頻率計數器簡介
- 2020 年 3 月 11 日
- 筆記
頻率計數器是用數字方式對訊號參數進行精密測量的儀器，測量頻率、時間間隔、相位和對事件計數，都離不開頻率計數器，頻率計數器及其他同類產品為研發提供高精度和分析能力，為大批量生產提供高效率並為維修提供低成本和隨身性。
頻率計數器主要指標是測量範圍、測量功能、精度和穩定性，頻率計功能延伸是綜合了調製域分析儀的功能。頻率計數器功用標準及介紹。
一、計量基準
1.名稱和量值：時間頻率計量基準包括秒長國家計量基準（以下簡稱秒長基準）及原子時標國家計量基準。
2.秒長基準:秒長基準是直接復現秒定義的物理裝置，目前為NIM5雷射冷卻銫原子噴泉鍾，主要用途為：
（1）參與國際原子時的產生
（2）直接校準原子時標基準的秒長。秒長基準的輸出頻率為9192631770Hz。
3.原子時標基準
原子時標基準由一組連續工作的原子鐘、內部比對系統及外部比對系統組成，通過全球導航衛星系統（GNSS）時間頻率傳遞及衛星雙向時間頻率傳遞（TWSTFT）參加國際計量局（BIPM）組織的國際原子時（TAI）合作，建立和保持標準時間代號為UTC（NIM）
UTC（NIM）給出5MHz、10MHz和100MHz標準頻率訊號、1PPS標準時間訊號及北京時間。
4.頻率不確定度及時間偏差
(1)秒長基準頻率不確定度：多種物理及技術因素造成秒長基準的頻率復現值偏離定義值。
二、計量標準
1.原子時標標準：通過守時系統產生並保持標準和頻率位置。
2.原子頻率標準：基本原子躍遷理論製造的頻率標準。包括銫原子頻標、氫原子頻標、銣原子頻標。
3.石英晶體頻標：用高穩定石英晶體振蕩器製成的獨立使用的頻標。
4.GNSS控制的頻標：包括GNSS控制的銣原子頻標和GNSS控制的石英晶體頻標。
5.量值：原子時標標準通常給出5MHz、10MHz、100MHz頻率訊號、1PPS時間訊號及北京時間。
6.頻率偏差及時間偏差
（1）原子時標標準相對頻率偏差優於±2×1013；與UTC（NIM）的時間偏差優於±100ns。
（2）銫原子頻標和氫原子頻標的相對頻率偏差在±1×10-11-±1×10-13範圍內。
（3）銣原子頻標的相對頻率偏差在±1×10-11-±5×10-11範圍內，GNSS控制的銣原子頻標的相對頻率偏差優於±1×10-12平均時間為1天。
（4）石英晶體頻標的相對頻率偏差在±5×10-8-±1×10-9範圍內，GNSS控制的石英晶體頻標準的相對頻率偏差優於±1×10-12平均時間為1天。
7.傳遞方法：時間頻率量值可通過時間頻率標準（作為參考源）向工作計量器具進行傳遞。
三、工作計量器具
時間頻率工作計量器具分兩大類：時間頻率發生器和時間頻率測試儀。前者產生頻率、時間間隔或時刻訊號，後者用於測量頻率和時間間隔。時間頻率量值傳遞的主要任務就是檢定、校準計量器具內標準源的時間頻率偏差和穩定度。
典型工作計量器具的名稱和測量範圍：
1.頻率合成器：也稱合成訊號發生器，頻率範圍為1μHZ-110GHz.頻率合成器亦包括GNSS訊號模擬器。
2.時間合成器：生產各種時間間隔，訊號形式均為脈衝。以正（負）脈衝間隔或正（負）脈衝寬度給出時間間隔，時間間隔範圍為1ns-104s.
3.頻率計數器：頻率測量範圍為1μHZ-110GHz。
4.時差測量儀：可測量兩脈衝間的時間間隔和脈衝寬度，範圍1ns-104s.
5.GNSS接收機（時間測量型）可接收一種或多種GNSS訊號，產生標準1PPS訊號。
6.通用時鐘：包括標準數字時鐘、電視台和廣播電台報時鐘、電腦時鐘及其他時鐘等，產生北京時間或1PPS訊號。
7.工作計量器具的頻率偏差與時間偏差：
工作計量器具內頻率源大都為晶振，從普通晶振、溫補晶振到恆溫晶振，頻率通常為5MHz或10MHz，相對頻率偏差從±1×10﹣5到±5×10﹣9，如內部頻率源為銣振蕩器，相對頻率偏差一般優於±1×10﹣10.
GNSS接收機時間偏差通常為10ns-2μs,通用時鐘時間偏差通常為100ns-2s。
隨著電子測試技術的發展和進步，頻率計數器逐漸成熟，頻率計數器能方便的測量射頻、微波頻段訊號，頻率計數器經常應用的是確定發射機和接收機的特性。相信在科技不斷進步產品不斷的完善下，頻率計數器以後應用的領域也會越來越多。
