RIGOL 旗下的多個(gè)系列示波器都集成了頻率計(jì)功能，但測(cè)量精度都停留在 6 位有效位 數(shù)，為了滿足客戶更嚴(yán)苛的測(cè)量場(chǎng)景，RIGOL 最新推的 DS70000 示波器將頻率測(cè) 量精度提升到了 8 位有效位數(shù)，確保在滿足帶寬內(nèi)的所有周期性信號(hào)的頻率都能 被準(zhǔn)確測(cè)量。

示波器的工作過程可分為信號(hào)輸入、垂直系統(tǒng)（信號(hào)幅度調(diào)理）、采樣（模擬信號(hào)數(shù)字 化）、頻率計(jì)算和結(jié)果顯示等幾部分，如下圖所示。

其中信號(hào)輸入、垂直系統(tǒng)、采樣屬于通用數(shù)字示波器的必備功能，頻率計(jì)算是通過直 接對(duì) ADC 采樣得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到信號(hào)頻率。依托具有高速 ADC 采樣功能的示波器，頻率計(jì)可以很輕松的獲得具有高時(shí)間分辨率（最高可達(dá)到 ADC 的 采樣間隔時(shí)間）的采樣點(diǎn)，從而得到高精度的測(cè)量結(jié)果。

頻率計(jì)算過程分為以下兩個(gè)步驟

步驟 1：邊沿判斷 示波器對(duì)周期性模擬信號(hào)進(jìn)行采樣量化后的數(shù)據(jù)與一個(gè)用戶設(shè)置的“比較電平”進(jìn)行 比較，從低到高跨過此電平的跳變?yōu)椤吧仙亍?，從高到低跨過此電平的跳變?yōu)椤跋陆?沿”。兩個(gè)上升沿（或兩個(gè)下降沿）之間的時(shí)間間隔為當(dāng)前被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期。 正確識(shí)別信號(hào)中的邊沿是頻率計(jì)能夠得到正確結(jié)果的前提和關(guān)鍵。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中， 真實(shí)的信號(hào)往往自帶一些噪聲，如果不對(duì)這些噪聲進(jìn)行處理，就會(huì)造成邊沿的錯(cuò)誤判斷，影響最終的測(cè)量結(jié)果。如下圖所示，圓圈標(biāo)記的位置因?yàn)橐粋€(gè)毛刺的存在導(dǎo)致了 在該位置出現(xiàn)了兩個(gè)上升沿。

解決上述問題的方法，就是在原有比較器的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)比較電平，只有同時(shí)跨 過兩個(gè)比較電平的跳變才被判決為“有效沿”。兩個(gè)比較電平之間的區(qū)域?yàn)椤斑t滯區(qū)間”， 區(qū)間越大對(duì)噪聲的抑制能力越強(qiáng)，反之則越小，這也是大家在觸發(fā)系統(tǒng)中經(jīng)常聽到的 觸發(fā)靈敏度的概念。RIGOL 所有系列的數(shù)字示波器都支持噪聲抑制功能，用戶可根據(jù) 實(shí)際情況決定是否使用。

步驟 2：統(tǒng)計(jì)/計(jì)算 l

測(cè)頻法

一段時(shí)間內(nèi)，被測(cè)信號(hào)有效信號(hào)周期個(gè)數(shù)為，這段時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)上升沿（或下 降沿）的個(gè)數(shù)減 1。用這段時(shí)間除以周期個(gè)數(shù)可以得到信號(hào)一個(gè)周期的時(shí)間，從 而得到信號(hào)頻率。這“一段時(shí)間”我們稱之為“閘門時(shí)間”。通常情況下，閘門時(shí) 間內(nèi)并不能包含整數(shù)個(gè)信號(hào)周期，簡(jiǎn)單進(jìn)行除法計(jì)算會(huì)存在較大的誤差。在實(shí)際 計(jì)算過程中，還需要將閘門時(shí)間內(nèi)的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間去掉，僅用整數(shù)倍信號(hào) 周期的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

如下圖所示，設(shè)閘門時(shí)間為 Tg（9 個(gè)參考時(shí)鐘），閘門時(shí)間內(nèi)上升沿的個(gè)數(shù)為 N （3 個(gè)），閘門使能時(shí)刻到第一個(gè)被測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)間為 Ts（1 個(gè)參考時(shí)鐘）， 閘門結(jié)束時(shí)刻距離最后一個(gè)被測(cè)信號(hào)的上升沿時(shí)間為 Te（1 個(gè)參考時(shí)鐘）。

測(cè)周法

直接測(cè)量被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期的時(shí)間，叫做測(cè)周法。測(cè)周法沒有閘門時(shí)間的概念， 系統(tǒng)僅需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)上升沿之間的時(shí)間直接得到信號(hào)的周期，再通過取倒數(shù)得到 信號(hào)的頻率。如下圖所示，可直接得到被測(cè)信號(hào)的周期 Tc。

RIGOL 自主研發(fā)的 DS70000 系列數(shù)字示波器，依賴于 RIGOL 工程師潛心十年打造 的 UltraVisonIII 硬件平臺(tái)，搭載著自主研制的“鳳凰座”芯片組，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)領(lǐng)先的 20GSa/s 超高采樣率。依托該平臺(tái)輕松實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 8 位有效位數(shù)的高精度頻率計(jì)。 DS70000 系列數(shù)字示波器多種人性化的設(shè)計(jì)，相信一定會(huì)為您帶來超高品質(zhì)的體驗(yàn)。

頻率計(jì)的性能指標(biāo)

有效位數(shù)

有效位數(shù)是指從測(cè)量結(jié)果的左起第一個(gè)非 0 后的所有位數(shù)。 DS70000 系列示波器超高的 20GSa/s 采樣速率實(shí)現(xiàn)了采樣點(diǎn)間隔的時(shí)間分辨率小至 50ps，其內(nèi)部集成的頻率計(jì)依托更小的△T 誤差和更精確的測(cè)量算法，使得測(cè)量結(jié)果 達(dá)到了最高 8 位有效位數(shù)的精度。在實(shí)際應(yīng)用中用戶可以根據(jù)實(shí)際情況在 3bits~8bits 的有效位數(shù)范圍內(nèi)自由設(shè)置。

測(cè)量時(shí)間

測(cè)量時(shí)間是指能夠重新獲取一次有效測(cè)量結(jié)果所需要的時(shí)間。 l

對(duì)于測(cè)頻法，測(cè)量時(shí)間等效于閘門時(shí)間。DS70000 系列示波器能夠在 1s 內(nèi)的測(cè) 量時(shí)間提供最大 8 位有效位數(shù)的結(jié)果，兼顧了測(cè)量速度和測(cè)量精度。 l

對(duì)于測(cè)周法，測(cè)量時(shí)間取決于被測(cè)信號(hào)的周期，被測(cè)信號(hào)的周期越大測(cè)量時(shí)間越 長，比如測(cè)量一個(gè) 0.1Hz 信號(hào)，測(cè)量時(shí)間為 10s。

測(cè)量誤差

測(cè)量誤差主要來自以下幾個(gè)方面 l

數(shù)字量化誤差

被測(cè)信號(hào)與量化過程中的使用的時(shí)鐘屬于異步關(guān)系，在采樣時(shí)刻會(huì)存在+/-一個(gè)采 樣時(shí)鐘的誤差。 l

邊沿誤判導(dǎo)致的誤差

如果信號(hào)自身噪聲比較大，在進(jìn)行邊沿判斷的過程中就會(huì)有錯(cuò)誤的邊沿被識(shí)別， 導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差較大。 l

參考時(shí)鐘精度（等效于水平時(shí)基精度）

頻率計(jì)的測(cè)量基于水平時(shí)基，水平時(shí)基采用的參考晶振性能決定該指標(biāo)。若用戶 需要更加精確的測(cè)量，可以使用外部更加精確的 10M 參數(shù)時(shí)鐘。

頻率計(jì)的統(tǒng)計(jì)功能

DS70000 系列示波器的頻率計(jì)還集成了統(tǒng)計(jì)功能，統(tǒng)計(jì)結(jié)果包括了，自測(cè)量功能開啟 后測(cè)量結(jié)果中的最大值、最小值和平均值。用戶通過觀察統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以清晰的知道在 RIGOL 9 應(yīng)用指南/技術(shù)說明書 測(cè)量的這段時(shí)間內(nèi)測(cè)量結(jié)果是否存在過大、過小等異常問題。