标签: 时间间隔测量

让我们来看看以下这个显示。这是利用安捷伦的53230A高性能频率计数器测量一个10MHz晶振的显示结果。从这个显示结果上，我们可以看到11位数字显示， 分辨率高达1mHz！这还不是 53230A的全部能力。如果设定12位数字显示，其分辨率更可达到微赫兹级！！ 测量一个10MHz的信号，分辨率达到微赫兹级，这的确让人惊叹。但千万不要认为，这是的测量误差也能达到同样的量级。  把分辨率等同于精度是常见的错误。两者之间有联系，但却是完全不同的概念。 分辨率定义为计数器区别相近频率的能力， 如下图。这与显示位数和输入信号的频率有关。显示位数是越多越好。 但显示位数必须得到精度的支持。如果有其它误差使计数器的测量结果偏离真实频率时，其高位数并无实际意义。也就是说计数器提供的可能是对不正确频率的非常精细的读数。 真实测量精度是随机误差和系统误差的函数。随机误差是分辨率不确定度的来源，它包括量化误差（在闸门时间窗内围绕最终计数的不确定度），触发误差（如在噪声尖峰上触发）和时基的短期不稳定度。系统误差是测量系统内的偏移，它使读数偏离信号的真实频率。这里包括时基晶体的影响，如老化，以及温度和电网电压变化等等。 下图中比较了两台计数器。计数器A 有好的分辨率和很大的偏移误差，计数器B 分辨率差，但系统偏移误差较小，结果是在大多数情况下，计数器A 显示结果的精度要比计数器B 低。 数学家John Tukey 对此解释为对正确问题的近似答案远优于对错误问题的精确答案。确保频率和时间参数测量的高精度， 需要从仪器的校准、时基的选择、降低触发误差等多多方面考虑。 因此，我们将在下几篇博文中谈这些问题。      该系列文章列表： 精确的频率和时间测量 - 分辨率和精度 精确的频率和时间测量 - 时基的选择 精确的频率和时间测量 - 降低噪声的影响 精确的时间和频率测量- 频率计数器的校准 精确的时间和频率的测量 - 时间间隔的精确测量方法

上接： 高精度测量基础- 频率计数器（一） 上篇文章谈到频率计数器的测试测量原理。同样，利用频率计数器可以测量信号的时间间隔、相位差、占空比等等。   我们市场上看到的频率计数器通常有单通道和双通道的，单通道的测量能力有限，只能测量简单的频率、周期。而双通道的则可以测量更多的参数。 频率计时器双通道的工作原理与我们通常看到的示波器双通道或似通道的工作方式完全是两样的。示波器的双通道中，每个通道各有一个AD和信号调理。 但频率计数器每个通道有都有信号调理，但他们共用一个测量引擎，它并不能同时测量两个通道的频率， 但由于有了两个通道，它可以测量2个通道输入信号之间的时间关系。工作框图如下：     在测量两个通道的时间关系的时候，例如测量雷达信号发射波和回波之间的时间差，我们用通道1输入发射波，通道2输入回波。 利用发射波的第一个上升沿触发频率计数器，使其打开时间闸门。当第二个通道的回波到来后，除非闸门使其关闭。这样我们就能精确测得两个信号的时间差。 同样，如果与频率进行换算，就可以得到两个信号间的相位差。 示波器测量两个信号之间的相位差，会有超过2度的误差。而频率计数器则要比示波器的精度高出数十倍， 甚至更多   如果希望测得同一个信号钟不同事件的时间间隔，例如一个正脉冲的宽度，同样需要双通道的频率计数器。其工作原理如下图   在这个测量过程中，我们把信号接入通道1， 并启动通道1-1的时间间隔测量。信号的上升沿将通过1通道信号调理电路，控制打开时间闸门。 于此同时，计数器内部的开关将通道1的信号切换到通道2的信号调理器上，并等待信号下降沿触发的到来。如果下降沿来了，时间闸门就会被关闭。这样就能得到脉冲宽度。   用同样的方法，我们可以测量信号的上升/下降时间，占空比，脉冲组之间的时间间隔等等。   频率计数器测量时间间隔的分辨率可以高达20ps, 其精度和分辨率要远远超过示波器，从而成为高精度的时间参数的测量最常用的工具。 同时，由于其体积小，速度快，成本低，易于集成等特点，被大量应用在测试自动化系统中，替代一部分示波器的应用。