【正文】 部晶體振蕩器。 晶體振蕩器存在 老化與漂移 ，因此，需要進(jìn)行 定期校準(zhǔn)（微調(diào)）。校準(zhǔn)方法為將晶體振蕩器輸出作為被測(cè)信號(hào)，用上一級(jí)更準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)為參考，進(jìn)行測(cè)量 —— 稱為 “頻率計(jì)量” 。測(cè)量的主要內(nèi)容為 “頻率穩(wěn)定度” 。 1）頻率穩(wěn)定度 ◆ 頻率準(zhǔn)確度 頻率源輸出的實(shí)際頻率值 fx對(duì)其標(biāo)稱值 f0的相對(duì)頻率偏差。 即： 00, xf f f ff? ?? ? ? ?第 79頁(yè) ? 頻率穩(wěn)定度概念 頻率源的頻率值由于受內(nèi)外因素的影響，總是在不斷地變化著，大體上可分為： (1)系統(tǒng)性的或確定性的變化（如老化） ； (2)非確定性的或隨機(jī)性的變化（頻率隨機(jī)起伏） 。 因此，頻率準(zhǔn)確度只能表示當(dāng)前測(cè)量（取樣時(shí)間）的準(zhǔn)確度，它是時(shí)間 t的函數(shù)。 頻率準(zhǔn)確度隨時(shí)間的變化即為 頻率穩(wěn)定度 。它表征頻率源維持其工作于恒定頻率上的能力。 ◆ 長(zhǎng)期、短期穩(wěn)定度 對(duì)頻率穩(wěn)定度的描述引入時(shí)間概念，即在一定時(shí)間間隔內(nèi)的頻率穩(wěn)定度，則有 長(zhǎng)期穩(wěn)定度與短期穩(wěn)定度 。 長(zhǎng)期 —— 年、月、日；短期 —— 秒級(jí)。 第 80頁(yè) 2）長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度的表征 長(zhǎng)期穩(wěn)定度是指石英諧振器老化而引起的振蕩頻率在其平均值上的緩慢變化，即頻率的老化漂移。 多數(shù)高穩(wěn)定的石英振蕩器，經(jīng)過足夠時(shí)間的預(yù)熱后，其頻率的老化漂移往往呈現(xiàn)良好的線性 (增加或減少 )。如下圖。 圖中表示了實(shí)際頻率 隨時(shí)間的變化，由圖 可得頻率穩(wěn)定度 K： K表示了在 t1t2時(shí)間 內(nèi)的相對(duì)頻率漂移（即 頻率準(zhǔn)確度的變化） 。 2 0 1 0210 0 0 0 021f f f fff ffKf f f f f? ? ? ???? ??? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?第 81頁(yè) 3）短期頻率穩(wěn)定度的表征 測(cè)量晶振的短期穩(wěn)定度主要是為了反映晶體內(nèi)部的噪聲特性，因此這項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試應(yīng)在恒定的環(huán)境條件和無外界干擾的情況下進(jìn)行。 第 82頁(yè) 頻率穩(wěn)定度的測(cè)量（略） 第 83頁(yè) 測(cè)量技術(shù) 調(diào)制域測(cè)量 1）調(diào)制域測(cè)量 2）調(diào)制域測(cè)量的意義 1）瞬時(shí)頻率測(cè)量原理 2）無間隔計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn) 3）提高測(cè)量速度與分辨力的方法 4）調(diào)制域分析的應(yīng)用 5）發(fā)展動(dòng)態(tài) 第 84頁(yè) 調(diào)制域測(cè)量 1）調(diào)制域測(cè)量 ◆時(shí)域與頻域分析的局限性 一個(gè)實(shí)際的信號(hào)可以從時(shí)域和頻域進(jìn)行描述和分析，時(shí)域分析可以了解信號(hào)波形（幅值）隨時(shí)間的直觀變化；頻域分析則可以了解信號(hào)中所含頻譜分量，但是，卻不能把握 各頻譜分量在何時(shí)出現(xiàn) 。 ◆調(diào)制域概念 在通信等領(lǐng)域中，各種復(fù)雜的 調(diào)制信號(hào) 越來越多地被人們使用，因而，常常需要 了解信號(hào)頻率隨時(shí)間的變化，以便對(duì)調(diào)制信號(hào)等進(jìn)行有效分析 —— 即 調(diào)制域分析 。 調(diào)制域 即指由頻率軸 (F)和時(shí)間軸 (T)共同構(gòu)成的平面域 。 第 85頁(yè) 1）調(diào)制域測(cè)量的概念 下圖所示描述了同一信號(hào)在時(shí)域（ VT）、頻域（ VF）、調(diào)制域（ FT）的特性。 ◆調(diào)制域分析儀 能夠 完成調(diào)制域分析的測(cè)量?jī)x器 稱為調(diào)制域分析儀。調(diào)制域測(cè)量技術(shù)是對(duì)時(shí)域和頻域測(cè)量技術(shù)的補(bǔ)充和完善。 調(diào)制域測(cè)量 第 86頁(yè) 2） 調(diào)制域測(cè)量的意義 調(diào)制域描繪出了頻率 、 時(shí)間間隔或相位等隨時(shí)間的變化曲線 。 方便地表達(dá)出頻域和時(shí)域中難以描述的信號(hào)參數(shù)和信號(hào)特性 。 為人們對(duì)復(fù)雜信號(hào)的測(cè)試和分析提供了方便直觀的方法 ， 解決了一些難以用傳統(tǒng)方法或不可能用傳統(tǒng)方法解決的難題 。 第 87頁(yè) 時(shí)頻測(cè)量原理 1）瞬時(shí)頻率測(cè)量原理 ◆ 瞬時(shí)頻率的概念 信號(hào)頻率隨時(shí)間的變化，可將頻率量視為時(shí)間 t的連續(xù)函數(shù)，用 f(t)表示。 f(t)也代表了時(shí)間 t時(shí)的 瞬時(shí)頻率 。 ◆ 平均頻率 實(shí)際上，由于測(cè)量上的困難，瞬時(shí)頻率只是一種理論上的概念。因?yàn)樗袦y(cè)量都需要一定的采樣時(shí)間（閘門時(shí)間），測(cè)量結(jié)果則為該 采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率 。 ◆用 平均頻率逼近瞬時(shí)頻率 在 時(shí)間軸上以某個(gè)時(shí)刻 t0為起始點(diǎn)，連續(xù)地對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣，則： 第 88頁(yè) 各采樣計(jì)數(shù)值 Mi與相應(yīng)時(shí)間點(diǎn) ti相對(duì)應(yīng) 。則可得到 采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率值。當(dāng) 時(shí)間趨于無限小時(shí)即可得到各時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)頻率值 。 如下圖所示 ， 采樣點(diǎn) A作為時(shí)間起始點(diǎn) t0， 則： 在采樣點(diǎn) B得到事件周期值 M1和時(shí)間標(biāo)記： (T0為時(shí)標(biāo) ) 在采樣點(diǎn) C得到事件周期值 M2和時(shí)間標(biāo)記： 于是 ， B點(diǎn)的頻率為： 同理 ， C點(diǎn)的頻率為 如此連續(xù)不斷地測(cè)量下去就得到了 時(shí)頻曲線 。 1 1 0 0t N T t??2 2 0 1t N T t??tvA B C ??t 0 t1t 211101 0 1MMfFN T N? ? ?2202MfFN??第 89頁(yè) 2）無間隙計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn) ◆無間隙計(jì)數(shù)器 通用計(jì)數(shù)器的頻率測(cè)量，其前后兩次閘門之間必然存在一段間隙時(shí)間（顯示、存儲(chǔ)、下一次測(cè)量準(zhǔn)備），使有用信息被丟失，導(dǎo)致時(shí)間軸上的不連續(xù)性。為此，就要使用無間隙計(jì)數(shù)器方案 。 ◆實(shí)現(xiàn)原理 使用兩組計(jì)數(shù)器交替工作 ，每一組都包括 時(shí)間計(jì)數(shù)器 （對(duì)時(shí)標(biāo) T0）和 事件計(jì)數(shù)器 。當(dāng)一組計(jì)數(shù)器工作時(shí)，另一組計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示等工作。 如此往復(fù)交替，完成時(shí)間軸上無間隙的測(cè)量。 第 90頁(yè) 事件信號(hào)門控信號(hào)正反同步信號(hào)M1M2時(shí)間信號(hào)N1N2計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)1t? 2t?讀、清零讀、清零讀、清零讀、清零 ?工作原理波形圖 第 91頁(yè) ◆ 原理框圖 D觸發(fā)器C L KD可程控分頻器時(shí)基事件計(jì)數(shù)器M1事件計(jì)數(shù)器M2時(shí)間計(jì)數(shù)器N2時(shí)間計(jì)數(shù)器N1存儲(chǔ)器1讀寫控制電路1讀寫控制電路2存儲(chǔ)器2門控事件控制信號(hào)T0第 92頁(yè) 3） 提高測(cè)量速度與分辨力的方法 ◆ 采用同步和內(nèi)插技術(shù)提高分辨力 兩組基本計(jì)數(shù)器均采用雙計(jì)數(shù)器 (事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器 )且閘門由輸入信號(hào)同步 ， 同時(shí)采用內(nèi)插技術(shù)進(jìn)一步提高分辨力 。 ◆ 最小采樣時(shí)間 兩組計(jì)數(shù)器交替計(jì)數(shù) ， 即當(dāng)一組計(jì)數(shù)器在采樣計(jì)數(shù)時(shí) ， 另一組基本計(jì)數(shù)器正在進(jìn)行內(nèi)插 、 讀數(shù) 、 清零等操作 ， 因此最小采樣時(shí)間滿足下式： 該式中 ,后 3項(xiàng)取決于器件速度 （ 一般選用高速器件 ） ,因此應(yīng)設(shè)法減小內(nèi)插時(shí)間以提高測(cè)量速度 。 m inTT ? 內(nèi) 插 計(jì) 數(shù) 器 穩(wěn) 定 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 計(jì) 數(shù) 器 清 零＋ T ＋ T ＋ T第 93頁(yè) ◆ 內(nèi)插時(shí)間 在使用模擬內(nèi)插法時(shí)，設(shè)開門和關(guān)門脈沖的最大寬度為 Tm(兩個(gè)零頭時(shí)間 )，放大倍數(shù)為 K，則內(nèi)插時(shí)間為： KTm。 為減小內(nèi)插時(shí)間，可 提高時(shí)基頻率 （如采用更高頻率的晶振）以減小 Tm的值。但 時(shí)基頻率的提高將給器件的選擇和電路設(shè)計(jì)帶來困難。 減小內(nèi)插時(shí)間還可 減小 內(nèi)插系數(shù) K，但 K值太小測(cè)時(shí)分辨力降低，為適應(yīng)某些高測(cè)時(shí)分辨力要求，必須協(xié)調(diào)好采樣速度和高測(cè)時(shí)分辨力的矛盾。 第 94頁(yè) ◆ 采用流水作業(yè)法提高測(cè)量速度 流水作業(yè)法：即用幾套相同的硬件順序、連貫地工作，從而提高整體的采樣速率。工作時(shí)序如下圖所示 。 圖中， T為一套硬件的最小采樣時(shí)間，當(dāng)采用 4套硬件時(shí)，整機(jī)工作速度將提高 4倍。 但是，其 速度的提高 以硬件的復(fù)雜性和成本的提高為代價(jià) 。 T Line21 Line11 Line31 Line41 Line11 第 95頁(yè) 4）調(diào)制域分析的應(yīng)用 ◆典型應(yīng)用 —— 調(diào)制參數(shù)的測(cè)試： 頻率調(diào)制是通信系統(tǒng)所用的很多調(diào)制電路的基礎(chǔ)。通過調(diào)制域分析，可立即顯示調(diào)制波形，提供載波頻率、峰 峰值頻偏、調(diào)制率等關(guān)鍵參數(shù)。如下圖。 第 96頁(yè) 5）發(fā)展動(dòng)態(tài) 隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)制域分析技術(shù)和儀器產(chǎn)品在高新技術(shù)領(lǐng)域 得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮重要作用 。 國(guó)外從 80年代起 開始調(diào)制域分析儀研制 (如 HP5371A、 5373A）。 目前已有 HP5372A、 HP5373A、 HP53310A及 VXI模塊 HP E1740A、HP E1725A等。 國(guó)際先進(jìn)水平 的調(diào)制域分析儀達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)為： 直接測(cè)量頻率： 10Hz~500MHz。 測(cè)時(shí)分辨率： 200ps。 連續(xù)采樣速率： 10MHz。 第 97頁(yè) 習(xí)題講解 用一臺(tái) 5位十進(jìn)電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率，選用 時(shí)間。測(cè)頻分辨力為多少？若被測(cè)頻率為 10KHz，量化誤差（相對(duì)誤差值）為多少？如果該計(jì)數(shù)器的最大閘門時(shí)間為 10s，則在顯示不溢出的情況下，測(cè)量頻率的上限為何值？ 解 （ 1）測(cè)量分辨率＝（ 1/）＝ 10Hz （ 2）在 ： 10KHz ＝ 1000， 則量化誤差的相對(duì)值為： 1/1000＝ ％ （ 3）為了顯示不溢出，則在 10s的最大閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)得的值不能超過 105，由此可得測(cè)量頻率的上限值為：105/10s＝ 10KHz 第 98頁(yè) 欲用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量一個(gè) fx=200Hz的信號(hào)頻率，采用測(cè)頻（選閘門時(shí)間為 1s）和測(cè)周（選時(shí)標(biāo)為 ）兩種方法。 （ 1）試比較這兩種方法由 177。 1誤差所引起的測(cè)量誤差； （ 2）從減少 177。 1誤差的影響來看，試問 fx在什么頻率范圍內(nèi)宜采用測(cè)頻方法，什么范圍宜采用測(cè)周方法？ 解： (1) 測(cè)頻時(shí)，在 1s的閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為：200Hz 1s＝ 200 則量化誤差為： 1/200＝ ％ 測(cè)周時(shí)，因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)的頻率為 200Hz，則一個(gè)周期時(shí)間為1/200＝ 。由于時(shí)標(biāo)為 ， 在 ： 107 ＝ 50000，所以量化誤差為：1/50000＝ ％ (2) 為了確定是采用測(cè)頻還是測(cè)周的方法，必須先求中界頻率 ： （ P163公式） 代入數(shù)值可得： ， 因此當(dāng) fx小于 ，宜選用測(cè)周的方法；當(dāng) fx大于，宜選用測(cè)頻的方法。 第 99頁(yè) 用游標(biāo)法測(cè)量一個(gè)時(shí)間間隔 τ，假設(shè) f1領(lǐng)先 f2且 f1＝10MHz， f2＝ 。經(jīng)過 100個(gè)周期的追趕，兩時(shí)標(biāo)重合，求被測(cè)時(shí)間間隔 τ以及這種方法所能達(dá)到的最大分辨率。 解：（ 1）由于 f1＝ 10MHz，則 T1＝ 1/10MHz＝ 100ns；同理 T2＝ 1/＝ 則被測(cè)時(shí)間間隔 τ＝ 100 （ 100－ ） ns＝ 1ns。 （ 2）最大分辨率為： 100ns－ ＝ ＝100ps。