示波器测频率量频率靠谱吗

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-08-19 02:38 标签： 数字示波器 测量频率
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示波器测量频率靠谱吗？
10:57:46来源: mwrf 关键字：&&
某用户用测试产生的25MHz的。晶振本身标称的精度为&5ppm（1ppm等于百万分之一），用户用示波器实际测试到的信号频率为25.996MHz左右，而且无论是当前值（Current）还是（Mean）都非常不稳定。用户希望能够准确测量信号频率。
首先检查了一下用户使用的，虽然使用的是无源探头，但用户了短的连，而且从波形来看非常稳定，测量的应该不是由于探测方法造成的。用户晶振的标称为&5ppm，因此对于25MHz时钟来说，其频率偏差应该不超过5ppm*25MHz=125Hz。而测试结果为24.996MHz，相对于25MHz偏差了4KHz，偏差较大。
首先来计算一下该示波器是否能够达到用户的期望精度。一般的示波器都没有类似的直接频率测量功能（一些特殊的示波器除外），所以是通过测量信号的来反推的，因此周期测量的精度会决定了示波器的频率测量精度。查了一下用户所使用的S系列示波器的，其时间测量精度公式如下：
其中：Noise为当前下示波器底噪的RMS值，在不连接信号时测量的RMS值约为12mV；SlewRate为被测信号的，打开示波器的SlewRate测量功能测得被测信号斜率为1.6V/ns。另外，IntrinsicJitter为示波器的固有，这里取100fs；TimeScale Accuracy为示波器参考时基的精度，其初始精度为12ppb（1ppb等于10亿分之一），每年老化率为75ppb，假设每年一次，其时基精度可以近似取100ppb，及0.1ppm；Reading在这里为被测信号的周期，即40ns。
在以上的公式里，对于40ns信号周期的测量，如果做单次测量，影响最大的是（Noise/SlewRate），这部分体现了噪声对于时间的影响，其会带来约（12mv/(1.6v/ns)）=7.5ps的测量误差，折算到40ns的周期相当于&187.5ppm (rms) ，对于25MHz的信号相当于&5kHz(rms)左右，而其会更大，远远超过用户对于<&5ppm的测量需求。因此，在这个测量需求里，如果用户只是做单个周期的测量，由于噪声和示波器固有抖动的影响，是没法满足用户的测量需求的。
为了改善这个问题，由于被测的时钟信号是周期性的，可以通过平均来减小由于噪声和抖动造成的影响。如果平均的次数足够多，噪声和抖动造成的影响至少可以下降2~3个（在上面的公式里我们也可以看到如果做256次平均，其噪声和抖动造成的测量误差已经可以小了1个数量级以上），此时起主要作用的只是时基精度造成的影响。对于用户使用的S系列示波器来说，其时基精度小于0.1ppm，因此，只要有足够多的平均次数，这台示波器对于当前频率的测量精度是有可能满足用户需求的。
但是，正常情况下示波器抓一次波形，只是取屏幕上一个周期做测量，测量的比较低，因此需要等待很长时间才能稳定的结果。为了提高测量和平均的速度，我们在示波器里做了以下两个设置。
1、增加深度，以使得单次波形里包含更多的信号周期。在这里我们在示波器的Acquision设置下把率设置为20G/s，内存深度设置为1M点。
2、在示波器的Measure设置菜单下设置示波器波形中的所有周期都做测量。
做完以上设置后，再重新开始示波器测量。我们看到，在短短2~3秒钟的时间内，频率测量的平均值（Mean）就稳定在25.000049MHz，相当于约2ppm左右，完全满足用户的测量需求。而如果观察测量的计数（Count），发现此时已经完成了1万多个周期的测量，因此频率的可以稳定下来。
在这个案例中，用户希望用示波器钟信号的频率做精确测量。由于大部分示波器都没有频率计的硬件计数功能（个别种类的示波器带内置频率计，如Key公司的00X/6000X系列），所以都是通过周期的测量来反算频率的，因此周期测量的误差会造成频率测量的误差。而对于周期测量来说，由于宽带示波器的噪声普遍较大，且时钟信号的斜率可能没有那么陡，所以如果不做平均，由于噪声造成的时间测量误差会比较大。如果可以做足够次数的平均，则影响测量精度的主要是示波器自身的时基精度。
对于S系列示波器来说，其自身时基精度误差在0.1ppm之内，可以满足测量需求。所以我们通过增加示波器的内存深度以及设置示波器对内存的所有周期同时做测量，可以大大加快平均的速度，从而很快就可以得到稳定的频率测量结果。
但是需要是，如果示波器自身的时基精度较差，比如精度到&10ppm左右，仅仅采用上述方法就不够了。这时还需要通过外部参考时钟输入端给示波器提供一个更加精准的参考时基输入（比如用铷钟提供更10MHz参考时基），并设置示波器使用外部参考时基（如下图所示），才能进行更准确的时钟。
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示波器是在测量电路各种指标过程中经常用的表。示波器万用表测量的范围是比较多的，可以测量电压电流等等。但是就是由于它的测量范围比较广，所以在使用的时候应该要学会加以区分，那么示波器万用表测量不同值时有什么区别呢?万用表在使用测量不同值的时候，应该有什么样的注意事项?有什么禁忌呢?现在小编为大家一一解答一下。示波器万用表测量范围万用表主要是测量电压，电流，电阻，只做简单测量，知道量多大。判断器件好坏，线路是否完整等。示波器用来测量电压信号，用来用来分析信号的形态，包括频率，幅度，占空比等等，可以知道整个信号的波形。两者同属于物理层测量设备，万用表重在“量测”，示波器重在“分析”。万用表使用注意事项1、对于模拟表必须进行表头较正。模拟万用表的表笔开路时，表的指针应在“0”的位&值，如果不在“0”位，可用螺丝刀微调面板上的调零螺丝，使指针处于“0”位。即称为测量前的零位调整。2、模拟表的零欧调整。测量电阻时，应先将两只表笔相互短路，这时表针应指向“0”&欧，如不在“0”欧处，可微调电位器，使指针指零，这时测得的电阻值才是准确的。3、万用表有两只表笔，测量时一般红色的插到表的“+”端，黑色的插到表的“-”或“COM”端。测量电压、电流时，表笔的另两端，分别插电路的高电位和低电位。但必须注意：模拟表的表面的“+”端，实际为表内部电池的“-”;模拟表的表面的“-”端，实际为表内部电池的“+”。数字表则相反，即表的表面的“+”端，实际为表内部电池的“+”;&表的表面的“-”端，实际为表内部电池的“-”。所以，在测量、三极管、场效应管、光电管、电解等用到电阻内部电池的地方，一定要注意这点。4、在测量前，先估计一下测量范围，选好挡位。一般先把仪表放在较大的挡位，根据测量情况再调整到合适的挡位。以免过大的电压、电流把仪表烧坏，用同时过大的量程，测量小的数值，误差也大。5、测量电路中的电压时，万用表并在被测电路中;测量电路中的电流时，万用表串在被&测电路中。同时应考虑电压、的内阻对测量电路的影响。6、&检测电路中的电阻、二极管、三极管等器件的好坏时，一定使它们的一端与其它电路&断开。7、&万用表不用使，要及时关掉电源或把选挡打在电压挡，以减少电池的损耗。8、&万用表只能对纯交流信号进行较准确的测量，但当交流信号频率较高时，误差很大。所以，在使用时，先查看说明书，了解交流信号的频率测量范围。当测量信号不是正弦波或有失真、直流分量时，误差也会很大。测量脉冲、锯齿波、数字信号时，一般用示波器。&&以上，小编为大家解答了示波器万用表测量不同值的区别，包括测不同电压电流电阻时候怎么样调等等，还有一些比较不太会去注意到的测量时候的注意事项，和连接过程中比较容易犯的错误，希望消费者可以仔细阅读小编提到一些容易犯的错误，这样才可以避免犯使用误区，增加示波器万用表的使用寿命，减少对他的损坏。
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