- 探究頻率計(jì)測(cè)試中的精度計(jì)算
- 充分利用時(shí)基穩(wěn)定度
- 設(shè)置頻率計(jì)的頻率分辨率
在測(cè)試測(cè)量中測(cè)試精度一直是最為關(guān)心的問(wèn)題。頻率計(jì)作為高精度的頻率和時(shí)間測(cè)試儀表，測(cè)試精度高于普通的頻譜儀和示波器，所以測(cè)試精度的計(jì)算就更加為人關(guān)注。影響測(cè)試精度，或者說(shuō)產(chǎn)生誤差的因素很多，而其中最主要的因素是儀表內(nèi)部時(shí)基穩(wěn)定度、分辨率、觸發(fā)精度及內(nèi)部噪聲等。頻率計(jì)可以用來(lái)測(cè)試如頻率、周期、相位、脈沖等，而其中頻率和周期的測(cè)試占有絕大部分比例，本文主要討論頻率和周期的測(cè)試精度計(jì)算問(wèn)題。
頻率和周期的測(cè)試精度
頻率和周期互為倒數(shù)，所以在頻率計(jì)的測(cè)試中，頻率和周期的誤差計(jì)算方法是一樣的。從測(cè)試誤差的產(chǎn)生來(lái)說(shuō)主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是隨機(jī)誤差，一類(lèi)是系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差主要由于如噪聲或者一些隨機(jī)因素產(chǎn)生的誤差，很難消除。系統(tǒng)誤差主要是由于測(cè)試方法、儀表設(shè)置或者儀表性能引起的誤差。不同的設(shè)備制造商都有自己的關(guān)于誤差的計(jì)算方法，大同小異，本文論述泰克FCA3000系列頻率計(jì)測(cè)試誤差的計(jì)算方法。
總誤差: (U tot)
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MT = Mear. Time 測(cè)試時(shí)間
TBE = Time Base Error ( 時(shí)基誤差 )
計(jì)算舉例
我們可以通過(guò)一個(gè)具體的例子來(lái)計(jì)算測(cè)試的誤差。我們假設(shè)以下參數(shù)：
l 使用泰克FCA3000 頻率計(jì)
l 95% 置信區(qū)間
l 100MHz被測(cè)信號(hào)讀數(shù)， 測(cè)試時(shí)間 1 秒
l 信號(hào)電平 5 V
l 時(shí)基經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后為 1.7 ppm
l 信號(hào)比較純凈，噪聲（Vnoise-signal = 0）和 抖動(dòng) （ Ejitter = 0 ）
首先計(jì)算隨機(jī)誤差
1、 通過(guò)公式（5）計(jì)算 Enoise= Vnoise/inp.sign.slew rate (v/s) at trig point
當(dāng)被測(cè)信號(hào)是CW時(shí)inp.sign.slew rate (v/s) at trig point=2П(100MHz)*5V = 3.14*10 9
Enoise= Vnoise / inp.sign.slew rate (v/s) at trig point= 500uv/3.14*10 9=0.159 ps
2、 Start Trigger Error = Ess = Enoise， 代入公式 （3）
Urnd = [2.5* (100ps2 + 0.159ps2)1/2 / 1*8001/2 ]*100MHz = 8*10-4 Hz
計(jì)算系統(tǒng)誤差,通過(guò)公式 （6）
Usys= {1/3*[ ( 1.7*10-6*100MHz ) 2 + [ (200ps / 1s ) * 100MHz ] 2]}1/2= 93Hz
計(jì)算總誤差，通過(guò)公式 （1）
Utot = 2* [ ( Urnd 2 + Usys2 ) ]1/2 = 186Hz
結(jié)論
從計(jì)算的結(jié)果中我們可以看出，誤差的來(lái)源主要是系統(tǒng)誤差，而時(shí)基穩(wěn)定度的提升可以大大提高測(cè)試精度。在計(jì)算中我們沒(méi)有用到頻率分辨率這個(gè)指標(biāo)，因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間的設(shè)置就決定了頻率計(jì)的頻率分辨率。在測(cè)試中我們假設(shè)被測(cè)信號(hào)是100MHz，如果是頻率很低的信號(hào)，比如幾十赫茲，那么頻率分辨率會(huì)大大影響測(cè)試精度。
