示波器信号频率稳定度的测量

　故事开头：

　　微信群开通第一天，青岛澳邦量器的一位许工跟我们交流说，他现在正在用ZDS2022示波器的硬件频率计测量一个信号的频率稳定度，可是没有得到满意的结果，就冒泡提出疑惑，为了给出最专业的解答，研发同事冒泡解答。

　　故事情节：

　　第一个问题当然就是：为什么我用频率计测量不能得出该信号的频率稳定度呢？回答这个问题的关键就是要弄清楚ZDS2022示波器的频率计测量到底是怎么回事？

　　ZDS2022示波器在测量功能中增加的硬件频率计是根据输入信号直接测量的，当信号频率高时，频率计是对一段时间内的上升沿计数，再换算到单位时间，从而得出这段时间内的频率值；当信号频率低时，是测量信号的一个周期，从而得出该信号的频率值。

　　硬件频率计的测量结果是一个数值，无法像频率参数测量那样得出测量的最大值、最小值和标准差等，不能很直观得显示信号稳定度，但是由于硬件频率计是硬件直接对原始信号测量，故与采样率无关，所以时基和采样率不会影响硬件频率计的测量精度，并且硬件频率计测量结果会一直更新测量，与示波器的运行和停止状态无关。

　　故事高潮

　　那应该如何用ZDS2022示波器对信号的频率稳定度进行测量呢？我们以ZDS2022示波器的Demo板上的一个抖动信号为例进行演示。

　　测量信号的频率稳定度，首先我们需要从直观上，也就是从波形上看到频率抖动。对于微小的波形抖动并不是任意一台示波器都可以准确观察到的，它至少需要两种条件：高刷新率和示波器本身触发抖动小。

　　为什么这么说呢？首先若是刷新率很低，那么死区时间就会很大，触发点就会少，导致样本少，不准确。

　　图1  高低刷新率对比

　　现在的示波器触发器，一般都采用模拟触发，可是这样会造成示波器本身的触发抖动就会很大，会覆盖信号本身的抖动，故只有具备高精度数字触发的示波器才可能观察到信号微小抖动。

　　ZDS2022示波器拥有高达33万次/秒的刷新率。

　　图2  高刷新率原理图

　　数字触发器使用全数字处理技术，不存在物理通路，不受外在因素（器件特性、环境温度等）影响，因此触发抖动非常小，波形显示稳定性高。

　　图3  触发器抖动对比示意图

　　正好满足上述要求。所以我们能够给用户提供这样一种方法。按下【Trigger】键，将触发类型设置为上升沿触发，一键【Persist】开启余辉、色温模式，观察下降沿的抖动情况。这样在直观上，就会看到非常真实的波形抖动情况。

　　既然在直观上我们看到了很明显的抖动效果，接下来就要用事实说话了，定量地来测一测。

　　ZDS2022示波器存储深度支持手动设置功能，按下【Horiz】键，把储存深度设为112Mpts，设置合适的时基。ZDS2022示波器共提供了51种参数项，且可以同时显示24种测量结果， 全部都是基于原始采样点测量，没有进行数据抽样，按下【Measure】键，打开参数测量功能，旋转旋钮B选择频率，短按旋钮B选中频率项，在主界面上您可以通过观察测量结果的最大值和最小值，快速了解信号中可能存在的异常；观察平均值、标准差可快速评估信号特性。

　　事实上，对于高频信号，在保证探头衰减比、电路连接等相关设置操作正确的情况下，采用ZDS2022示波器，运用高刷新率模式，同时可设置高达112Mpts的存储深度，仍能保持1GSa/s的采样率，所以信号频率测量的精度还是非常高的。

　　故事结局

　　经过几番对话之后，许工在微信中给我们发来一张图片。

　　图4  许工的截图

　　信号抖动很厉害，效果很直观！许工很满意！最后要对许工的积极配合，发给我们现场图片表示感谢！