1.標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基。標(biāo)準(zhǔn)或“室溫”時(shí)基,不使用任何類型的溫度補(bǔ)償或控制。其最大優(yōu)點(diǎn)是便宜,但它也有最大的頻率誤差。下圖中的曲線示出典型晶體的熱行為。隨著環(huán)境溫度的改變,頻率輸出能變化5ppm或更高。對(duì)于1MHz信號(hào)為±5Hz,因此是測(cè)量中必須考慮的重要因素。在通用側(cè)測(cè)試儀器,如示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、頻譜儀中,采用的是這種時(shí)基。在過去低端的頻率計(jì)數(shù)器,其標(biāo)準(zhǔn)配置的時(shí)基也這這種得標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基。
2.溫度補(bǔ)償時(shí)基。有時(shí),我們也稱之為高穩(wěn)時(shí)基。一種解決晶體熱變化的方法是讓振蕩器電路中的其它電子元件補(bǔ)償其熱響應(yīng)。這種方法可穩(wěn)定其熱行為,把時(shí)基誤差降低到約0.1ppm(對(duì)1MHz信號(hào)為±10.1Hz)典型的事安捷倫53200A系列頻率計(jì)數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)配置的時(shí)基就是這種,其老化率可達(dá)到0.1ppm。有時(shí),這種時(shí)基也被用于輸出頻率精度更高的信號(hào)源,如安捷倫的33520A系列函數(shù)和任意波性發(fā)生器,這種時(shí)基就是一個(gè)選件
3.恒溫槽控制。穩(wěn)定振蕩器輸出的最有效方法是讓晶體免受溫度變化。計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)師把晶體放入恒溫槽,保持其溫度在熱響應(yīng)曲線的特定點(diǎn)。從而能得到好得多的時(shí)基穩(wěn)定度,典型誤差只有0.0025ppm(對(duì)于1MHz信號(hào)為±0.0025Hz)。
所得到的好處還不僅僅是與溫度相關(guān)的精度。恒溫槽控制時(shí)基還能降低晶體老化效應(yīng),從而不需要頻繁地送校計(jì)數(shù)器。例如標(biāo)準(zhǔn)Agilent 53220A RF計(jì)數(shù)器的月老化率<0.2ppm(對(duì)于1MHz信號(hào)為±0.2Hz)。而可選高穩(wěn)定度恒溫槽則降到每月<0.01ppm(對(duì)于1MHz信號(hào)為±0.01Hz)。即標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基的老化要比高穩(wěn)定型高出20倍。
4.外部時(shí)基。當(dāng)用頻率計(jì)數(shù)器測(cè)量一些高精度和高穩(wěn)定性晶振的時(shí)候,如有些無線基站的時(shí)基要求0.1ppm-0,01ppm的穩(wěn)定性,幾經(jīng)與頻率計(jì)數(shù)器可選擇的恒溫槽時(shí)基相當(dāng),這是,我就需要選擇更高穩(wěn)定性的外部時(shí)基。最通常用的是銣鐘。在安捷倫的頻率計(jì)數(shù)器中,都有一個(gè)外時(shí)鐘輸入接口,可以輸入外部的銣鐘信號(hào),替代其內(nèi)部的時(shí)基
有一點(diǎn)需要注意的是,無論溫補(bǔ)時(shí)基還是恒溫槽時(shí)基,如果希望達(dá)到其指標(biāo),需要儀器有一個(gè)預(yù)熱的時(shí)間,通常是30分鐘。因此,在使用頻率計(jì)數(shù)器的時(shí)候,應(yīng)盡量避免關(guān)機(jī)。但這會(huì)給外場(chǎng)測(cè)試帶來很多麻煩。要在天寒地凍的環(huán)境下等待儀器30分鐘的預(yù)熱,會(huì)讓人瘋掉的。一個(gè)好的選擇是給頻率計(jì)數(shù)器加一個(gè)電池選件。這個(gè)電池選擇不僅能省去了介入220V交流電的麻煩,更重要的是能讓恒溫槽時(shí)基經(jīng)常性的保證需要的溫度,讓使用者無需等待30分鐘余熱。
即使時(shí)基非常穩(wěn)定,但經(jīng)過一段時(shí)間同樣會(huì)出現(xiàn)老化,會(huì)偏離設(shè)定的值,會(huì)提高測(cè)試的不確定性。這就需要對(duì)時(shí)基進(jìn)行校準(zhǔn)。關(guān)于時(shí)基校準(zhǔn)的話題,我們后面會(huì)再講。
降低噪聲的影響
當(dāng)我們?cè)诶妙l率計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率或周期的時(shí)候,很多時(shí)候會(huì)看到測(cè)量的讀數(shù)會(huì)劇烈跳動(dòng)。如果是12位數(shù)字顯示,跳動(dòng)的數(shù)字可能是后3-4位,甚至更多。這時(shí)候,我們就可能不知所措,不知如何讀數(shù),也不知是信號(hào)的問題還是計(jì)數(shù)器本身的問題
事實(shí)上,計(jì)數(shù)器本事是一種寬帶的儀器,對(duì)于輸入信號(hào)的相應(yīng)非常靈敏。但這有時(shí)也會(huì)造成一些麻煩,特別是當(dāng)輸入的信號(hào)上伴有噪聲的時(shí)候。對(duì)計(jì)數(shù)器來說,所有信號(hào)看來都基本相同。正弦波、方波、諧波和噪聲。計(jì)數(shù)器關(guān)心的只是信號(hào)一連串的過零,計(jì)數(shù)器認(rèn)為過零觸發(fā)的信號(hào)頻率就是要測(cè)量的頻率,至于信號(hào)形狀如何,它根本不關(guān)心。如果是純凈信號(hào),這一過程就不存在問題。但帶有噪聲或毛刺的信號(hào)會(huì)“欺騙”計(jì)數(shù)器在信號(hào)“假”的過零點(diǎn)上觸發(fā)。此時(shí)計(jì)數(shù)器就不能得到實(shí)際的計(jì)數(shù)。幸而高質(zhì)量的計(jì)數(shù)器都提供解決這一問題的方法。它們首先要求在記錄過零前,信號(hào)需先通過兩個(gè)低和高的滯后閾值。這兩個(gè)電平間的間隔稱為觸發(fā)靈敏度,滯后帶,觸發(fā)帶,或其它一些類似術(shù)語。
其次是高質(zhì)量的計(jì)數(shù)器還能讓您調(diào)節(jié)這一帶的寬度,以把不需要的觸發(fā)減到最少。如下圖所示,輸入的信號(hào)帶有一個(gè)會(huì)造成計(jì)數(shù)器出現(xiàn)“錯(cuò)誤”觸發(fā)的毛刺成分。由于觸發(fā)帶很窄,計(jì)數(shù)器在毛刺信號(hào)的點(diǎn)1和點(diǎn)3上被觸發(fā),但又同時(shí),在實(shí)際被測(cè)信號(hào)的點(diǎn)2和點(diǎn)4)也被觸發(fā)。這時(shí)如果看讀數(shù),就會(huì)變得亂七八糟。