1.標(biāo)準(zhǔn)時基。標(biāo)準(zhǔn)或“室溫”時基,不使用任何類型的溫度補償或控制。其最大優(yōu)點是便宜,但它也有最大的頻率誤差。下圖中的曲線示出典型晶體的熱行為。隨著環(huán)境溫度的改變,頻率輸出能變化5ppm或更高。對于1MHz信號為±5Hz,因此是測量中必須考慮的重要因素。在通用側(cè)測試儀器,如示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、頻譜儀中,采用的是這種時基。在過去低端的頻率計數(shù)器,其標(biāo)準(zhǔn)配置的時基也這這種得標(biāo)準(zhǔn)時基。
2.溫度補償時基。有時,我們也稱之為高穩(wěn)時基。一種解決晶體熱變化的方法是讓振蕩器電路中的其它電子元件補償其熱響應(yīng)。這種方法可穩(wěn)定其熱行為,把時基誤差降低到約0.1ppm(對1MHz信號為±10.1Hz)典型的事安捷倫53200A系列頻率計數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)配置的時基就是這種,其老化率可達到0.1ppm。有時,這種時基也被用于輸出頻率精度更高的信號源,如安捷倫的33520A系列函數(shù)和任意波性發(fā)生器,這種時基就是一個選件
3.恒溫槽控制。穩(wěn)定振蕩器輸出的最有效方法是讓晶體免受溫度變化。計數(shù)器設(shè)計師把晶體放入恒溫槽,保持其溫度在熱響應(yīng)曲線的特定點。從而能得到好得多的時基穩(wěn)定度,典型誤差只有0.0025ppm(對于1MHz信號為±0.0025Hz)。
所得到的好處還不僅僅是與溫度相關(guān)的精度。恒溫槽控制時基還能降低晶體老化效應(yīng),從而不需要頻繁地送校計數(shù)器。例如標(biāo)準(zhǔn)Agilent 53220A RF計數(shù)器的月老化率<0.2ppm(對于1MHz信號為±0.2Hz)。而可選高穩(wěn)定度恒溫槽則降到每月<0.01ppm(對于1MHz信號為±0.01Hz)。即標(biāo)準(zhǔn)時基的老化要比高穩(wěn)定型高出20倍。
4.外部時基。當(dāng)用頻率計數(shù)器測量一些高精度和高穩(wěn)定性晶振的時候,如有些無線基站的時基要求0.1ppm-0,01ppm的穩(wěn)定性,幾經(jīng)與頻率計數(shù)器可選擇的恒溫槽時基相當(dāng),這是,我就需要選擇更高穩(wěn)定性的外部時基。最通常用的是銣鐘。在安捷倫的頻率計數(shù)器中,都有一個外時鐘輸入接口,可以輸入外部的銣鐘信號,替代其內(nèi)部的時基
有一點需要注意的是,無論溫補時基還是恒溫槽時基,如果希望達到其指標(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。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。