示波器信號(hào)頻率穩(wěn)定度的測(cè)量

　故事開頭：

　　微信群開通第一天，青島澳邦量器的一位許工跟我們交流說，他現(xiàn)在正在用ZDS2022示波器的硬件頻率計(jì)測(cè)量一個(gè)信號(hào)的頻率穩(wěn)定度，可是沒有得到滿意的結(jié)果，就冒泡提出疑惑，為了給出最專業(yè)的解答，研發(fā)同事冒泡解答。

　　故事情節(jié)：

　　第一個(gè)問題當(dāng)然就是：為什么我用頻率計(jì)測(cè)量不能得出該信號(hào)的頻率穩(wěn)定度呢？回答這個(gè)問題的關(guān)鍵就是要弄清楚ZDS2022示波器的頻率計(jì)測(cè)量到底是怎么回事？

　　ZDS2022示波器在測(cè)量功能中增加的硬件頻率計(jì)是根據(jù)輸入信號(hào)直接測(cè)量的，當(dāng)信號(hào)頻率高時(shí)，頻率計(jì)是對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的上升沿計(jì)數(shù)，再換算到單位時(shí)間，從而得出這段時(shí)間內(nèi)的頻率值；當(dāng)信號(hào)頻率低時(shí)，是測(cè)量信號(hào)的一個(gè)周期，從而得出該信號(hào)的頻率值。

　　硬件頻率計(jì)的測(cè)量結(jié)果是一個(gè)數(shù)值，無(wú)法像頻率參數(shù)測(cè)量那樣得出測(cè)量的最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)差等，不能很直觀得顯示信號(hào)穩(wěn)定度，但是由于硬件頻率計(jì)是硬件直接對(duì)原始信號(hào)測(cè)量，故與采樣率無(wú)關(guān)，所以時(shí)基和采樣率不會(huì)影響硬件頻率計(jì)的測(cè)量精度，并且硬件頻率計(jì)測(cè)量結(jié)果會(huì)一直更新測(cè)量，與示波器的運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)無(wú)關(guān)。

　　故事高潮

　　那應(yīng)該如何用ZDS2022示波器對(duì)信號(hào)的頻率穩(wěn)定度進(jìn)行測(cè)量呢？我們以ZDS2022示波器的Demo板上的一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)為例進(jìn)行演示。

　　測(cè)量信號(hào)的頻率穩(wěn)定度，首先我們需要從直觀上，也就是從波形上看到頻率抖動(dòng)。對(duì)于微小的波形抖動(dòng)并不是任意一臺(tái)示波器都可以準(zhǔn)確觀察到的，它至少需要兩種條件：高刷新率和示波器本身觸發(fā)抖動(dòng)小。

　　為什么這么說呢？首先若是刷新率很低，那么死區(qū)時(shí)間就會(huì)很大，觸發(fā)點(diǎn)就會(huì)少，導(dǎo)致樣本少，不準(zhǔn)確。

　　圖1 高低刷新率對(duì)比

　　現(xiàn)在的示波器觸發(fā)器，一般都采用模擬觸發(fā)，可是這樣會(huì)造成示波器本身的觸發(fā)抖動(dòng)就會(huì)很大，會(huì)覆蓋信號(hào)本身的抖動(dòng)，故只有具備高精度數(shù)字觸發(fā)的示波器才可能觀察到信號(hào)微小抖動(dòng)。

　　ZDS2022示波器擁有高達(dá)33萬(wàn)次/秒的刷新率。

　　圖2 高刷新率原理圖

　　數(shù)字觸發(fā)器使用全數(shù)字處理技術(shù)，不存在物理通路，不受外在因素（器件特性、環(huán)境溫度等）影響，因此觸發(fā)抖動(dòng)非常小，波形顯示穩(wěn)定性高。

　　圖3 觸發(fā)器抖動(dòng)對(duì)比示意圖

　　正好滿足上述要求。所以我們能夠給用戶提供這樣一種方法。按下【Trigger】鍵，將觸發(fā)類型設(shè)置為上升沿觸發(fā)，一鍵【Persist】開啟余輝、色溫模式，觀察下降沿的抖動(dòng)情況。這樣在直觀上，就會(huì)看到非常真實(shí)的波形抖動(dòng)情況。

　　既然在直觀上我們看到了很明顯的抖動(dòng)效果，接下來就要用事實(shí)說話了，定量地來測(cè)一測(cè)。

　　ZDS2022示波器存儲(chǔ)深度支持手動(dòng)設(shè)置功能，按下【Horiz】鍵，把儲(chǔ)存深度設(shè)為112Mpts，設(shè)置合適的時(shí)基。ZDS2022示波器共提供了51種參數(shù)項(xiàng)，且可以同時(shí)顯示24種測(cè)量結(jié)果， 全部都是基于原始采樣點(diǎn)測(cè)量，沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)抽樣，按下【Measure】鍵，打開參數(shù)測(cè)量功能，旋轉(zhuǎn)旋鈕B選擇頻率，短按旋鈕B選中頻率項(xiàng)，在主界面上您可以通過觀察測(cè)量結(jié)果的最大值和最小值，快速了解信號(hào)中可能存在的異常；觀察平均值、標(biāo)準(zhǔn)差可快速評(píng)估信號(hào)特性。

　　事實(shí)上，對(duì)于高頻信號(hào)，在保證探頭衰減比、電路連接等相關(guān)設(shè)置操作正確的情況下，采用ZDS2022示波器，運(yùn)用高刷新率模式，同時(shí)可設(shè)置高達(dá)112Mpts的存儲(chǔ)深度，仍能保持1GSa/s的采樣率，所以信號(hào)頻率測(cè)量的精度還是非常高的。

　　故事結(jié)局

　　經(jīng)過幾番對(duì)話之后，許工在微信中給我們發(fā)來一張圖片。

　　圖4 許工的截圖

　　信號(hào)抖動(dòng)很厲害，效果很直觀！許工很滿意！最后要對(duì)許工的積極配合，發(fā)給我們現(xiàn)場(chǎng)圖片表示感謝！