無源晶振的頻率該如何測量

　　3.選擇合適的測量點(diǎn)

　　既然晶體兩端非常敏感，不便于接上探頭測量，那可以換一種思路，在其他地方測量該信號。

　　某些時鐘芯片帶clock out功能，此功能是buffer晶體的信號，其管腳的輸出是有很強(qiáng)大的驅(qū)動能力的，因此可以直接使用探頭測量。

　　晶體發(fā)出的時鐘輸入到處理器中，可以使用計時器對此信號作分頻處理，然后將分頻后的信號輸出到管腳。這樣我們只需測量分頻后的信號，即可計算出原有時鐘的頻率。

　　這種間接測試的方法，只能測試晶體的頻率，不能測量晶體輸出信號的幅度。若能在設(shè)備的工況范圍都測試其頻率的準(zhǔn)確性，那晶體電路的工作就是OK的。

圖 3 使用芯片的緩沖功能、計數(shù)器功能來測量

　　若信號驅(qū)動能力很強(qiáng)，可以考慮非接觸的測試方案：近場探頭。近場探頭配合頻譜儀，或示波器的FFT分析功能，即可測得峰值電壓處的頻率。由于為非接觸方案，不存在探頭的負(fù)載效應(yīng)，不過需注意此時頻譜儀、FFT分析的頻率分辨率，這會影響測量結(jié)果的步進(jìn)、精度。

　　4.Tip：如何測量頻率

　　在捕捉到晶體的輸出信號后，該如何測量其頻率呢?在我司的ZDS系列示波器中，可以選擇硬件頻率計、頻率參數(shù)測量、上升沿參數(shù)測量等方法。

　　硬件頻率計在實(shí)現(xiàn)時，有測周期與測脈沖數(shù)的算法。這兩種不同的測試方法，是會因應(yīng)輸入信號的頻率大小而選擇的，以期待測量值更準(zhǔn)確。當(dāng)信號頻率小時，會選用測周期的方法，把信號的周期測好了，周期的倒數(shù)就是頻率，此方法誤差源在于測周期的計時時鐘的頻率;當(dāng)信號頻率大時，會選用測脈沖數(shù)的方法，在標(biāo)準(zhǔn)時間內(nèi)測出信號上升沿的個數(shù)，此方法的誤差是標(biāo)準(zhǔn)時間內(nèi)的選定問題。

　　在參數(shù)測量的時間參數(shù)中，有“頻率”這測試項。此測試項是求得兩上升沿之間的時間差，再求倒數(shù)得到頻率。此測試項的誤差在于上升沿的判定與周期計時頻率，受限于當(dāng)前采樣點(diǎn)的采樣率。

　　在參數(shù)測量的統(tǒng)計參數(shù)中，有“上升沿計數(shù)”的方法，其原理是測量上升沿的個數(shù)。在測試中，可以將測量范圍選擇光標(biāo)區(qū)域，而光標(biāo)范圍設(shè)為200ms，這樣測得的上升沿乘以5，即為信號頻率。

圖 4 頻率、上升沿計數(shù)測量界面圖

　　選用信號發(fā)生器輸出不同頻率的信號，使用上述三種方法測得頻率如表 1所示。

表 1 不同測量方法測出的頻率對比表

　　可見三者測量結(jié)果差異不大，硬件頻率計的分辨率更高，而參數(shù)測量中有效位數(shù)只有5位。此信號發(fā)生器輸出頻率的準(zhǔn)確度為±1ppm，示波器內(nèi)部晶振的頻率準(zhǔn)確度為±2ppm，在上述的24MHz硬件頻率計中，測量的準(zhǔn)確度為80Hz/24MHz=3.33ppm，基本在儀器的測量精度內(nèi)。參數(shù)測量值在某些情況下顯得更接近真實(shí)值，這是因?yàn)槠溆行粩?shù)不夠而四舍五入的原因，準(zhǔn)確度更高的還是硬件頻率計。

　　5.小結(jié)

　　本文就對負(fù)載敏感的無源晶振信號的測量做了簡約的分析，闡述了探頭的接入對電路負(fù)載效應(yīng)的影響，這種影響同樣也適用于輸出阻抗很大的電路。