使用計頻器進行更精確量測的秘訣

現代的計頻器降低了進行精確量測的複雜度，但為避免量測頻率的許多陷阱，必須特別注意。下列是六項秘訣，可協助您使用計頻器，進行更理想的頻率量測。

秘訣 1：選擇最佳預觸模式

若您想進行快速量測，可使用計頻器的自動預觸模式，作為進行設定的一項簡易方式。不過，在四個典型預觸模式中 (自動、外部、時序和位數)，自動模式最不精確。您可以增加外部、時序或位數預觸模式的時閘，改善 RMS 解析度和系統不確定性 (這兩項都是量測錯誤的元素，如下列公式所示)。

量測錯誤 = 系統不確定性 ± sigma * RMS 解析度
sigma = 信心係數 (2-sigma、3-sigma 等)

秘訣 2：若要達成更高的精確度，隨時更新您計頻器的時基

大部分精密的計頻器仰賴溫度補償的頻率振盪器 (TCXO)，或是恆溫控制的頻率振盪器 (OCXO)。讓頻率振盪器的電源持續開啟，將可避免耦合時序錯誤；輸出頻率中的馳返和偏移。切斷振盪器的電源 (即便是短時間)，表示在以穩定的頻率停止前，時基振盪器必須透過電源的週期波動 (回掃)。是德的 53100 系列計頻器，除非將插頭拔掉，否則不會真的關閉；此系列計頻器會保持於「待機」模式，以避免每次重新啟動儀器電源時產生的振盪。為確保最穩定的晶體運作，將您的計頻器置放於無須拔起插頭的位置，讓儀器能夠在啟動與待機模式間切換。當您校驗時基時，請將校驗設備帶到計頻器所在處，而非將計頻器搬到校驗設備所在處，如此您就無需將計頻器的插頭拔起。每當切斷計頻器的電源時，老化率必須自每日老化率重新開始。

Keysight 選項 012 超高穩定度恆溫在前 90 天的老化率為：

1E-10 *30 天 + 3E-9 * 2 月 = 9E-9

第一年的老化率為：

1E-10 *30 天 + 3E-9 * 11 月 = 3.6E-8

第二年 (未調整) 的老化率為：

1E-10 *30 天 + 3E-9 * 11 月 + 2E-8*1 年 = 5.6E-8

若您在第一年結束時，在不切斷時基本電源的情況下進行調整，則第一個每天和每月規格將不適用。在前 90 天，時基的老化率為 2E-8*.25 年 = 5E-9。第一年的老化率將為 2E-8*1 年 = 2E-8。讓時基持續通電，可讓 1 年的規格大幅地改善。

表 1. 在經過 1 年的連續運作後，時基變得非常穩定。在不切斷電源下重新調整計頻器，可讓您善用更高的穩定性。

在是德計頻器中，選配的時基擁有較標準時基更高的效能，部分是因為選配的時基擁有內部恆溫。讓您的計頻器維持原狀，不受溫度變動影響，將可提升其穩定度。

秘訣 3：若要達成最高精密度，請使用可用的最佳時基，並經常加以校驗

時基的品質與校驗時基的頻率，將會影響您的量測準確度。對於大部分應用，您可以在準確度、時基品質和校驗期之間作出取捨。若您購買高品質時基，您可以延長校驗間隔。若您更經常地校驗，也許能夠使用成本較低的時基，達成精確度的要求。在上列範例中，90 天的校驗間隔，將可確保老化係數永遠不會超過 5E-9 (第一年後)。

時基不需要位於計頻器內。您可使用精密信號源或計數器外部的標準儲存位置，提升量測精確度。

秘訣 4：對於充滿雜訊的信號，注意觸發錯誤

進行約略精確的計算時，工程師經常忽略觸發錯誤的影響。觸發錯誤是儀器輸入放大器的 RMS 雜訊，以及儀器涵蓋儀器頻寬之輸入訊號的 RMS 雜訊。例如，225 MHz 計數器可能會提供 100 kHz 低通濾波器。量測限制頻寬的低頻信號時，將會消除高頻雜訊。充滿雜訊的信號會增強觸發錯誤的效果，而變得顯著。

您要如何判定分佈於計頻器頻寬的信號源產生雜訊？一個可能的方法是使用頻譜分析儀，量測感興趣的信號加上所有雜訊。頻譜分析儀擁有比計頻器小上許多的 IF 頻寬。頻譜分析儀所量測的雜訊必須經過縮放，以配合計數器的頻寬。

例如，使用具 225 MHz 頻寬的計數器量測 10 MHz 信號。假設您在具備 10 kHz IF 頻寬的頻譜分析儀上，檢視您的 10 MHz 信號，分析儀顯示來自 10 MHz 信號源的雜訊為平坦，且低於基本值 60 dB (-70 dBm)。-70 dBm 至 50Ω 約為 70 µVrms。您很明顯地會認為雜訊不是問題。您將 10 MHz 信號源接上計頻器，計頻器顯示雜訊讀值。這是為什麼呢？由於計頻器為時域量測儀器，而頻譜分析儀為頻域量測，計數器輸入會顯示其頻寬所有頻譜元件整體情況。

10 log(225 MHz / 12 kHz) = 42.73 dB

因此，225 MHz 中的雜訊為 -67.5 + 42.73 = -24.8 dBm，等於 12.9 mVrms。這造成高位準的觸發錯誤，也是隨機讀值的導因。對於高靈敏度的計頻器，這種程度的雜訊會造成錯誤計頻。

秘訣 5：注意觸發位準時序錯誤

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當您進行時序量測時 (時序間隔、脈衝寬度、上升時間、下降時間、相位與信號週期)，需考量到觸發位準時序錯誤的影響。影響因素有好幾項，主要是觸發位準電路的解析度和精確度、輸入放大器的傳真度、觸發點輸入信號的轉換率，以及輸入磁滯帶的寬度。

若要消除這些影響，請觸發正弦波或方波信號的偏移值。如此將會提供最高的轉換率，也會將磁滯帶的錯誤減到最小。若您進行偏移到偏移值量測 (例如完成其、兩個信號間的 0 度相位)，實際上可能會抵銷掉磁滯窗的效果。

大部分的計數器都針對 0 V 觸發位準設定進行了最佳化。對於 Keysight 53131A 和 Keysight 53132A，若觸發位準設定為 0 V，而開始和停止觸發點具有相同的轉換率，則觸發位準時序錯誤會簡化為 30 mV/轉換率。

圖 2. 顯示對特定振幅而言，正弦波的轉換率會隨頻率增加。或者，對特定頻率而言，轉換率會隨振幅增加。

秘訣 6：在可能之時，將所有時基鎖定至單一時脈

兩個獨立時基間發生的歪斜和/或抖動，將會助長錯誤。使用獨立的時基，就像觀賞電影時，畫面和聲音分別位於不同的系統上。電影開始時，視訊和音訊可能同步，但隨著時間過去，兩者間的細微差異會變得越來越明顯。在許多使用現代測試與量測設備的應用中，此種歪斜情況極為不明顯。