示波器和频率计测量频率-Siglent.PDF

鼎阳硬件设计与测试智库 文档编号：HWTT0062 示波器和频率计测量频率，哪个更准？ ——兼答 “一周一问”之No.002问 高学琴 深圳市鼎阳科技有限公司 一周一问之 No.002问 示波器测量频率准不准？ 示波器是否能够分辨出频率分别是74.25MHz和74.1758MHz的两个信号？ 晶振的频率稳定度要求是5ppm，怎么用示波器测量这个指标？ 示波器测量频率和频率计测量频率在原理上有什么不同？ 在电子技术领域中 ，信号频率的测量是我们经常会遇到的问题 ，示波器和频率计均可以实现频率测量 ， 那么究竟哪种方法的测量结果更为准确呢？下面我们将就这两种方法的测量原理和区别来做一些说明： 一．示波器测频率 示波器被称为工程师的眼睛 ，是时域上观察信号不可或缺的工具。现在普及的绝大多数是数字示波 。 数字示波器的本质是将待测的模拟信号转换为离散的采样点，点和点通过某种方式相连组成了示波器屏幕 上的波形。根据屏幕上的波形，示波器采用软件编程的 “算法”来计算波形的相关参数。 频率是任何一台数字示波器都具有的测量参数 ，是周期的倒数 ，表示信号在单位时间（1秒）内变化的 次数,通常用f表示 ，基本单位是 Hz，1Hz表示每秒变化一次。 数字示波器测量频率的算法是怎么来的呢? 理解这个算法就理解了示波器测量频率的准还是不准的误差源。） 鼎阳硬件设计与测试智库 文档编号：HWTT0062 主流的数字示波器对频率进行测量算法是按周期的倒数来计算的。先计算出周期 ，再计算出频率。 示 波器计算周期的算法是 ：计算出信号这个上升沿幅值 50%的点到相邻下一个上升沿幅值50%的点之间的时 间间隔。因此，示波器要先获得50%的点。要得到50%的点 ，必然需要确定幅值 ，那么我们就需要理解示 波器测量参数的第一算法：确定高电平和低电平 峰峰值表示所有采样样本中的最大样本值减去最小样本值 ，这好理解 ，在示波器算法中也好实现; 而幅 值表示被测信号的 “高电平”减去 “低电平”。高电平和低电平分别在哪里？ 这就需要定义算法。这个算 法的确定将不只是直接影响到 “幅值”这个参数值，还将影响到绝大多数水平轴的参数值，如上升时间,下 降时间，宽度，周期等，因为水平轴的参数要依赖于垂直轴的参数。 不同示波器厂商给出的 “高电平”和 “低电平”算法可能不尽相同 ，但都会采用公认的IEEE定义的算 法，如图 1所示，首先对图示中 “LEFTCURSOR”(左光标)和 “RIGHTCURSOR”(右光标)时间范围内的 波形数据样本向垂直方向做 “轨迹直方图”，从图中看上去 ，轨迹直方图的垂直方向和原始波形的各采样 点在垂直方向的位置一一对应 ，水平方向则表示在这个各位置上采集到的数据样本点的个数。图例中表示， 有两个位置的数据样本出现的概率最高，这两个位置就分别被确定为 “高电平（图示中表示top的位置)” 和 “低电平(图示中表示base的位置)”。（详见参考文献 《关于数字示波器测量参数的第一算法》） 鼎阳硬件设计与测试智库 文档编号：HWTT0062 图1IEEE定义的高电平和低电平算法成为其它一些参数算法的源头 如图 1所示，幅值的定义是base （底部）到top （顶部）的纵轴差值。而top和 base值是根据概率 分布计算得来，若屏幕上样本数不够，一点点的过冲或下冲就可能影响到直方图分布的最大概率状态的确 定，则会产生统计误差。 利用鼎阳SDG5160信号源产生峰峰值为3V ，频率49.0258642MHz的正弦波信号 ，输入到国内首款 智能示波器鼎阳SDS3034 （此示波器具备AIM功能，测量结果精确；并内置了硬件频率计，便于对比分 析）中，得到测量参数结果如图2所示： 图2 时基档位为200ns/div时的测量结果统计 改变时基，测量结果如图3所示： 鼎阳硬件设计与测试智库 文档编号：HWTT0062 图3 时基档位为10ns/div时的测量结果统计 观察图片可以发现 ，在时基档位为200ns/div时 ，样本数为96 ，测量结果为49.02618MHz ，