精確的頻率測(cè)量和時(shí)間測(cè)量

　　有一點(diǎn)需要注意的是，無(wú)論溫補(bǔ)時(shí)基還是恒溫槽時(shí)基，如果希望達(dá)到其指標(biāo)，需要儀器有一個(gè)預(yù)熱的時(shí)間，通常是30分鐘。因此，在使用頻率計(jì)數(shù)器的時(shí)候，應(yīng)盡量避免關(guān)機(jī)。但這會(huì)給外場(chǎng)測(cè)試帶來很多麻煩。要在天寒地凍的環(huán)境下等待儀器30分鐘的預(yù)熱，會(huì)讓人瘋掉的。一個(gè)好的選擇是給頻率計(jì)數(shù)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(wěn)定，但經(jīng)過一段時(shí)間同樣會(huì)出現(xiàn)老化，會(huì)偏離設(shè)定的值，會(huì)提高測(cè)試的不確定性。這就需要對(duì)時(shí)基進(jìn)行校準(zhǔn)。關(guān)于時(shí)基校準(zhǔn)的話題，我們后面會(huì)再講。

　　降低噪聲的影響

　　當(dāng)我們?cè)诶妙l率計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率或周期的時(shí)候，很多時(shí)候會(huì)看到測(cè)量的讀數(shù)會(huì)劇烈跳動(dòng)。如果是12位數(shù)字顯示，跳動(dòng)的數(shù)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(shù)，也不知是信號(hào)的問題還是計(jì)數(shù)器本身的問題

　　事實(shí)上，計(jì)數(shù)器本事是一種寬帶的儀器，對(duì)于輸入信號(hào)的相應(yīng)非常靈敏。但這有時(shí)也會(huì)造成一些麻煩，特別是當(dāng)輸入的信號(hào)上伴有噪聲的時(shí)候。對(duì)計(jì)數(shù)器來說，所有信號(hào)看來都基本相同。正弦波、方波、諧波和噪聲。計(jì)數(shù)器關(guān)心的只是信號(hào)一連串的過零，計(jì)數(shù)器認(rèn)為過零觸發(fā)的信號(hào)頻率就是要測(cè)量的頻率，至于信號(hào)形狀如何，它根本不關(guān)心。如果是純凈信號(hào)，這一過程就不存在問題。但帶有噪聲或毛刺的信號(hào)會(huì)“欺騙”計(jì)數(shù)器在信號(hào)“假”的過零點(diǎn)上觸發(fā)。此時(shí)計(jì)數(shù)器就不能得到實(shí)際的計(jì)數(shù)。幸而高質(zhì)量的計(jì)數(shù)器都提供解決這一問題的方法。它們首先要求在記錄過零前，信號(hào)需先通過兩個(gè)低和高的滯后閾值。這兩個(gè)電平間的間隔稱為觸發(fā)靈敏度，滯后帶，觸發(fā)帶，或其它一些類似術(shù)語(yǔ)。

　　其次是高質(zhì)量的計(jì)數(shù)器還能讓您調(diào)節(jié)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(hào)帶有一個(gè)會(huì)造成計(jì)數(shù)器出現(xiàn)“錯(cuò)誤”觸發(fā)的毛刺成分。由于觸發(fā)帶很窄，計(jì)數(shù)器在毛刺信號(hào)的點(diǎn)1和點(diǎn)3上被觸發(fā)，但又同時(shí)，在實(shí)際被測(cè)信號(hào)的點(diǎn)2和點(diǎn)4)也被觸發(fā)。這時(shí)如果看讀數(shù)，就會(huì)變得亂七八糟。

　　通過調(diào)節(jié)觸發(fā)帶使計(jì)數(shù)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)，使過零的寄生不會(huì)引起計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器記錄2次有效過零，并按此計(jì)算相應(yīng)的頻率。

　　當(dāng)然，這種方法也并不適用于所有種類的噪聲信號(hào)。如下圖的信號(hào)。這時(shí)一個(gè)正弦信號(hào)上帶有噪聲，對(duì)這樣的信號(hào)，調(diào)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)辦法就是通過調(diào)整觸發(fā)電平，使其“避開”最容易產(chǎn)生噪聲的地方。例如在這個(gè)信號(hào)中，信號(hào)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(hào)的這個(gè)位置相對(duì)比較穩(wěn)定，其抖動(dòng)可能最小。還有就是將觸發(fā)電平放置在信號(hào)上升或下降沿最陡的地方，這時(shí)觸發(fā)就會(huì)相對(duì)穩(wěn)定。讀數(shù)也會(huì)相對(duì)穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)起來非常簡(jiǎn)單，就是在調(diào)整觸發(fā)電平的時(shí)候，觀察顯示的變化。當(dāng)顯示最為穩(wěn)定的時(shí)候，就說明觸發(fā)電平的位置是最好的。

　　當(dāng)然，還有一個(gè)大家都常用的方法，即使用信號(hào)平均。在測(cè)試數(shù)據(jù)顯出現(xiàn)跳動(dòng)是，啟用計(jì)數(shù)器的平均模式。平均模式能實(shí)際改進(jìn)您的測(cè)量質(zhì)量。通過減小信號(hào)中隨機(jī)變量的影響，平均減少了顯示的變化數(shù)字。

　　總之，如果顯示數(shù)據(jù)在不停的跳動(dòng)，表明信號(hào)中可能存在噪聲。您可以根據(jù)噪聲的特點(diǎn)和測(cè)試要求，通過把計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)為低靈敏度模式、改變觸發(fā)電平或啟用平均模式，將測(cè)試數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定下來。

　　頻率計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)

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

　　頻率計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)周期取決于計(jì)數(shù)器中的時(shí)基類型，計(jì)數(shù)器在測(cè)量期間經(jīng)受的條件，最重要的是您需要多高的測(cè)量精度。為認(rèn)識(shí)校準(zhǔn)為什么不是一個(gè)簡(jiǎn)單問題，您必須回過來考慮計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器的測(cè)量精度:

　　1.與計(jì)數(shù)器本身相關(guān)的時(shí)間穩(wěn)定量性能因素，如計(jì)數(shù)器時(shí)基的溫度穩(wěn)定性。關(guān)于時(shí)基的選擇，我們?cè)谇耙黄恼轮杏性敿?xì)說明。

　　2.與計(jì)數(shù)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(hào)特性，如噪聲的存在。

　　4.您選擇的設(shè)置，如閘門時(shí)間。

　　所以當(dāng)我們談到計(jì)數(shù)器的精度指標(biāo)時(shí)，看到的包括這一系列因素的復(fù)雜計(jì)算公式，而不是簡(jiǎn)單的數(shù)字。讓我們集中關(guān)注第2點(diǎn)，即時(shí)基的老化率這個(gè)問題，來說明校準(zhǔn)在起著什么作用。