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使用CNT-81时间间隔测试仪/计数器/分析仪精确的频率、周期、时间间隔和相位校准

大西洋仪器网  2018-11-15 16:43   点击 446

概述:

CNT-81时间间隔测试仪/计数器/分析仪是校准各种与时间和频率有关的参数的理想工具。这些参数包括:例如频率、周期、时间间隔和相位。

50ps(平均为1ps)的极高单次分辨率结合高稳定度时基选件(包括铷时基振荡器),使得无论是在现场还是在实验室中都能以极高的精度对时间和频率参数进行快速校准。

内置式统计功能可在一瞬间计算出任意选定样本量(最高可达20亿个样本)的平均值、标准偏差和最大-最小峰值,使得校准简单易行。

所包含的分析用PC软件001.png能够完成测量过程的直观反馈和文件编制,包括测量与时间的关系图,平滑(数字滤波)和分布直方图。

相位测量:

CNT-81的相位测量包含以下两类测量:

1.分别在输入A和输入B上的信号的跨零点之间的时间间隔测量(002.png)。

2.输入A信号的周期(T)。

然后,相位按下式计算:

003.png

影响相位测量的不确定度的因素很多。最为重要的因素包括:触发电平定时误差(是否真正是在跨零点处进行触发?)和输入通道失配(外部信号路径和内部信号路径两者是否完全一样?)。上述两个不确定度因素都具有系统属性。本应用指南将描述抵消这些潜在的误差源并将不确定度降低到0.1以下的步骤。

操作提示:

1、当用户想要精确地在跨零点处进行触发时,未知的滞后是不利的。在进行相位测量之前,应当完成内部滞后校准(CNT-81中的AUX菜单)。

2、选择单次测量并结合平均值统计计算,从而改善分辨率。

3、对于低于500Hz的频率,使用DC(直流)耦合代替AC(交流)耦合,从而消除由AC耦合电容所引起的相位误差。

4、为获得最高精度的最佳输入电压范围为0.3~3Vrms(采用10x的输入衰减时为3~30Vrms)。当输入电压高于30Vrms时则需要外部衰减器。当输入电压低于0.3Vrms时则有可能引起更大的不确定度。

5、对于含有高频(HF)噪声的信号,应使用两个外部匹配低通滤波器。

6、为了降低由于触发电平偏移和输入通道不同(包括外部电缆和滤波器)所引起的不确定度,从外部交换起始信号和停止信号并对这些测量取平均值。

如果第一次的读数为005.png并且第二次的读数(交换输入信号)为004.png,则“真实”相角的最精确估计为:

006.png

相位发生器的相位校准步骤:

进行校准之前,应确保发生器和CNT-81两者均处于受控的气候环境中,且两种仪器都应按照制造商的技术规范进行预热。

007.png

图1对CNT-81进行设置,从而完成相位测量

A.对CNT-81进行设置

1、选择功能PHASE A-B。

2、将输入通道A和B设置为以下状态:

直流(DC)耦合

正确的终端(50Ω或者1MΩ)

正向沿触发

触发电平0V

自动(AUTO)触发关闭

3、选择单次(SINGLE)测量。

4、设置测量时间为100us(加快读速度)。

4、选择统计方式(Statistics)并对100个样本点取平均(MEAN)(从而减小抖动和改善分辨率)。

B.进行内部滞后校准

1、将任一信号电缆与CNT-81上的输入通道A和B断开。

2、按动按键AUX MENU,选择CAL HYST并按动ENTER键。

3、重新连接信号电缆。

C.连接待校准的发生器

将来自发生器的两路相移输出与CNT-81的通道A和B相连。如果输出信号包含有高频(HF)噪声和寄生信号,则使用两个匹配的低通(LP)滤波器(3dB带宽至少比最高信号频率大25倍)来减少触发误差。如图2所示。许多常用的发生器类型和低频电压校准器都会产生高频噪声而需要使用低通滤波器。注意,失配的滤波器可能引入额外的相移,但该误差可以通过对信号(包括滤波器)进行交换来完全予以补偿,如下面的E项所示。

008.png

图2 信号为有噪声的信号时,使用外部匹配低通滤波器

D.>针对电压-电流相位测量进行设置

某些发生器会在电压输出和独立的电流输出之间产生相移。CNT-81没有电流输入,因此,必须借助一个具有适当电阻和额定功率的并联电阻器将发生器的电流输出变换成电压。如图3所示。

为了获得最小的不确定度,应选择电阻值,使得两个通道达到大致相同的输入电压电平。例如:为了获得1Vrms的电压输出和300mA rms的电流输出,则应选择3.3Ω(1/2W)的并联电阻器值。

009.png

图3 在电压-电流相位测量中,将电流转换为电压

E.对经交换的输入进行重复测量

CNT-81的相位测量具有零点几度的典型基本不确定度。实际值取决于信号的特性。

为了得到小于0.5的不确定度,必须进行两组测量。首先对于正常的连接进行测量,然后对互换的输入信号进行测量。如图4所示。

010.png

图4 交换外部信号连接

1、首先,信号1被连接到输入A,而将信号2连接到输入B,给出005.png

2、然后,信号1被连接到输入B,而将信号2连接到输入A,给出004.png

3、最后,计算测量结果005.png004.png的平均值:

011.png

该步骤将对由触发电平误差和其他系统通道差异所引起的系统不确定度进行补偿。

注1:重要的是对于全部的外部信号路径(还可能有低通滤波器)进行交换。

注2:切不可使用内部交换(A<=>B 按键)。


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