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工程师博客:如何精确测量频率和时间(上)

上网日期: 2011年10月10日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:工程师? 测量? 精度?

分辨率和精度

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!!

工程师博客:如何精确测量频率和时间(上)(电子工程专辑)

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。

工程师博客:如何精确测量频率和时间(上)(电子工程专辑)

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。

工程师博客:如何精确测量频率和时间(上)(电子工程专辑)

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,接下来我们将一一谈这些问题。

下一页:时基的选择


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