JJF 2090-2023 石英晶体频率标准校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF2090—2023石英晶体频率标准校准规范CalibrationSpecificationforQuartzCrystalFrequencyStandards2023-10-12发布2024-04-12实施国家市场监督管理总局发布石英晶体频率标准校准规范CalibrationSpecificationforQuartzCrystalFrequencyStandards􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣􀧣􀧣􀧣JJF2090—2023代替JJG181—2005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:北京无线电计量测试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JJF2090—2023本规范主要起草人:刘年丰(中国计量科学研究院)王玉琢(中国计量科学研究院)张爱敏(中国计量科学研究院)参加起草人:韩红(北京无线电计量测试研究所)JJF2090—2023目录引言(Ⅱ)………………………………………………………………………………………1范围(1)……………………………………………………………………………………2引用文件(1)………………………………………………………………………………3术语(1)……………………………………………………………………………………4概述(1)……………………………………………………………………………………5计量特性(2)………………………………………………………………………………5.1频率信号输出(2)………………………………………………………………………5.2秒脉冲(1PPS)输出(2)……………………………………………………………5.3谐波与非谐波失真(2)…………………………………………………………………5.4频率稳定度(2)…………………………………………………………………………5.5相位噪声(2)……………………………………………………………………………5.6相对频率偏差(3)………………………………………………………………………5.7日老化率(3)……………………………………………………………………………5.8频率复现性(3)…………………………………………………………………………5.9GNSS驯服石英频标相对频率偏差(3)………………………………………………5.10GNSS驯服石英频标秒脉冲定时偏差(3)…………………………………………5.11GNSS驯服石英频标秒脉冲定时稳定度(3)………………………………………6校准条件(3)………………………………………………………………………………6.1环境条件(3)……………………………………………………………………………6.2测量标准及其他设备(3)………………………………………………………………7校准项目和校准方法(4)…………………………………………………………………7.1校准项目(4)……………………………………………………………………………7.2校准方法(5)……………………………………………………………………………8校准结果表达(10)…………………………………………………………………………9复校时间间隔(10)…………………………………………………………………………附录A原始记录格式(11)…………………………………………………………………附录B校准证书(内页)格式(14)………………………………………………………附录CGNSS驯服石英频标校准证书(内页)格式(16)………………………………附录D主要校准项目不确定度评定示例(18)……………………………………………ⅠJJF2090—2023引言JJF1001—2011《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成制定本校准规范的基础性系列规范。本规范是对JJG181—2005《石英晶体频率标准》的修订,主要修订内容如下:———原规程名称为《石英晶体频率标准》,现修改为《石英晶体频率标准校准规范》;———根据JJG2007—2015《时间频率计量器具》将“频率准确度”改为“相对频率偏差”;———增加谐波与非谐波失真、日老化率、复现性、秒脉冲幅度、秒脉冲宽度、秒脉冲抖动、秒脉冲定时偏差、秒脉冲定时稳定度的校准内容;———删除原规程中附录A(相对平均频率偏差测量方法);———删除原规程中附录B(相位噪声测量方法);本规范历次版本发布情况为:———JJG181—2005;———JJG181—1989。ⅡJJF2090—2023石英晶体频率标准校准规范1范围本规范适用于石英晶体频率标准,包括GNSS(全球导航卫星系统)驯服的石英晶体频率标准的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG2007时间频率计量器具JJF1001通用计量术语及定义JJF1180时间频率计量名词术语及定义JJF1403全球导航卫星系统(GNSS)接收机(时间测量型)校准规范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术语3.1定时偏差timingoffset石英晶体频率标准输出1PPS信号与标准1PPS信号的偏差。3.2定时稳定度timingstability石英晶体频率标准输出1PPS信号自身的一致程度。4概述石英晶体频率标准(以下简称石英频标)具有优良的短期频率稳定度和相位噪声,主要由石英谐振器、振荡电路、隔离放大器、自动增益控制电路、恒温槽、精密温度控制电路和直流稳压电源等部分组成,工作原理如图1所示。图1石英晶体频标工作原理GNSS驯服的石英频标输出频率受GNSS信号不断调节,具有更小的频率偏差,可达到原子频标的水平。石英频标广泛应用于工业生产、国防、科研和计量等部门。1JJF2090—20235计量特性5.1频率信号输出频率:5MHz、10MHz、100MHz;幅度:≥0.5V(50Ω负载)。5.2秒脉冲(1PPS)输出脉冲幅度:≥2.4V(50Ω负载);脉冲宽度:20μs~100ms;上升时间:≥5ns;抖动:≤1ns。5.3谐波与非谐波失真谐波:≤-40dBc;非谐波:≤-80dBc。5.4频率稳定度见表1。表1频率稳定度τσy(τ)1ms1×10-8~1×10-1110ms1×10-9~1×10-12100ms1×10-10~1×10-131s1×10-10~5×10-1410s1×10-10~5×10-14100s1×10-10~5×10-14注:τ表示取样时间,σy(τ)(阿仑标准偏差)表示频率稳定度。5.5相位噪声见表2。表2相位噪声f￡(f)/(dBc/Hz)1Hz-80~-13010Hz-90~-150100Hz-100~-1501kHz-140~-17810kHz-140~-178100kHz-140~-178注:f表示傅里叶分析频率,￡(f)表示相位噪声。2JJF2090—20235.6相对频率偏差±(1×10-8~1×10-10)。5.7日老化率±(1×10-9~1×10-12)。5.8频率复现性1×10-9~1×10-12。5.9GNSS驯服石英频标相对频率偏差±(1×10-10~1×10-13)(τ=1d)。5.10GNSS驯服石英频标秒脉冲定时偏差锁定模式(τ=1d):±(10ns~1μs);保持模式(τ=1d):±(100ns~100μs)。5.11GNSS驯服石英频标秒脉冲定时稳定度(1~200)ns。注:以上指标仅供参考,不作为合格性判定的说明。6校准条件6.1环境条件6.1.1环境温度在18℃~28℃范围内任选一点,温度最大允许变化±2℃。6.1.2环境湿度相对湿度≤80%。6.1.3供电电源电压:220(1±10%)V;频率:50(1±2%)Hz。6.1.4其他周围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6.2.1参考频标输出频率:5MHz、10MHz、100MHz;频率稳定度:优于被校石英频标相同取样时间频率稳定度的1/3;相对频率偏差及日老化率:优于被校石英频标1个量级;相位噪声:比被校石英频标相同傅里叶分析频率的相位噪声至少小10dB。注:参考频标可以选用一个或多个,分别满足上述要求。6.2.2参考时间源输出:1PPS;定时偏差:优于被校石英频标定时偏差一个量级;定时稳定度:优于被校石英频标定时稳定度的1/3。6.2.3频标比对器输入频率:5MHz、10MHz、100MHz;3JJF2090—2023测量带宽:应大于相应取样时间倒数的5倍;能够测量和计算频率稳定度,比对不确定度(用阿仑标准偏差表示)优于被校石英频标相同取样时间的频率稳定度的1/3。6.2.4相位噪声测量装置输入频率:5MHz、10MHz、100MHz;傅里叶分析频率:1Hz~100kHz;相位噪声本底:比被校石英频标相同傅里叶分析频率的相位噪声至少小10dB。6.2.5频谱分析仪频率范围:1MHz~100MHz;电平测量最大允许误差:±1dB;动态范围:≥100dB。6.2.6时间间隔计数器测量范围:1ns~1s,应有外接频标功能;最大允许误差:±(|参考频标相对频率偏差|×被测时间间隔+1ns);触发电平:在(0~5)V范围内连续可调,并能指示电平值。6.2.7示波器示波器带宽:≥500MHz;幅度测量最大允许误差:±5%。7校准项目和校准方法7.1校准项目校准项目见表3。表3校准项目序号项目名称1外观及工作正常性检查2频率信号输出幅度3秒脉冲(1PPS)输出4谐波与非谐波失真5频率稳定度6相位噪声7相对频率偏差8日老化率9频率复现性10GNSS驯服石英频标相对频率偏差11GNSS驯服石英频标秒脉冲定时偏差12GNSS驯服石英频标秒脉冲定时稳定度4JJF2090—20237.2校准方法7.2.1外观及工作正常性检查1)外观检查前面板或后面板上应标有:仪器名称、型号、制造厂、出厂编号及电源要求。电源开关、输入输出端口、功能设置开关等均应有识别标志,显示屏能正常显示工作参数。各接口应牢固可靠、各功能旋钮应灵活可用,无影响工作的机械损伤。2)工作正常性检查被校石英频标加电后,应用示波器进行检查各输出端有无相应的信号输出。7.2.2频率信号输出幅度仪器连接如图2所示。图2频率信号输出幅度校准被校石英频标的5MHz、10MHz及100MHz频率信号分别接入示波器,示波器的输入阻抗选为50Ω,测量输入信号的幅度值。7.2.3秒脉冲(1PPS)输出1)秒脉冲(1PPS)幅度及宽度图3秒脉冲信号幅度校准仪器连接如图3。示波器的输入阻抗选为50Ω,调节示波器,使屏幕上显示稳定的脉冲波形,测量输入秒脉冲信号的幅度与宽度。2)秒脉冲(1PPS)上升时间仪器连接如图3。调节示波器,使屏幕上显示稳定的脉冲波形且上升沿部分占水平方向半格以上,测量秒脉冲幅度从10%上升到90%所对应的时间间隔,此即为秒脉冲(1PPS)上升时间。3)秒脉冲(1PPS)抖动仪器连接如图4所示。被校石英频标的秒脉冲接入时间间隔计数器,时间间隔计数器接外参考频标,设置为周期测量模式,触发电平为秒脉冲幅度的50%,测量100个数据,计算其实验标准偏差作为秒脉冲抖动校准结果。校准结果计算公式见公式(1)。图4秒脉冲抖动校准5JJF2090—2023Sjitter=1N-1∑Ni=1xi-x2(1)式中:N———采样个数;xi———第i次测量的秒脉冲周期的值;x———测得的秒脉冲周期的平均值。7.2.4谐波与非谐波失真仪器连接如图5。被校石英频标的5MHz、10MHz、100MHz信号分别接入频谱分析仪。图5谐波和非谐波失真校准1)谐波失真频谱分析仪的分辨力带宽(RBW)、视频带宽(VBW)均设置为1kHz,合理设置频谱分析仪的