用時間戳計數器測量頻率的方法(下)

頻率測量

在倒數計頻器中，不管有沒有采用內插法，頻率測量都有一個規定的開始點(開始觸發事件)和結束點(結束觸發事件)。在每個測量的開始點和結束點之間都必定有一段死時間，用來將結果傳輸到輸出接口上，并將計度器歸零以及為下一次測量準備儀器的電子線路。但是連續時間戳計度器卻不會有這種情況(如圖3)。

連續時間戳計度器連續不斷地記錄輸入信號觸發事件和時間。在原理上，計數會不定地從一個開始點開始一直持續到計數鏈飽滿并重新從零開始。有了規則的時間間隔(步調間隔)，就可以從各個計度器中讀取瞬間的內容，以及計時內插值，而不需要中斷計數器的運行。數值(觸發事件或者“時間”和時間或者“時間戳”)被儲存在高速存儲器中。

讀取和輸入觸發往往是同步的，也就是說，計算的輸入周期的數值往往是一個精確值。正如在倒數計數器中的那樣，任何不確定度都來自監控時間的不準確性。

在一定次數的事件被存儲，或者過了一段時間之后，數據將會被分析、后處理，并顯示給操作員。一個普通的倒數計數器只是在某一個時間段，例如1s內進行了頻率測量之后，將最終數據傳輸出來，而一個連續時間戳計數器則能夠保存并提供在同樣的時間段內數百甚至數千個有時間戳的事件的信息。

一個傳統的倒數計數器在以一個0.0的初始值開始測量之后，在測量結束時只顯示一個數值。而一個連續時間戳計數器則能夠提供雙軸信息：在橫軸上顯示輸入周期(事件)，縱軸顯示時間(時間戳)。測量的開始和結束點之間的圖線的彎曲則為平均時段(被輸入周期數劃分的總時間)。測量的分辨率，例如線條彎曲的不確定度，取決于測量中所采用的開始和結束點的不確定度。在時間戳計數器中，大量事件的信息被以圖中的直線顯示，每個都有一個特定的分辨率。

通過采用一個著名的統計學方法D線性回歸D可以以一個(N)0.5/2.4的因數來改進直線彎曲(測量時段的時間長度)的分辨率，此處的N是一個給定的測量時間內測量點的數值。例如，如果是1000個點，那么分辨率就通過一個參數(1000)0.5/2.4=31.622/2.4=13.176來改進。圖5和圖6顯示了相比于開始－結束的測量方法，如何通過應用線性回歸來改進分辨率(或者說是直線彎曲的不確定度)。

借助線性回歸，連續時間戳頻率計數器可以通過利用測量的開始和結束點之間的大量“中介”數值來改進頻率分辨率。此種測量方法還有其它好處，因為它本質是兩維的，并能夠提供一個真實時間標度，用來作為時間上彼此相關的單獨的觸發事件的參考(標準的倒數計數器只能提供單個數值，而不能顯示時間上的相互關系)。相比于以單維形式測量的傳統計數器，以一個真實時間標度來進行測量的連續時間戳頻率計數器可以顯示整個過程中頻率的改變。這就像電壓計的測量結果和顯示時變電壓的示波鏡的測量結果之間的比較一樣。真實時間標度也讓連續時間戳計數器可以改進對測量數據例如一個快速傅立葉轉換的后處理分析。

CNT-90(如圖7)這樣的連續時間戳計數器允許進行單個時間段的“背對背”測量，在測量之間沒有死時間。在嘗試檢測“遺漏時段”以及要在一個序列中跟蹤所有周期時，這一性能是相當重要的。對這一性能的應用是多種多樣的，從串行數據通信系統和組件的評估，到機械旋轉感應器的測試。傳統的倒數計數器最多也就只能每隔一個時段進行測量，并還會導致所有測量中有50％的測量具有不確定性。而消除了倒數計數器中的死時間的連續時間戳計數器，則可以計算高頻震蕩器的阿倫方差，而這是測量相位噪音和頻率穩定性中所必須的。