精確的頻率測量和時間測量

　　從用戶角度來看，重要的是要知道晶體振蕩器會隨著時間而產生老化，而且老化是能容易地預測，可以通過校準進行補償。對于不同的晶體振蕩器，老化率是一個已知的常數(shù)，這樣我們就能通過查看計數(shù)器的老化率指標確定何時需要校準。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。如果您認為這個不確定度再加上計數(shù)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(wěn)定的時基，在精度要求不變的情況下，可以延長校準周期。例如，如果老化率是4x10-9/天(高穩(wěn)時基的指標)，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的時基誤差。如果測量的信號是1MHz，其不確定度為±15Hz，與普通實際300天一校準可達到的精度指標相當。

　　時間間隔的精確測量方法

　　在產品研發(fā)和設計驗證的過程中，很多的應用需要精確的時間間隔測量，例如雷達信號入射波和反射波的時間間隔、信號通過傳輸線的延遲，兩信號之間的延遲等等。在精確測量時間間隔后，可以將其與頻率進行換算，可以獲得信號之間的相位差等參數(shù)。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。但除去個別價格嚇人的示波器外，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間分辨率充其量也就是100ps。

　　如果你需要時間間隔測量的分辨率達到100ps之內，手頭又沒有超過30萬的銀子，你可以考慮使用先進的頻率計數(shù)器來完成這項工作。例如Agilent 53230A來講，可以提供20ps的單次時間測量分辨率，相當于50G采樣率的示波器。而價格只有3萬人民幣左右。

　　我將對53230A的20ps單次測量時間分辨率(SSR)技術指標進行深入的說明。SSR是指當事件達到信號邊沿的閾值時，計數(shù)器在時間上對事件的分辨能力。20ps SSR計時技術指標屬于業(yè)界領先的水平。如果我們需要測量兩個事件之間的時間間隔，例如兩個信號上升沿的延遲，我們可以使用平方根值來計算出頻率計數(shù)器測量這兩個事件時間間隔時的分辨率，因此對于53230A，單次測量兩個信號上升沿的分辨率(SSR)等于：

　　這是單次測量兩個事件時的分辨率，我們可以通過對多次測量的結果求平均值來消除隨機誤差，從而實現(xiàn)更高的時間間隔測量分辨率。當然，這樣做的代價就是降低了測量速度?，F(xiàn)在SSR分辨率往往與時間間隔測量有關，但是每次計數(shù)器測量歸根到底基本上都是計時測量，因此計數(shù)器的SSR越好，頻率測量的分辨率越高。

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

　　利用頻率計數(shù)器能精確測量頻率、周期、時間間隔、占空比等于時間相關的參數(shù)。其精度和分辨率都要高于示波器數(shù)十倍至千萬倍。