【正文】 mTVT T TV?? ? ? ? ? ? 多周期同步測量技術(shù) 1）倒數(shù)計數(shù)器 ◆低頻信號為減小量化誤差，宜采用測周方案。 ◆原理：按 測周模式 ，設(shè)計數(shù)值 N，再將 1/N顯示。預(yù)定標(biāo)器起著分頻器作用。 觸發(fā)器主門I時鐘fc計數(shù)器 I定標(biāo)器計數(shù)器I I主門II門I I I時基分頻器CTxTxcTNT?預(yù)置到1 05－NcfN10ncT2）多周期同步法 ◆量化誤差是由于閘門與被測信號的非同步引起的。 ●設(shè)計原理：采用 預(yù)置閘門 ，用 fx對預(yù)置閘門同步同時對 fx計數(shù)，得被測信號整周期計數(shù)得 Nx 。 ◆ 多周期測周：閘門時間由單個周期確定。 ●原理：為降低 對單個周期測量的影響，利用 的隨機(jī)性，可由多個周期構(gòu)成閘門時間，使相鄰周期的 相互抵消。同時， 由于計數(shù)值也增大了 10倍，則 177。 12TT??、12TT??、12TT??、12TT??、10T’x △ T1 △ T2 10Tx Tx1 Tx10 △ T2 Tx A’1 A1 Vn A’2 A2 A’9 A9 A’10 A10 ● 誤差表達(dá)式： 式中， m為周期倍乘數(shù)。 內(nèi)插法 對已存在的量化誤差，測量出 量化單位以下的尾數(shù) 。其實現(xiàn)的基本思路是： 對 T1和 T2作時間擴(kuò)展（放大）后測量 。相當(dāng)于用 時標(biāo)的普通時間測量。在 kT1時間內(nèi)對時標(biāo)計數(shù)。 ◆ 校準(zhǔn)技術(shù) ： 內(nèi)插擴(kuò)展技術(shù)可提高測時分辨力 ,但測量前需進(jìn)行校準(zhǔn) 。 ◆設(shè) 主時鐘 頻率 F01＝ 1/T01和 游標(biāo)時鐘 F02＝ 1/T02。 如 T01=10ns， T02=11ns，則 ΔT 0=T02－ T01=1ns。此時： 即： 12??、1 1 0 1 1 0 2N T N T? ?? 1 1 0 2 0 1 1 0()N T T N T? ? ? ? ?◆ 雙游標(biāo)法的工作原理 ?在關(guān)門時 (主時鐘計數(shù)停止 )啟動游標(biāo)脈沖 2開始計數(shù)，由于 T02T01，設(shè)經(jīng)過 N2個計數(shù)值后， 游標(biāo)脈沖與主脈沖重合 (圖中符合點 2)。 2 2 0 2 0 1 2 0()N T T N T? ? ? ? ?0 1 2 0 0 1 1 2 0()x N T N N T? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?0 1 0 10 0 2 0 1TTKT T T????0 2 0 111TTK????????0 0 2 0 1 0 11T T T TK? ? ? ?01 120 0 1 1 2 0 0 1( ) ( )x T NNN T N N N TKK? ?? ? ? ? ?010 1 2()TN K N NK? ? ? 平均法 1）平均法原理 ◆硬件平均法 ●測頻 在基本頻率測量中，取樣時間內(nèi)對 N個周期脈沖進(jìn)行累加計數(shù)，既對 N個周期進(jìn)行了平均。 ●硬件平均法的局限 單次測量時間和計數(shù)容量有限。 ●多次測量取平均 。 ● 設(shè)連續(xù)進(jìn)行有限次（ n次）測量，計數(shù)值分別為 NN … 、 Nn，其 算術(shù)平均值 為： 由于 N1≈N 2 ≈ … ≈N n ≈N ，各次的量化誤差為： 對各單次測量的量化誤差采用均方根合成，根據(jù) 算術(shù)平均值的性質(zhì) ，其誤差將減小到單次測量的 即： 121 1 1 1...nN N N N? ? ? ?11xxxxTfT f Nn?? ? ? ? ?11 niiNNn?? ?1/ n2）時基脈沖的隨機(jī)調(diào)相技術(shù) ◆軟件平均法依賴于各單次測量的 量化誤差的隨機(jī)性 ，即要求閘門開啟 /關(guān)閉時刻和被測信號脈沖之間具有真正的隨機(jī)性。 ◆實現(xiàn)原理 采用齊納二極管產(chǎn)生的噪聲對時基脈沖進(jìn)行隨機(jī)相位調(diào)制，使時基脈沖具有隨機(jī)的相位抖動。 微波頻率測量技術(shù) 通用電子計數(shù)器 受內(nèi)部計數(shù)器等電路的工作速度的限制，對輸入信號直接計數(shù)存在 最高計數(shù)頻率的限制 。 對于 幾十 GHz的微波計數(shù)器 ，主要采用 變頻法和置換法 將輸入微波頻率信號變換成可直接計數(shù)的中頻。 ◆變頻法的原理框圖如下。 若由電子計數(shù)器測出 fI，則被測頻率 fx為 ： 為適應(yīng) fx的變化，諧波濾波器應(yīng)能夠選出合適的諧波分量 Nfs。 混頻器 差頻放大器 電子計數(shù)器 諧波濾波器 （ YIG電調(diào)濾波器 ） 諧波發(fā)生器 （ 階躍恢復(fù)二極管 ） 輸入 fx fI 輸入 fs 輸出 Nfs 掃描捕獲電路 檢波器 fI （ ＝ fxNfs） – 諧波發(fā)生器 工作原理：輸入為計數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)頻率信號fs。 – 諧波濾波器 ：采用 YIG（單晶鐵氧體材料）電調(diào)諧濾波器，其諧振頻率可在很寬范圍實現(xiàn)電調(diào)。 – 差頻放大器、檢波器 工作原理：當(dāng)諧波濾波器輸出的某次諧波 Nfs與待測頻率 fx的差頻 fI（＝ fx－ Nfs）落在差頻放大器的帶寬（ 1～ 101MHz）范圍內(nèi)時， fI經(jīng)放大、檢波后輸出一直流電壓，使掃描捕獲電路停止掃描，因而 YIG固定地調(diào)諧在 N次諧波上 。 原理框圖如下： 當(dāng)環(huán)路鎖定時， 有： 式中， fs為已知的標(biāo)準(zhǔn)頻率，計數(shù)器直接對 fL計數(shù)，但為得到 fx，還需 確定 N值 。 ?工作原理 主通道 ： fx與 fL的 N次諧波 NfL經(jīng)混頻器 A，由差頻放大器取出 fI=fxNfLfL由計數(shù)器直接計數(shù)。 fL與標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器經(jīng)混頻器C得到差頻： fLF0，再經(jīng)過混頻器 D得到 NF0 ，它與 F0經(jīng) “ 與門 ” 后得到 N。 fx的顯示 ： fx=NfL+fs， fs預(yù)置后與 NfL計數(shù)值顯示。 頻率穩(wěn)定度測量和頻率比對 頻率穩(wěn)定度的表征 電子計數(shù)器基于 比較測量法原理 ，其時間、頻率的參考標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)部晶體振蕩器。校準(zhǔn)方法為將晶體振蕩器輸出作為被測信號，用上一級更準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)為參考，進(jìn)行測量 —— 稱為 “頻率計量” 。 1）頻率穩(wěn)定度 ◆頻率準(zhǔn)確度： 頻率源輸出的實際頻率值 fx對其標(biāo)稱值 f0的相對頻率偏差。 因此，頻率準(zhǔn)確度只能表示當(dāng)前測量（取樣時間）的準(zhǔn)確度，它是時間 t的函數(shù)。 00, xf f f ff? ?? ? ? ?◆ 長期、短期穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度的描述引入時間概念，即在一定時間間隔內(nèi)的頻率穩(wěn)定度，則有 長期穩(wěn)定度與短期穩(wěn)定度 。 2）長期頻率穩(wěn)定度的表征 長期穩(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 。 圖中表示了實際頻率隨時間的變化，由圖可得頻率穩(wěn)定度 K： K表示了在 t1~t2時間內(nèi)的相對頻率漂移（即頻率準(zhǔn)確度的變化）。 日老化率的測量 顯然， 每天的 “ 日老化率 ” 會有所變化 ，利用最小二乘法擬合得到老化曲線 : 則其斜率 (估計值 )相對 f0比值即為日老化率。 將頻率源輸出信號作為隨機(jī)過程，用下式表示： 式中，將幅度 A0視為恒定（不考慮幅度起伏變化）； f0為標(biāo)稱頻率； 為瞬時相位（起伏變化）。 – 阿侖方差 定義 為： 式中， fi’和 fi為 相鄰（ 無間隙 ）兩次測量值 ，并將其作為一組，共進(jìn)行 m組測量 得到 2m個數(shù)據(jù)。 1/f噪聲在相鄰兩次測量中無影響。 ? ? 21039?？捎脙膳_計數(shù)器交替工作實現(xiàn)。 計數(shù)器（1 ）門控2B計數(shù)器（2 ）A 通道閘門時間晶振時標(biāo)B 通道門控 1AabK1abK21234? 工作原理 開關(guān) K K2接 a，即計數(shù)器工作在測頻方式，信號由 A通道輸入。經(jīng)過若干個時基周期（顯示、復(fù)位，組間間隔時間）后繼續(xù)。 其波形如下圖所示： 調(diào)制域測量 1）調(diào)制域測量 ◆時域與頻域分析的局限性： 時域分析可以了解信號波形（幅值）隨時間的直觀變化；頻域分析則可以了解信號中所含頻譜分量，但是，卻不能把握 各頻譜分量在何時出現(xiàn) 。 調(diào)制域 指由頻率軸和時間軸共同構(gòu)成的平面域 。調(diào)制域測量技術(shù)是對時域和頻域測量技術(shù)的補(bǔ)充和完善。 2） 調(diào)制域測量的意義 調(diào)制域描繪出了頻率 、 時間間隔或相位等隨時間的變化曲線 。 為人們對復(fù)雜信號的測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 。它代表了 t時的 瞬時頻率 。所有測量都需要一定的采樣時間（閘門時間），測量結(jié)果則為該 采樣時間內(nèi)的平均頻率 。 1 1 0 0t N T t??2 2 0 1t N T t??tvA B C ……t0 t 1t211101 0 1MMfFN T N? ? ?2202MfFN??2）無間隙計數(shù)器的實現(xiàn) ◆無間隙計數(shù)器 通用計數(shù)器的頻率測量，其前后兩次閘門之間必然存在一段間隙時間（顯示、存儲、下一次測量準(zhǔn)備），使有用信息被丟失，導(dǎo)致時間軸上的不連續(xù)性。 ◆實現(xiàn)原理 使用兩組計數(shù)器 交替工作，每一組都包括 時間計數(shù)器和 事件計數(shù)器 。交替完成時間軸上無間隙的測量 。 ◆ 最小采樣時間 兩組計數(shù)器交替計數(shù) ， 當(dāng)一組計數(shù)器在采樣計數(shù)時 ，另一組基本計數(shù)器正在進(jìn)行內(nèi)插 、 讀數(shù) 、 清零等操作 ，因此最小采樣時間滿足下式： m inTT ? 內(nèi) 插 計 數(shù) 器 穩(wěn) 定 數(shù) 據(jù) 存 儲 計 數(shù) 器 清 零＋ T ＋ T ＋ T◆ 內(nèi)插時間 在使用模擬內(nèi)插法時，設(shè)開門和關(guān)門脈沖的最大寬度為 Tm(兩個零頭時間 )，放大倍數(shù)為 K，則內(nèi)插時間為：KTm。但時基頻率的提高將給器件的選擇和電路設(shè)計帶來困難。 ◆ 采用流水作業(yè)法提高測量速度 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。 當(dāng)采用 4套硬件時，整機(jī)工作速度將提高 4倍。 T Line21 Line11 Line31 Line41 Line11 4）調(diào)制域分析的應(yīng)用 ◆典型應(yīng)用 —— 調(diào)制參數(shù)的測試： 頻率調(diào)制是通信系統(tǒng)所用調(diào)制電路的基礎(chǔ)。 5）發(fā)展動態(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 。目前已有HP5372A、 HP5373A、 HP53310A及 VXI模塊 HP E1740A、HP E1725A等。 測時分辨率： 200ps。