無源晶振的頻率該如何測量

　　3.選擇合適的測量點(diǎn)

　　既然晶體兩端非常敏感，不便于接上探頭測量，那可以換一種思路，在其他地方測量該信號(hào)。

　　某些時(shí)鐘芯片帶clock out功能，此功能是buffer晶體的信號(hào)，其管腳的輸出是有很強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力的，因此可以直接使用探頭測量。

　　晶體發(fā)出的時(shí)鐘輸入到處理器中，可以使用計(jì)時(shí)器對此信號(hào)作分頻處理，然后將分頻后的信號(hào)輸出到管腳。這樣我們只需測量分頻后的信號(hào)，即可計(jì)算出原有時(shí)鐘的頻率。

　　這種間接測試的方法，只能測試晶體的頻率，不能測量晶體輸出信號(hào)的幅度。若能在設(shè)備的工況范圍都測試其頻率的準(zhǔn)確性，那晶體電路的工作就是OK的。

圖 3 使用芯片的緩沖功能、計(jì)數(shù)器功能來測量

　　若信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，可以考慮非接觸的測試方案：近場探頭。近場探頭配合頻譜儀，或示波器的FFT分析功能，即可測得峰值電壓處的頻率。由于為非接觸方案，不存在探頭的負(fù)載效應(yīng)，不過需注意此時(shí)頻譜儀、FFT分析的頻率分辨率，這會(huì)影響測量結(jié)果的步進(jìn)、精度。

　　4.Tip：如何測量頻率

　　在捕捉到晶體的輸出信號(hào)后，該如何測量其頻率呢?在我司的ZDS系列示波器中，可以選擇硬件頻率計(jì)、頻率參數(shù)測量、上升沿參數(shù)測量等方法。

　　硬件頻率計(jì)在實(shí)現(xiàn)時(shí)，有測周期與測脈沖數(shù)的算法。這兩種不同的測試方法，是會(huì)因應(yīng)輸入信號(hào)的頻率大小而選擇的，以期待測量值更準(zhǔn)確。當(dāng)信號(hào)頻率小時(shí)，會(huì)選用測周期的方法，把信號(hào)的周期測好了，周期的倒數(shù)就是頻率，此方法誤差源在于測周期的計(jì)時(shí)時(shí)鐘的頻率;當(dāng)信號(hào)頻率大時(shí)，會(huì)選用測脈沖數(shù)的方法，在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)測出信號(hào)上升沿的個(gè)數(shù)，此方法的誤差是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)的選定問題。

　　在參數(shù)測量的時(shí)間參數(shù)中，有“頻率”這測試項(xiàng)。此測試項(xiàng)是求得兩上升沿之間的時(shí)間差，再求倒數(shù)得到頻率。此測試項(xiàng)的誤差在于上升沿的判定與周期計(jì)時(shí)頻率，受限于當(dāng)前采樣點(diǎn)的采樣率。

　　在參數(shù)測量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)中，有“上升沿計(jì)數(shù)”的方法，其原理是測量上升沿的個(gè)數(shù)。在測試中，可以將測量范圍選擇光標(biāo)區(qū)域，而光標(biāo)范圍設(shè)為200ms，這樣測得的上升沿乘以5，即為信號(hào)頻率。

圖 4 頻率、上升沿計(jì)數(shù)測量界面圖

　　選用信號(hào)發(fā)生器輸出不同頻率的信號(hào)，使用上述三種方法測得頻率如表 1所示。

表 1 不同測量方法測出的頻率對比表

　　可見三者測量結(jié)果差異不大，硬件頻率計(jì)的分辨率更高，而參數(shù)測量中有效位數(shù)只有5位。此信號(hào)發(fā)生器輸出頻率的準(zhǔn)確度為±1ppm，示波器內(nèi)部晶振的頻率準(zhǔn)確度為±2ppm，在上述的24MHz硬件頻率計(jì)中，測量的準(zhǔn)確度為80Hz/24MHz=3.33ppm，基本在儀器的測量精度內(nèi)。參數(shù)測量值在某些情況下顯得更接近真實(shí)值，這是因?yàn)槠溆行粩?shù)不夠而四舍五入的原因，準(zhǔn)確度更高的還是硬件頻率計(jì)。

　　5.小結(jié)

　　本文就對負(fù)載敏感的無源晶振信號(hào)的測量做了簡約的分析，闡述了探頭的接入對電路負(fù)載效應(yīng)的影響，這種影響同樣也適用于輸出阻抗很大的電路。