精確的頻率測量和時(shí)間測量

　　有一點(diǎn)需要注意的是，無(wú)論溫補時(shí)基還是恒溫槽時(shí)基，如果希望達到其指標，需要儀器有一個(gè)預熱的時(shí)間，通常是30分鐘。因此，在使用頻率計數器的時(shí)候，應盡量避免關(guān)機。但這會(huì )給外場(chǎng)測試帶來(lái)很多麻煩。要在天寒地凍的環(huán)境下等待儀器30分鐘的預熱，會(huì )讓人瘋掉的。一個(gè)好的選擇是給頻率計數器加一個(gè)電池選件。這個(gè)電池選擇不僅能省去了介入220V交流電的麻煩，更重要的是能讓恒溫槽時(shí)基經(jīng)常性的保證需要的溫度，讓使用者無(wú)需等待30分鐘余熱。

　　即使時(shí)基非常穩定，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間同樣會(huì )出現老化，會(huì )偏離設定的值，會(huì )提高測試的不確定性。這就需要對時(shí)基進(jìn)行校準。關(guān)于時(shí)基校準的話(huà)題，我們后面會(huì )再講。

　　降低噪聲的影響

　　當我們在利用頻率計數器測量頻率或周期的時(shí)候，很多時(shí)候會(huì )看到測量的讀數會(huì )劇烈跳動(dòng)。如果是12位數字顯示，跳動(dòng)的數字可能是后3-4位，甚至更多。這時(shí)候，我們就可能不知所措，不知如何讀數，也不知是信號的問(wèn)題還是計數器本身的問(wèn)題

　　事實(shí)上，計數器本事是一種寬帶的儀器，對于輸入信號的相應非常靈敏。但這有時(shí)也會(huì )造成一些麻煩，特別是當輸入的信號上伴有噪聲的時(shí)候。對計數器來(lái)說(shuō)，所有信號看來(lái)都基本相同。正弦波、方波、諧波和噪聲。計數器關(guān)心的只是信號一連串的過(guò)零，計數器認為過(guò)零觸發(fā)的信號頻率就是要測量的頻率，至于信號形狀如何，它根本不關(guān)心。如果是純凈信號，這一過(guò)程就不存在問(wèn)題。但帶有噪聲或毛刺的信號會(huì )“欺騙”計數器在信號“假”的過(guò)零點(diǎn)上觸發(fā)。此時(shí)計數器就不能得到實(shí)際的計數。幸而高質(zhì)量的計數器都提供解決這一問(wèn)題的方法。它們首先要求在記錄過(guò)零前，信號需先通過(guò)兩個(gè)低和高的滯后閾值。這兩個(gè)電平間的間隔稱(chēng)為觸發(fā)靈敏度，滯后帶，觸發(fā)帶，或其它一些類(lèi)似術(shù)語(yǔ)。

　　其次是高質(zhì)量的計數器還能讓您調節這一帶的寬度，以把不需要的觸發(fā)減到最少。如下圖所示，輸入的信號帶有一個(gè)會(huì )造成計數器出現“錯誤”觸發(fā)的毛刺成分。由于觸發(fā)帶很窄，計數器在毛刺信號的點(diǎn)1和點(diǎn)3上被觸發(fā)，但又同時(shí)，在實(shí)際被測信號的點(diǎn)2和點(diǎn)4)也被觸發(fā)。這時(shí)如果看讀數，就會(huì )變得亂七八糟。

　　通過(guò)調節觸發(fā)帶使計數器變得不太靈敏，但您就能避免這些寄生觸發(fā)。在下圖中，觸發(fā)帶有足夠的寬度(也就是靈敏度足夠低)，使過(guò)零的寄生不會(huì )引起計數。計數器記錄2次有效過(guò)零，并按此計算相應的頻率。

　　當然，這種方法也并不適用于所有種類(lèi)的噪聲信號。如下圖的信號。這時(shí)一個(gè)正弦信號上帶有噪聲，對這樣的信號，調整觸發(fā)靈敏度就未必是一個(gè)好的辦法。我們就需要考慮其他的方法。

　　其中一個(gè)辦法就是通過(guò)調整觸發(fā)電平，使其“避開(kāi)”最容易產(chǎn)生噪聲的地方。例如在這個(gè)信號中，信號有“干凈”的地方和“噪聲”的地方。如果我們將觸發(fā)電平放置在“干凈”的地方，在信號的這個(gè)位置相對比較穩定，其抖動(dòng)可能最小。還有就是將觸發(fā)電平放置在信號上升或下降沿最陡的地方，這時(shí)觸發(fā)就會(huì )相對穩定。讀數也會(huì )相對穩定。實(shí)現起來(lái)非常簡(jiǎn)單，就是在調整觸發(fā)電平的時(shí)候，觀(guān)察顯示的變化。當顯示最為穩定的時(shí)候，就說(shuō)明觸發(fā)電平的位置是最好的。

　　當然，還有一個(gè)大家都常用的方法，即使用信號平均。在測試數據顯出現跳動(dòng)是，啟用計數器的平均模式。平均模式能實(shí)際改進(jìn)您的測量質(zhì)量。通過(guò)減小信號中隨機變量的影響，平均減少了顯示的變化數字。

　　總之，如果顯示數據在不停的跳動(dòng)，表明信號中可能存在噪聲。您可以根據噪聲的特點(diǎn)和測試要求，通過(guò)把計數器轉為低靈敏度模式、改變觸發(fā)電平或啟用平均模式，將測試數據顯示穩定下來(lái)。

　　頻率計數器的校準

　　雖然頻率計數器的時(shí)基穩定性非常高，但為了確保其測試精度，在使用一段時(shí)間后，同樣也需要校準。但一談到校準，很多工程師就會(huì )想到每年一次的儀器校準。但頻率計數器是否也是每年一校準呢?正確的回答是“視情況而定”。

　　頻率計數器的校準周期取決于計數器中的時(shí)基類(lèi)型，計數器在測量期間經(jīng)受的條件，最重要的是您需要多高的測量精度。為認識校準為什么不是一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題，您必須回過(guò)來(lái)考慮計數器精度的特性。實(shí)際上，正如我們以前的文章中提到的，4個(gè)主要因素決定了頻率計數器的測量精度:

　　1.與計數器本身相關(guān)的時(shí)間穩定量性能因素，如計數器時(shí)基的溫度穩定性。關(guān)于時(shí)基的選擇，我們在前一篇文章中有詳細說(shuō)明。

　　2.與計數器本身相關(guān)的時(shí)間變化量性能因素，如晶體振蕩器時(shí)基的老化率。

　　3.信號特性，如噪聲的存在。

　　4.您選擇的設置，如閘門(mén)時(shí)間。

　　所以當我們談到計數器的精度指標時(shí)，看到的包括這一系列因素的復雜計算公式，而不是簡(jiǎn)單的數字。讓我們集中關(guān)注第2點(diǎn)，即時(shí)基的老化率這個(gè)問(wèn)題，來(lái)說(shuō)明校準在起著(zhù)什么作用。