示波器信號頻率穩(wěn)定度的測量

　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測量一個信號的頻率穩(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)：

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

　　ZDS2022示波器在測量功能中增加的硬件頻率計是根據(jù)輸入信號直接測量的，當(dāng)信號頻率高時，頻率計是對一段時間內(nèi)的上升沿計數(shù)，再換算到單位時間，從而得出這段時間內(nèi)的頻率值；當(dāng)信號頻率低時，是測量信號的一個周期，從而得出該信號的頻率值。

　　硬件頻率計的測量結(jié)果是一個數(shù)值，無法像頻率參數(shù)測量那樣得出測量的最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)差等，不能很直觀得顯示信號穩(wěn)定度，但是由于硬件頻率計是硬件直接對原始信號測量，故與采樣率無關(guān)，所以時基和采樣率不會影響硬件頻率計的測量精度，并且硬件頻率計測量結(jié)果會一直更新測量，與示波器的運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)無關(guān)。

　　故事高潮

　　那應(yīng)該如何用ZDS2022示波器對信號的頻率穩(wěn)定度進(jìn)行測量呢？我們以ZDS2022示波器的Demo板上的一個抖動信號為例進(jìn)行演示。

　　測量信號的頻率穩(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。對于微小的波形抖動并不是任意一臺示波器都可以準(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)抖動小。

　　為什么這么說呢？首先若是刷新率很低，那么死區(qū)時間就會很大，觸發(fā)點就會少，導(dǎo)致樣本少，不準(zhǔn)確。

　　圖1 高低刷新率對比

　　現(xiàn)在的示波器觸發(fā)器，一般都采用模擬觸發(fā)，可是這樣會造成示波器本身的觸發(fā)抖動就會很大，會覆蓋信號本身的抖動，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微小抖動。

　　ZDS2022示波器擁有高達(dá)33萬次/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)抖動非常小，波形顯示穩(wěn)定性高。

　　圖3 觸發(fā)器抖動對比示意圖

　　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，觀察下降沿的抖動情況。這樣在直觀上，就會看到非常真實的波形抖動情況。

　　既然在直觀上我們看到了很明顯的抖動效果，接下來就要用事實說話了，定量地來測一測。

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

　　事實上，對于高頻信號，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，同時可設(shè)置高達(dá)112Mpts的存儲深度，仍能保持1GSa/s的采樣率，所以信號頻率測量的精度還是非常高的。

　　故事結(jié)局

　　經(jīng)過幾番對話之后，許工在微信中給我們發(fā)來一張圖片。

　　圖4 許工的截圖

　　信號抖動很厲害，效果很直觀！許工很滿意！最后要對許工的積極配合，發(fā)給我們現(xiàn)場圖片表示感謝！