精確的頻率測量和時間測量

　　有一點需要注意的是，無論溫補(bǔ)時基還是恒溫槽時基，如果希望達(dá)到其指標(biāo)，需要儀器有一個預(yù)熱的時間，通常是30分鐘。因此，在使用頻率計數(shù)器的時候，應(yīng)盡量避免關(guān)機(jī)。但這會給外場測試帶來很多麻煩。要在天寒地凍的環(huán)境下等待儀器30分鐘的預(yù)熱，會讓人瘋掉的。一個好的選擇是給頻率計數(shù)器加一個電池選件。這個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。

　　即使時基非常穩(wěn)定，但經(jīng)過一段時間同樣會出現(xiàn)老化，會偏離設(shè)定的值，會提高測試的不確定性。這就需要對時基進(jìn)行校準(zhǔn)。關(guān)于時基校準(zhǔn)的話題，我們后面會再講。

　　降低噪聲的影響

　　當(dāng)我們在利用頻率計數(shù)器測量頻率或周期的時候，很多時候會看到測量的讀數(shù)會劇烈跳動。如果是12位數(shù)字顯示，跳動的數(shù)字可能是后3-4位，甚至更多。這時候，我們就可能不知所措，不知如何讀數(shù)，也不知是信號的問題還是計數(shù)器本身的問題

　　事實上，計數(shù)器本事是一種寬帶的儀器，對于輸入信號的相應(yīng)非常靈敏。但這有時也會造成一些麻煩，特別是當(dāng)輸入的信號上伴有噪聲的時候。對計數(shù)器來說，所有信號看來都基本相同。正弦波、方波、諧波和噪聲。計數(shù)器關(guān)心的只是信號一連串的過零，計數(shù)器認(rèn)為過零觸發(fā)的信號頻率就是要測量的頻率，至于信號形狀如何，它根本不關(guān)心。如果是純凈信號，這一過程就不存在問題。但帶有噪聲或毛刺的信號會“欺騙”計數(shù)器在信號“假”的過零點上觸發(fā)。此時計數(shù)器就不能得到實際的計數(shù)。幸而高質(zhì)量的計數(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，信號需先通過兩個低和高的滯后閾值。這兩個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，輸入的信號帶有一個會造成計數(shù)器出現(xiàn)“錯誤”觸發(fā)的毛刺成分。由于觸發(fā)帶很窄，計數(shù)器在毛刺信號的點1和點3上被觸發(fā)，但又同時，在實際被測信號的點2和點4)也被觸發(fā)。這時如果看讀數(shù)，就會變得亂七八糟。

　　通過調(diào)節(jié)觸發(fā)帶使計數(shù)器變得不太靈敏，但您就能避免這些寄生觸發(fā)。在下圖中，觸發(fā)帶有足夠的寬度(也就是靈敏度足夠低)，使過零的寄生不會引起計數(shù)。計數(shù)器記錄2次有效過零，并按此計算相應(yīng)的頻率。

　　當(dāng)然，這種方法也并不適用于所有種類的噪聲信號。如下圖的信號。這時一個正弦信號上帶有噪聲，對這樣的信號，調(diào)整觸發(fā)靈敏度就未必是一個好的辦法。我們就需要考慮其他的方法。

　　其中一個辦法就是通過調(diào)整觸發(fā)電平，使其“避開”最容易產(chǎn)生噪聲的地方。例如在這個信號中，信號有“干凈”的地方和“噪聲”的地方。如果我們將觸發(fā)電平放置在“干凈”的地方，在信號的這個位置相對比較穩(wěn)定，其抖動可能最小。還有就是將觸發(fā)電平放置在信號上升或下降沿最陡的地方，這時觸發(fā)就會相對穩(wěn)定。讀數(shù)也會相對穩(wěn)定。實現(xiàn)起來非常簡單，就是在調(diào)整觸發(fā)電平的時候，觀察顯示的變化。當(dāng)顯示最為穩(wěn)定的時候，就說明觸發(fā)電平的位置是最好的。

　　當(dāng)然，還有一個大家都常用的方法，即使用信號平均。在測試數(shù)據(jù)顯出現(xiàn)跳動是，啟用計數(shù)器的平均模式。平均模式能實際改進(jìn)您的測量質(zhì)量。通過減小信號中隨機(jī)變量的影響，平均減少了顯示的變化數(shù)字。

　　總之，如果顯示數(shù)據(jù)在不停的跳動，表明信號中可能存在噪聲。您可以根據(jù)噪聲的特點和測試要求，通過把計數(shù)器轉(zhuǎn)為低靈敏度模式、改變觸發(fā)電平或啟用平均模式，將測試數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定下來。

　　頻率計數(shù)器的校準(zhǔn)

　　雖然頻率計數(shù)器的時基穩(wěn)定性非常高，但為了確保其測試精度，在使用一段時間后，同樣也需要校準(zhǔn)。但一談到校準(zhǔn)，很多工程師就會想到每年一次的儀器校準(zhǔn)。但頻率計數(shù)器是否也是每年一校準(zhǔn)呢?正確的回答是“視情況而定”。

　　頻率計數(shù)器的校準(zhǔn)周期取決于計數(shù)器中的時基類型，計數(shù)器在測量期間經(jīng)受的條件，最重要的是您需要多高的測量精度。為認(rèn)識校準(zhǔn)為什么不是一個簡單問題，您必須回過來考慮計數(shù)器精度的特性。實際上，正如我們以前的文章中提到的，4個主要因素決定了頻率計數(shù)器的測量精度:

　　1.與計數(shù)器本身相關(guān)的時間穩(wěn)定量性能因素，如計數(shù)器時基的溫度穩(wěn)定性。關(guān)于時基的選擇，我們在前一篇文章中有詳細(xì)說明。

　　2.與計數(shù)器本身相關(guān)的時間變化量性能因素，如晶體振蕩器時基的老化率。

　　3.信號特性，如噪聲的存在。

　　4.您選擇的設(shè)置，如閘門時間。

　　所以當(dāng)我們談到計數(shù)器的精度指標(biāo)時，看到的包括這一系列因素的復(fù)雜計算公式，而不是簡單的數(shù)字。讓我們集中關(guān)注第2點，即時基的老化率這個問題，來說明校準(zhǔn)在起著什么作用。