示波器測量晶振頻率不準(zhǔn)確的原因分析和提高準(zhǔn)確度的方法
來源:http://www.robbia.com.cn 作者:taiheth 2012年12月26
晶振是一種頻率元件,而決定晶振是否能用的因素取決于晶振的頻率和精度,其次就是負(fù)載電容,對于晶振的頻率.我們通常知道測試的儀器有示波器和頻率計(jì),大家是否經(jīng)常遇到有些客戶打電話來投訴,晶振在示波器上測試出來的頻率并不準(zhǔn)確,準(zhǔn)確來說,任何一種示波器測量頻率元件都是有一點(diǎn)偏差的,示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器,它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像,便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程,而普通示波器主要是用于故障檢測的, 精度要求不高. 帶有 "數(shù)字讀出" 功能的示波器可能好一點(diǎn). 普通示波器的掃描精度大概在百分之五左右,換算成頻率不會超過這個精度。有些數(shù)字讀出示波器實(shí)際上是把觸發(fā)放大器整形之后的信號分出一路供其中的頻率計(jì)電路再在屏幕上顯示出來,有一些是用外帶的頻率計(jì)顯示。從準(zhǔn)確度上講,嚴(yán)格地講,示波器測出來的波形都是有失真的,不是實(shí)際值。當(dāng)然對于晶振來說,不管是否加電容,以及加多大電容,影響的是波形的形狀質(zhì)量,不會影響頻率大小的。
影響示波器測量不準(zhǔn)確的因素有很多
1,DC增益誤差、系統(tǒng)非線性度、偏置電路誤差、頻率響應(yīng)曲線、量化誤差
2,探頭及測試環(huán)境的原因,如探頭的地線影響(地線長短、地環(huán)路的位置、形狀等)、探頭的負(fù)載效應(yīng)在不同頻率下的值不恒定、 接近探頭前端的寄生參數(shù)、 探頭擺放的位置、探頭與探頭之間的影響
3,采樣率、帶寬、幅值誤差和垂直噪聲、孔徑誤差、觸發(fā)抖動、插值誤差及時(shí)基穩(wěn)定性等
在示波器測量中出現(xiàn)準(zhǔn)確度不夠的問題比較常見,特別是在測量微弱小信號、相位噪聲、小電壓紋波、大電壓中的小電壓信號等更容易出現(xiàn)明顯的誤差。因此,工程師在測量前充分了解影響示波器測量準(zhǔn)確度的因素、掌握其使用技巧就顯得尤為重要。當(dāng)然,提高測量準(zhǔn)確度最有效的解決辦法是增加ADC位數(shù).下面是幾個比較實(shí)用的提高示波器測量準(zhǔn)確度的原則和技巧。
1,時(shí)刻警惕采樣率,要過采樣而不要欠采樣。比如測量波形頻率時(shí)如果采樣率太低會出現(xiàn)混疊現(xiàn)象,那么測量的結(jié)果就是錯誤的。
2,在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上最小化量化誤差,即盡量讓測量波形占滿柵格,充分利用ADC的范圍。
3,利用FIR濾波器也能減小噪聲。不需要捕獲多次的波形進(jìn)行平均求值,單次捕獲就可以,因此可用于無法穩(wěn)定觸發(fā)的非周期重復(fù)性波形的測量情況。
4,利用平均算法和濾波功能。對于周期重復(fù)性的信號,穩(wěn)定觸發(fā)后利用多次測量求平均值減小信號噪聲所帶來的誤差,平均算法同樣會減弱由示波器模擬前端和探頭引入的噪聲影響
5, 利用測量統(tǒng)計(jì)功能。因?yàn)椴ㄐ蔚男螤钍遣环€(wěn)定的,因此示波器每次捕獲到的波形測量結(jié)果不一樣。利用測量統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)電路性能最壞的情況和一些間歇性信號的參數(shù)值,這是判斷關(guān)鍵信號特征是否在規(guī)格范圍之內(nèi)的一種好方法。
6,減小探頭對測量準(zhǔn)確度的影響
在這里告訴大家一個小技巧,如何在沒有示波器的情況下測量晶振是起振的
影響示波器測量不準(zhǔn)確的因素有很多
1,DC增益誤差、系統(tǒng)非線性度、偏置電路誤差、頻率響應(yīng)曲線、量化誤差
2,探頭及測試環(huán)境的原因,如探頭的地線影響(地線長短、地環(huán)路的位置、形狀等)、探頭的負(fù)載效應(yīng)在不同頻率下的值不恒定、 接近探頭前端的寄生參數(shù)、 探頭擺放的位置、探頭與探頭之間的影響
3,采樣率、帶寬、幅值誤差和垂直噪聲、孔徑誤差、觸發(fā)抖動、插值誤差及時(shí)基穩(wěn)定性等
在示波器測量中出現(xiàn)準(zhǔn)確度不夠的問題比較常見,特別是在測量微弱小信號、相位噪聲、小電壓紋波、大電壓中的小電壓信號等更容易出現(xiàn)明顯的誤差。因此,工程師在測量前充分了解影響示波器測量準(zhǔn)確度的因素、掌握其使用技巧就顯得尤為重要。當(dāng)然,提高測量準(zhǔn)確度最有效的解決辦法是增加ADC位數(shù).下面是幾個比較實(shí)用的提高示波器測量準(zhǔn)確度的原則和技巧。
1,時(shí)刻警惕采樣率,要過采樣而不要欠采樣。比如測量波形頻率時(shí)如果采樣率太低會出現(xiàn)混疊現(xiàn)象,那么測量的結(jié)果就是錯誤的。
2,在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上最小化量化誤差,即盡量讓測量波形占滿柵格,充分利用ADC的范圍。
3,利用FIR濾波器也能減小噪聲。不需要捕獲多次的波形進(jìn)行平均求值,單次捕獲就可以,因此可用于無法穩(wěn)定觸發(fā)的非周期重復(fù)性波形的測量情況。
4,利用平均算法和濾波功能。對于周期重復(fù)性的信號,穩(wěn)定觸發(fā)后利用多次測量求平均值減小信號噪聲所帶來的誤差,平均算法同樣會減弱由示波器模擬前端和探頭引入的噪聲影響
5, 利用測量統(tǒng)計(jì)功能。因?yàn)椴ㄐ蔚男螤钍遣环€(wěn)定的,因此示波器每次捕獲到的波形測量結(jié)果不一樣。利用測量統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)電路性能最壞的情況和一些間歇性信號的參數(shù)值,這是判斷關(guān)鍵信號特征是否在規(guī)格范圍之內(nèi)的一種好方法。
6,減小探頭對測量準(zhǔn)確度的影響
在這里告訴大家一個小技巧,如何在沒有示波器的情況下測量晶振是起振的
用萬用表測量晶振兩個引腳電壓是否是芯片工作電壓的一半,比如工作電壓是5V則是否是2.5V左右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個腳,這個電壓有明顯變化,證明是起振了的.
小竅門:就是弄一節(jié)1.5V的電池接在晶振的兩端把晶振放到耳邊仔細(xì)的聽,當(dāng)聽到噠噠的聲音那就說明它起振了,就是好的嘛!
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