用時(shí)間戳計數器測量頻率的方法(下)

頻率測量

在倒數計頻器中，不管有沒(méi)有采用內插法，頻率測量都有一個(gè)規定的開(kāi)始點(diǎn)(開(kāi)始觸發(fā)事件)和結束點(diǎn)(結束觸發(fā)事件)。在每個(gè)測量的開(kāi)始點(diǎn)和結束點(diǎn)之間都必定有一段死時(shí)間，用來(lái)將結果傳輸到輸出接口上，并將計度器歸零以及為下一次測量準備儀器的電子線(xiàn)路。但是連續時(shí)間戳計度器卻不會(huì )有這種情況(如圖3)。

連續時(shí)間戳計度器連續不斷地記錄輸入信號觸發(fā)事件和時(shí)間。在原理上，計數會(huì )不定地從一個(gè)開(kāi)始點(diǎn)開(kāi)始一直持續到計數鏈飽滿(mǎn)并重新從零開(kāi)始。有了規則的時(shí)間間隔(步調間隔)，就可以從各個(gè)計度器中讀取瞬間的內容，以及計時(shí)內插值，而不需要中斷計數器的運行。數值(觸發(fā)事件或者“時(shí)間”和時(shí)間或者“時(shí)間戳”)被儲存在高速存儲器中。

讀取和輸入觸發(fā)往往是同步的，也就是說(shuō)，計算的輸入周期的數值往往是一個(gè)精確值。正如在倒數計數器中的那樣，任何不確定度都來(lái)自監控時(shí)間的不準確性。

在一定次數的事件被存儲，或者過(guò)了一段時(shí)間之后，數據將會(huì )被分析、后處理，并顯示給操作員。一個(gè)普通的倒數計數器只是在某一個(gè)時(shí)間段，例如1s內進(jìn)行了頻率測量之后，將最終數據傳輸出來(lái)，而一個(gè)連續時(shí)間戳計數器則能夠保存并提供在同樣的時(shí)間段內數百甚至數千個(gè)有時(shí)間戳的事件的信息。

一個(gè)傳統的倒數計數器在以一個(gè)0.0的初始值開(kāi)始測量之后，在測量結束時(shí)只顯示一個(gè)數值。而一個(gè)連續時(shí)間戳計數器則能夠提供雙軸信息：在橫軸上顯示輸入周期(事件)，縱軸顯示時(shí)間(時(shí)間戳)。測量的開(kāi)始和結束點(diǎn)之間的圖線(xiàn)的彎曲則為平均時(shí)段(被輸入周期數劃分的總時(shí)間)。測量的分辨率，例如線(xiàn)條彎曲的不確定度，取決于測量中所采用的開(kāi)始和結束點(diǎn)的不確定度。在時(shí)間戳計數器中，大量事件的信息被以圖中的直線(xiàn)顯示，每個(gè)都有一個(gè)特定的分辨率。

通過(guò)采用一個(gè)著(zhù)名的統計學(xué)方法D線(xiàn)性回歸D可以以一個(gè)(N)0.5/2.4的因數來(lái)改進(jìn)直線(xiàn)彎曲(測量時(shí)段的時(shí)間長(cháng)度)的分辨率，此處的N是一個(gè)給定的測量時(shí)間內測量點(diǎn)的數值。例如，如果是1000個(gè)點(diǎn)，那么分辨率就通過(guò)一個(gè)參數(1000)0.5/2.4=31.622/2.4=13.176來(lái)改進(jìn)。圖5和圖6顯示了相比于開(kāi)始－結束的測量方法，如何通過(guò)應用線(xiàn)性回歸來(lái)改進(jìn)分辨率(或者說(shuō)是直線(xiàn)彎曲的不確定度)。

借助線(xiàn)性回歸，連續時(shí)間戳頻率計數器可以通過(guò)利用測量的開(kāi)始和結束點(diǎn)之間的大量“中介”數值來(lái)改進(jìn)頻率分辨率。此種測量方法還有其它好處，因為它本質(zhì)是兩維的，并能夠提供一個(gè)真實(shí)時(shí)間標度，用來(lái)作為時(shí)間上彼此相關(guān)的單獨的觸發(fā)事件的參考(標準的倒數計數器只能提供單個(gè)數值，而不能顯示時(shí)間上的相互關(guān)系)。相比于以單維形式測量的傳統計數器，以一個(gè)真實(shí)時(shí)間標度來(lái)進(jìn)行測量的連續時(shí)間戳頻率計數器可以顯示整個(gè)過(guò)程中頻率的改變。這就像電壓計的測量結果和顯示時(shí)變電壓的示波鏡的測量結果之間的比較一樣。真實(shí)時(shí)間標度也讓連續時(shí)間戳計數器可以改進(jìn)對測量數據例如一個(gè)快速傅立葉轉換的后處理分析。

CNT-90(如圖7)這樣的連續時(shí)間戳計數器允許進(jìn)行單個(gè)時(shí)間段的“背對背”測量，在測量之間沒(méi)有死時(shí)間。在嘗試檢測“遺漏時(shí)段”以及要在一個(gè)序列中跟蹤所有周期時(shí)，這一性能是相當重要的。對這一性能的應用是多種多樣的，從串行數據通信系統和組件的評估，到機械旋轉感應器的測試。傳統的倒數計數器最多也就只能每隔一個(gè)時(shí)段進(jìn)行測量，并還會(huì )導致所有測量中有50％的測量具有不確定性。而消除了倒數計數器中的死時(shí)間的連續時(shí)間戳計數器，則可以計算高頻震蕩器的阿倫方差，而這是測量相位噪音和頻率穩定性中所必須的。