公式计算实验标准偏差,多次重复测量结果如表A . 1所示。表A . 1 输出脉冲幅度重复性测量数据第i次测量1234567891 0测量值/V4 . 8 94 . 9 14 . 8 94 . 8 94 . 9 14 . 8 84 . 8 74 . 9 14 . 8 94 . 9 0 根据表A . 1中的数据,计算输出脉冲幅度重复测量的实验标准偏差为:6J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局sD()=0 . 1 4V校准时取单次测量结果,故测量重复性引入的标准不确定度为:u D()=sD()=0 . 1 4VA . 2 . 2 . 2 示波器相对电压测量的最大允许误差引入的标准不确定度u1V0()根据D S O 8 1 2 0 4 A示波器说明书可知,相对电压测量的最大允许误差为2%满刻度。按B类方法进行评定,示波器垂直偏转系数为1V/d i v时,分散区间的半宽度为:a=2%8V=0 . 1 6V服从均匀分布,包含因子k= 3,则示波器相对电压测量的最大允许误差引入的标准不确定度为:u1V0()=ak=0 . 1 6V3=0 . 0 9VA . 2 . 2 . 3 示波器显示分辨力引入的标准不确定度u2V0()数字示波器在电压测量中显示分辨力引入的不确定度是由示波器的A/D转换位数决定的。由D S O 8 1 2 0 4 A示波器说明书可知,其A/D转换为8位,示波器垂直偏转系数为1V/d i v时,其读数分辨力为:=8V28-1=0 . 0 3V按B类方法进行评定,则分散区间的半宽度为:a=2=0 . 0 3V2=0 . 0 1 5V服从均匀分布,包含因子k= 3,则示波器显示分辨力引入的标准不确定度为:u2V0()=ak=0 . 0 1 5V3=0 . 0 0 9VA . 2 . 3 不确定度分量一览表表A . 2 输出脉冲幅度测量不确定度分量一览表不确定度分量不确定度来源评定方法分布类型k值标准不确定度u D()测量重复性引入A正态10 . 1 4Vu1V0()示波器相对电压测量的最大允许误差引入B均匀30 . 0 9Vu2V0()示波器显示分辨力引入B均匀30 . 0 0 9VA . 2 . 4 合成标准不确定度合成标准不确定度按公式 (A . 2)计算。ucVP DA()=u2D()+u21V0()+u22V0()=0 . 1 7VA . 2 . 5 扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度为:7J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局U=kucVP DA()=0 . 3 4VA . 3 上升时间A . 3 . 1 测量模型将示波器接于被校脉冲分配放大器的输出端,从示波器上读取脉冲信号幅度从1 0%上升到9 0%的时间tr,即为被校脉冲分配放大器输出脉冲信号上升时间tP DA:tP DA=tr(A . 3) 式中:tP DA 被校脉冲分配放大器输出脉冲上升时间,n s;tr 示波器测量的脉冲信号上升时间,n s。上升时间标准不确定度主要是由测量重复性、示波器上升时间和示波器时间测量最大允许误差等引入的。各不确定度分量之间不相关,根据不确定度传播律,被校脉冲分配放大器输出幅度的合成标准不确定度可表示为:uctP DA()=u2D()+u21tr()+u22tr()(A . 4) 式中:uctP DA() 被校脉冲分配放大器输出脉冲上升时间的合成标准不确定度,n s;u D() 测量重复性引入的标准不确定度,n s;u1tr() 示波器上升时间引入的标准不确定度,n s;u2tr() 示波器时间测量最大允许误差引入的标准不确定度,n s。A . 3 . 2 标准不确定度评定A . 3 . 2 . 1 测量重复性引入的标准不确定度u D()测量重复性引入的标准不确定度,按A类方法评定,用贝塞尔公式计算实验标准偏差,多次重复测量结果如表A . 3所示。表A . 3 输出脉冲上升时间重复性测量数据第i次测量1234567891 0测量值/n s1 . 7 1 9 1 . 8 0 9 1 . 7 0 0 1 . 6 9 0 1 . 7 8 0 1 . 8 1 7 1 . 8 0 0 1 . 8 1 6 1 . 7 6 9 1 . 6 9 8 根据表A . 3中的数据,计算输出脉冲上升时间重复测量的实验标准偏差为:sD()=0 . 0 5 3n s校准时取单次测量结果,故测量重复性引入的标准不确定度为:u D()=sD()=0 . 0 5 3n sA . 3 . 2 . 2 示波器上升时间引入的标准不确定度u1tr()根据D S O 8 1 2 0 4 A示波器说明书可知,上升时间为3 6p s。按B类方法进行评定,分散区间的半宽度a=3 6p s,服从均匀分布,包含因子k= 3,则示波器上升时间引入的标准不确定度为:u1tr()=ak=3 6p s3=0 . 0 2 1n s8J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局A . 3 . 2 . 3 示波器时间测量最大允许误差引入的标准不确定度u2tr()根据D S O 8 1 2 0 4 A示波器说明书可知,单次时间测量的最大允许误差为0 . 8p s,按B类方法进行评定,分散区间的半宽度a=0 . 8p s,服从均匀分布,包含因子k=3,则示波器时间测量最大允许误差引入的标准不确定度为:u2tr()=ak=0 . 8p s3=0 . 0 0 04 6n sA . 3 . 3 不确定度分量一览表表A . 4 输出脉冲上升时间测量不确定度分量一览表不确定度分量不确定度来源评定方法分布类型k值标准不确定度u D()测量重复性引入A正态10 . 0 5 3n su1tr()示波器上升时间引入B均匀30 . 0 2 1n su2tr()示波器时间测量最大允许误差引入B均匀30 . 0 0 04 6n sA . 3 . 4 合成标准不确定度合成标准不确定度按公式 (A . 4)计算。uctP DA()=u2D()+u21tr()+u22tr()=0 . 0 5 7n sA . 3 . 5 扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度为:U=kuctP DA()=0 . 1 2n sA . 4 传输时延A . 4 . 1 测量模型时间间隔计数器测量传输时延的测量模型用公式 (A . 5)表示。=T-C1+C2-C3(A . 5) 式中: 被校脉冲分配放大器的传输时延的测量误差,n s;T 时间间隔计数器测量值T的平均值,n s;C1 标准线缆C1的时延值,n s;C2 标准线缆C2的时延值,n s;C3 标准线缆C3的时延值,n s。传输时延标准不确定度主要是由测量重复性、时间间隔计数器测量分辨力、时间间隔计数器通道时延一致性、标准线缆C1时延不准,标准线缆C2时延不准,标准线缆C3时延不准和功分器输出相位差等引入的。各不确定度分量之间不相关,根据不确定度传播律,被校脉冲分配放大器传输时延的合成标准不确定度可表示为:9J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局uc( )=u2D()+u21T()+u22T()+u2C1()+u2C2()+u2C3()+u2d()(A . 6) 式中:uc( ) 被校脉冲分配放大器传输时延的合成标准不确定度,n s;u D() 测量重复性引入的标准不确定度,n s;u1T() 时间间隔计数器测量分辨力引入的标准不确定度,n s;u2T() 时间间隔计数器通道时延一致性引入的标准不确定度,n s;uC1() 标准线缆C1时延不准引入的标准不确定度,n s;uC2() 标准线缆C2时延不准引入的标准不确定度,n s;uC3() 标准线缆C3时延不准引入的标准不确定度,n s;ud() 功分器输出相位差引入的标准不确定度,n s。A . 4 . 2 标准不确定度评定A . 4 . 2 . 1 测量重复性引入的标准不确定度u D()测量重复性引入的标准不确定度,按A类方法评定,用贝塞尔公式计算实验标准偏差,多次重复测量结果如表A . 5所示。表A . 5 传输时延重复性测量数据第i次测量1234567891 0测量值/n s3 0 . 7 0 3 0 . 6 8 3 0 . 6 9 3 0 . 6 9 3 0 . 6 8 3 0 . 7 0 3 0 . 6 8 3 0 . 6 7 3 0 . 6 6 3 0 . 6 8 根据表A . 5中的数据,计算传输时延重复测量的实验标准偏差为:sD()=0 . 0 1 3n s校准时取平均值作为时间间隔计数器的测量结果,故测量重复性引入的标准不确定度为:u D()=sD()n=0 . 0 1 3n s1 0=0 . 0 0 41n sA . 4 . 2 . 2 时间间隔计数器测量分辨力引入的标准不确定度u1T()根据G T 6 6 8时间间隔计数器说明书可知,其测量分辨力为1 . 8p s。按B类方法进行评定,分散区间的半宽度a=0 . 9p s,服从均匀分布,包含因子k= 3,则时间间隔计数器测量分辨力引入的标准不确定度为:u1T()=ak=0 . 9p s3=0 . 0 0 05 2n sA . 4 . 2 . 3 时间间隔计数器通道时延一致性引入的标准不确定度u2T()G T 6 6 8时间间隔计数器通道时延一致性为3p s。按B类方法进行评定,分散区间的半宽度a=3p s,服从均匀分布,包含因子k= 3,则时间间隔计数器通道时延一致性引入的标准不确定度为:01J J F1 7 2 52 0 1 8市场监管总局市场监管总局u2T()=ak=3p s3=0 . 0 0 17n sA . 4 . 2 . 4 标准线缆C1时延不准引入的标准不确定度uC1()用网络分析仪测得标准线缆C1的时延为9 . 9 8n s,扩展不确定度为0 . 3%(k=2) 。按B类方法进行评定,标准线缆C1时延不准引入的标准不确定度为:uC1()=9 . 9 8n s 0 . 3%2=0 . 0 1 49n sA . 4 . 2 . 5 标准线缆C2时延不准引入的标准不确定度uC2()用网络分析仪测得标准线缆C2的时延为1 0 . 1 5n s,扩展不确定度为0 . 3%(k=2) 。按B类方法进行评定,标准线缆C2时延不准引入的标准不确定度为:uC2()=1 0 . 1 5n s 0 . 3%2=0 . 0 1 52n sA . 4 . 2 . 6 标准线缆C3时延不准引入的标准不确定度uC3()用网络分析仪测得标准线缆C3的时延为9 . 6 4n s,扩展不确定度为0 . 3%(k=2) 。按B类方法进行评定,标准线缆C3时延不准引入的标准不确定度为:uC3()=9 . 6 4n s 0 . 3%2=0 . 0 1 45n sA . 4 . 2 . 7 功分器输出端口相位差引入的标准不确定度ud()功分器输出端口相位差为3p s。按B类方法进行评定,其分散性区间的半宽度a=3p s, 服从均匀分布,包含因子k= 3,则功分器输出端口相位差引入的标准不确定度为:ud()=3p s3=0 . 0 0 17n sA . 4 . 3 不确定度分量一览表表A . 6 传输时延测量不确定度分量一览表不确定度分量不确定度来源评定方法分布类型k值标准不确定度u D()测量重复性引入A正态10 . 0 0 41n su1 T()时间间