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頻率�
閱讀�16081時間�2010-08-31 14:51:07

頻率�,全�頻率計數(shù)�,是一種專門對被測信號頻率進行測量�電子測量儀��

工作原理

      當被測信號在特定時間段T�(nèi)的周期個數(shù)為N�,則被測信號的頻率f=N/T�

  在一個測量周期過程中,被測周期信號在輸入電路中經(jīng)過放�、整�、微分操作之后形成特定周期的窄脈�,送到主門的一個輸入端。主門的另外一個輸入端為時基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期�,特定周期的窄脈沖才能通過主門,從而進入計數(shù)器進行計數(shù),計�(shù)器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值,�(nèi)部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實現(xiàn)測量�(shè)��

�(yīng)用范�

      在傳�(tǒng)的電子測量儀器中,示波器在進行頻率測量時測量精度較低,誤差較大。頻譜儀可以準確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜,但測量速度較慢,無法實時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計能夠快速準確的捕捉到被測信號頻率的變化,因�,頻率計擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍�

  在傳�(tǒng)的生�(chǎn)制造企�(yè)�,頻率計被廣泛的�(yīng)用在�(chǎn)線的生產(chǎn)測試�。頻率計能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變�,用戶通過使用頻率計能夠迅速的�(fā)�(xiàn)有故障的晶振�(chǎn)品,確保�(chǎn)品質(zhì)��
  在計量實驗室中,頻率計被用來對各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進行校準�
  在無線通訊測試中,頻率計既可以被用來對無線通訊基站的主時鐘進行校準,還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率�(diào)制信號進行分析�

有效使用�(chǎn)�

計數(shù)器是一種即插即用的儀器,從外表來看相當簡�。您只需把信號接到輸入端,數(shù)字顯示就會告訴您頻率或其它參�(shù)。但要得到的�(jié)�,無論是對于測試速度還是測試�(zhì)�,設(shè)置計�(shù)器的測量是很重要��

選擇的計�(shù)�
首先是選擇您測試需要的計數(shù)�。以下是幾種適用于不同頻率范圍測量任�(wù)的計�(shù)�:
通用計數(shù)� 可進行頻率和時間間�, 以及一些相�(guān)參數(shù)測量�
射頻頻率計數(shù)� 進行�3GHz或更高的精確頻率測量�
微波頻率計數(shù)� 進行�40GHz或更高的精確頻率測量�
時間間隔分析儀 最適合進行精確的時間間隔測��
�(diào)制域分析儀  專用于顯示調(diào)制量,如頻率-時間,相�-時間和時間間�-時間�

提示1�認識分辨率和精度的差�

    認為顯示位數(shù)越多的測量結(jié)果越精確的想法也許并不正�。通常犯的一個錯誤就是把分辨率和精度看等同起�。它們的確相互聯(lián)�,但卻是不同的概��
    計數(shù)器的分辨率是指計�(shù)器能夠在相近頻率中檢測的最小變化量。在所有其它情況均相同時(如測量時間和�(chǎn)品成本),位�(shù)是越多越� ── 但您看到的顯示位�(shù)必須得到精度的支�。當其它誤差使計�(shù)器的分辨能力偏離真實頻率時,其位�(shù)并無實際意義。也就是說計�(shù)器提供的可能是對不正確頻率的非常精確讀�(shù)�

    精度由隨機誤差和系統(tǒng)誤差確定。隨機誤差是分辨率不確定度的來源,它包括:
量化誤差 計數(shù)器測量時,一位有效數(shù)字存在�1的不確定�。產(chǎn)生原因是�(nèi)部時鐘頻率和輸入信號間的非相干��
觸發(fā)誤差 輸入信號的噪聲或來自計數(shù)器輸入通道的噪聲都可能引起噪聲毛刺觸發(fā)�
時基誤差 時基振蕩器頻率和其標稱頻率的不同都會直接�(dǎo)致測量誤��
    系統(tǒng)誤差是測量系�(tǒng)讀�(shù)對信號實際頻率的偏離。包括老化、溫度和線電壓變化對時基晶體的影��
    � 1 中比較了兩臺計數(shù)�。計�(shù)� A 有好的分辨率但系�(tǒng)誤差較大,計�(shù)� B 分辨率差但系�(tǒng)偏移誤差較小,結(jié)果是在大多數(shù)情況�,計�(shù)� A 顯示�(jié)果的精度要比計數(shù)� B ��

� 1. 分辨率—精度簡�。系�(tǒng)誤差與時基使顯示頻率偏離實際頻率。隨機誤差產(chǎn)生一個頻�
范圍,計�(shù)器不
能區(qū)分此范圍�(nèi)的不同信號�

提示2�理解計數(shù)器的測量方法

    頻率計數(shù)器分成兩類:直接計數(shù)和倒數(shù)計數(shù)。理解這兩種不同方法的影響將幫助您選擇的計�(shù)器并正確地使用計�(shù)��
    直接計數(shù)器簡單記錄已知周期(選通時間)的信號循�(huán)次數(shù)。所得到的計�(shù)直接送至計數(shù)器的讀出顯��
    這種方法既簡單又便宜,但也意味著直接計數(shù)器的分辨率固定為Hz。例�,對�1s的選通時間,計數(shù)器能檢測到的頻率�1Hz(根�(jù)定義�1s�(nèi)信號循環(huán)一次為1Hz�。因此如果您正在測量10Hz信號,對1s選通時間的�(yù)期分辨率�1Hz,或2位顯�。對�1kHz信號�1s選通,您能得到4��100kHz信號�6�,依此類�。圖 2表明了這一�(guān)�。還�(yīng)注意直接計數(shù)器的選通時間只能選�1s的十倍數(shù)或十分數(shù),這也限制了您的測量靈活��
    與之相反,倒數(shù)計數(shù)器測量輸入信號的周期,然后將周期取倒數(shù)得到頻率。鑒于其測量體系�(jié)�(gòu),對于給定的選通時�,所得到的分辨率為顯示位�(shù)(而非Hz)�也就是說倒數(shù)計數(shù)器永遠顯示同樣的分辨率位�(shù),而與輸入頻率無關(guān)。注意對于特定的選通時�,您將看到按位數(shù)�(guī)定的倒數(shù)計數(shù)器分辨率,如“每�10位�。只需查看頻率分辨率指標,您就能確定是直接計數(shù)器還是倒數(shù)計數(shù)�。如果分辨率以Hz表示,就是直接計�(shù)器。如果用位∕秒表�,就是倒數(shù)計數(shù)��
    計數(shù)器行�(yè)�(guī)定的標準化測量是相對�1s選通時�。圖3比較直接計數(shù)器和倒數(shù)計數(shù)器的分辨率。在較低頻率�,倒數(shù)計數(shù)器有明顯的優(yōu)�。例如對�1kHz,直接計�(shù)器給�1Hz的分辨率�4位)。�10位∕秒的倒數(shù)計數(shù)器給�1μHz�10位)的分辨率。即使精密分辨率不是您的主要要求,倒數(shù)計數(shù)器還具有速度�(yōu)勢:倒數(shù)計數(shù)器在1ms時得�1mHz分辨�,而直接計�(shù)器卻要花整整1s,才能得�1Hz分辨率(�4�。倒數(shù)計數(shù)器也提供連續(xù)可調(diào)的選通時間(不只是十進制步進),因此您能以最少的時間得到所需要的分辨��

� 2. 直接計數(shù)器顯示的位數(shù) � 頻率 (對于1s選通時�)

� 3. 比較直接計數(shù)器和倒數(shù)計數(shù)器的分辨� (對于1s選通時�)

� 4. 這里�10�/秒倒數(shù)計數(shù)器不同分辨率所需要的選通時�

    選擇也依�(jù)性價比。如果您對分辨率沒有嚴格要求,也不太�(guān)心速度,那么直接計�(shù)器就可能是經(jīng)濟的選擇。而對于快速和高分辨率測量,則�(yīng)選倒數(shù)計數(shù)��

提示3�為滿足性能要求進行定期校準

    校準計數(shù)器的頻度由幾項因素決定�
• 時基類型
• 計數(shù)器在測量期間�(jīng)受的條件
• 測量需要多高的精度
    校準并非一個簡單問�,通常與計�(shù)器精度直接相�(guān)。您在顯示器上看到的測量�(zhì)量取決于四個因�:
1. 時間不變的計�(shù)器性能因素(如提� 3 中討論的時基溫度�(wěn)定�)
2. 時間變化的計�(shù)器性能因素(如時基的老化率)
3. 輸入信號純凈度和噪聲�
4. 計數(shù)器設(shè)置和配置
    �2項是校準所扮演的角�。盡管計�(shù)器是測量電信號的電子儀�,但作為每臺計數(shù)器時基心臟的石英晶體卻是一種機械元件。由于晶體是機械元件,因此在受到各種物理擾動時會改變它的振動頻率,并進而影響計�(shù)器精�。這些不同擾動的累積效�(yīng)即晶體的老化,校準計�(shù)器即是對老化的補��
    老化是一項容易預(yù)測和能通過校準得到補償?shù)囊蛩?。您可通過查看計數(shù)器的老化率指標確定何時需要校��
    例如: 如果老化率為 4×10-8∕天。在校準后的�300�,老化將在總精度計算中增加1.2×10-5的時基誤�。如果該不確定度(對�1 MHz信號為�12 Hz)加上其它固有誤差對您的測量是可接受的,您就不需要校�。否則就要校��

提示4�進行最精確的測�

選擇的待命模�
    如果您要進行快速的測量,一種簡單方法是使用頻率計數(shù)器的自動待命模式。但在四種典型待命模�(自動、外部、時間和�)�,自動模式的精度。您可通過增加外部、時�,或位待命模式的選通時間改進分辨率和系�(tǒng)不確定度(如提� 2 所�,兩者都是測量誤差的組成部分)�
使用的時基和�(jīng)常進行校準
    時基的質(zhì)量和校準的頻度將影響您的測量�(zhì)�。對于大多數(shù)�(yīng)�,您需要兼顧精�、時基質(zhì)量和校準周期。如果購買的是較高質(zhì)量的時基,就可適當延長校準周�。如果頻繁地校準,較便宜的時基就也能達到您的精度要求。時基不需要放在計�(shù)器中,可用外部精密頻率源和時基改進測量精��
保持計數(shù)器時基溫�
    如我們在提示 3 中討論的,大多數(shù)精密頻率計數(shù)器都使用溫度補償頻率振蕩�(TCXO)或恒溫槽控制頻率振蕩�(OCXO)。保持頻率振蕩器的連續(xù)通電將避免輸出頻率的變動。振蕩器斷電,即使是很短時間的斷電,在回到穩(wěn)定頻率前也會有波�。為保證最�(wěn)定的晶體工作:
• 把計�(shù)器放在不會被拔掉電源的位置,使儀器在開機模式和待機模式間交替�
• 在校準時基時,要把校準設(shè)備拿到計�(shù)器處,而不是相�,因此不必給儀器斷電�
• 保護頻率計數(shù)器免受搬移和溫度變化也將改進它的穩(wěn)定��
    當您斷開計數(shù)器電源時,即使是短暫�,老化率也要按天數(shù)重新開始計算�
�(jiān)視觸�(fā)電平定時誤差
    在您進行定時測量(時間間隔,脈沖寬�,上升時�,下降時間,相位和占空比)�,需要考慮觸發(fā)電平定時誤差的影�。有幾項需考慮的因�: 觸發(fā)電平電路的分辨率和精�,輸入信號在觸發(fā)點的斜率,以及輸入滯后帶的寬��
    為減小這些影響,應(yīng)在正弦波或方波信號的偏置值處觸發(fā)。這樣能得到斜�,也把滯后帶誤差減到最�。如果您進行的是偏置至偏置測�(如整個周期,兩信號間 0°相位),那么滯后窗效應(yīng)可能被抵�。應(yīng)注意大多�(shù)計數(shù)器都最適合 0 V 觸發(fā)電平�(shè)置�
如有可能,把所有時基鎖定到單一時鐘
    兩個獨立時基間�(chǎn)生的偏離�/或抖動將增加誤差。使用獨立時基就像是觀看視頻和聲頻通道在不同的系統(tǒng)上的電影。在電影開始�,聲頻和視頻可能同步,但隨著時間推移,兩者差距越來越�。在使用�(xiàn)代測試和測量�(shè)備的�(yīng)用中,這種偏離不能忽略的�

提示5�進行最快的測量

    您可以配置現(xiàn)代頻率計�(shù)�,以得到每秒�(shù)百次的讀�(shù),這對于表征隨時間變化的信號是非常有用的。應(yīng)記住頻率計數(shù)器最適合測量�(wěn)�,或慢變化的信號。還�(yīng)記住為獲得精確讀�(shù),得到一個好的讀�(shù)比平均大量讀�(shù)更好�

把計�(shù)器設(shè)置到已知狀�(tài)
在發(fā)送復(fù)位命令后,儀器返回到就緒狀�(tài)前不要發(fā)送其它命�。對于大多數(shù)儀器返回就緒狀�(tài),程序中增加一秒的等待或延遲就足夠�。儀器有可能丟失�(fù)位時接收的命令�
�(shè)置與儀器使用數(shù)�(jù)類型一致的輸出格式
這將避免后處理期間因�(zhuǎn)換數(shù)�(jù)格式造成的延��
禁用所有后處理和打印操�
當您禁用這些功能時,處理器就能把它的資源用于讀�(shù)和把讀�(shù)送至計算�,而不是用來響�(yīng)額外的中�,例如更新顯��
配置�(yù)期頻�
Agilent 53100 系列計數(shù)器能按您的測量頻率優(yōu)化配置。實際被測信號必須在您命令中提供值的10[[[[%]]]] �(nèi)�
�(shè)置觸�(fā)電平
當輸入信號通過命令中的電平�(shè)置值時,就建立了觸�(fā)條件。把觸發(fā)電平�(shè)置在信號的斜率處,從而把滿足觸發(fā)條件的時間量減到最�。正弦波或方波在過零�(假定� 0V 偏置)有的斜率�
把觸�(fā)�(shè)置為立刻讀�(shù)
當儀器使用雙電平觸發(fā)時,在得到讀�(shù)前必須同時符合這兩個觸�(fā)條件。設(shè)置觸�(fā)待命條件,以立刻滿足級觸�(fā)電平�

 

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