精確的頻率測量和時(shí)間測量

　　從用戶(hù)角度來(lái)看，重要的是要知道晶體振蕩器會(huì )隨著(zhù)時(shí)間而產(chǎn)生老化，而且老化是能容易地預測，可以通過(guò)校準進(jìn)行補償。對于不同的晶體振蕩器，老化率是一個(gè)已知的常數，這樣我們就能通過(guò)查看計數器的老化率指標確定何時(shí)需要校準。假定老化率為4x10-8/天。在校準后的第300天，老化將在總精度計算中增加1.2x10-5的時(shí)基誤差。如果測量的信號是1MHz,其不確定度為±12Hz。如果您認為這個(gè)不確定度再加上計數器測量中的其它固有不確定度(如+/1誤差)是可接受的，您就不需要校準。否則就需要校準。

　　如果采用更為穩定的時(shí)基，在精度要求不變的情況下，可以延長(cháng)校準周期。例如，如果老化率是4x10-9/天(高穩時(shí)基的指標)，即使在校準后的第十年，老化將在總精度計算中也只增加1.5x10-5的時(shí)基誤差。如果測量的信號是1MHz，其不確定度為±15Hz，與普通實(shí)際300天一校準可達到的精度指標相當。

　　時(shí)間間隔的精確測量方法

　　在產(chǎn)品研發(fā)和設計驗證的過(guò)程中，很多的應用需要精確的時(shí)間間隔測量，例如雷達信號入射波和反射波的時(shí)間間隔、信號通過(guò)傳輸線(xiàn)的延遲，兩信號之間的延遲等等。在精確測量時(shí)間間隔后，可以將其與頻率進(jìn)行換算，可以獲得信號之間的相位差等參數。還有信號的占空比等。

　　示波器往往是最多用于這種測量的工具。但除去個(gè)別價(jià)格嚇人的示波器外，通用示波器都很難精確測量。例如，目前市面上典型的通用示波器的采樣率為1-10GSa/s，可以提供的單次測量時(shí)間分辨率充其量也就是100ps。

　　如果你需要時(shí)間間隔測量的分辨率達到100ps之內，手頭又沒(méi)有超過(guò)30萬(wàn)的銀子，你可以考慮使用先進(jìn)的頻率計數器來(lái)完成這項工作。例如Agilent 53230A來(lái)講，可以提供20ps的單次時(shí)間測量分辨率，相當于50G采樣率的示波器。而價(jià)格只有3萬(wàn)人民幣左右。

　　我將對53230A的20ps單次測量時(shí)間分辨率(SSR)技術(shù)指標進(jìn)行深入的說(shuō)明。SSR是指當事件達到信號邊沿的閾值時(shí)，計數器在時(shí)間上對事件的分辨能力。20ps SSR計時(shí)技術(shù)指標屬于業(yè)界領(lǐng)先的水平。如果我們需要測量?jì)蓚€(gè)事件之間的時(shí)間間隔，例如兩個(gè)信號上升沿的延遲，我們可以使用平方根值來(lái)計算出頻率計數器測量這兩個(gè)事件時(shí)間間隔時(shí)的分辨率，因此對于53230A，單次測量?jì)蓚€(gè)信號上升沿的分辨率(SSR)等于：

　　這是單次測量?jì)蓚€(gè)事件時(shí)的分辨率，我們可以通過(guò)對多次測量的結果求平均值來(lái)消除隨機誤差，從而實(shí)現更高的時(shí)間間隔測量分辨率。當然，這樣做的代價(jià)就是降低了測量速度?，F在SSR分辨率往往與時(shí)間間隔測量有關(guān)，但是每次計數器測量歸根到底基本上都是計時(shí)測量，因此計數器的SSR越好，頻率測量的分辨率越高。

　　由于計數器將在兩個(gè)通道上測量函數發(fā)生器輸出的同一方波的上升沿，我們可以忽略函數發(fā)生器輸出的信號的抖動(dòng)。

　　利用頻率計數器能精確測量頻率、周期、時(shí)間間隔、占空比等于時(shí)間相關(guān)的參數。其精度和分辨率都要高于示波器數十倍至千萬(wàn)倍。