在測量SiT15xx系列KHz振蕩器的頻率時,選擇合適的測量工具是確保測量準確性的第一步.就好比廚師做飯需要鋒利的刀具,木匠干活需要精準的量具一樣,我們在進行頻率測量時,也需要專業(yè),精準的工具.對于測量電源電流,由于SiT15xx在室溫下的工作電源電流(空載)范圍為850nA至1.3μA,這個電流非常小,屬于nA電平范圍.所以,我們必須使用高分辨率數(shù)字電流表,例如Agilent34401A.這款數(shù)字電流表具有高達61/2位的分辨率,能夠揭示其他數(shù)字萬用表遺漏的細節(jié),可實現(xiàn)微安至安培級別的電流測量,測量精度極高,能夠滿足對SiT15xx系列振蕩器電源電流測量的嚴苛要求.而典型的便攜式數(shù)字萬用表(DMM)則無法準確測量nA電平范圍內(nèi)的電流.普通萬用表的分辨率和精度相對較低,在測量如此微小的電流時,就如同用一把大錘子去砸一顆小釘子,不僅無法準確完成任務(wù),還可能因為測量誤差過大而得出錯誤的結(jié)論,導(dǎo)致我們對振蕩器的性能判斷失誤.所以,為了得到可靠的測量結(jié)果,一定要摒棄普通萬用表,選擇專業(yè)的高分辨率數(shù)字電流表.

測量前的電路準備

在連接測量儀器晶振電路時,一定要打起十二分精神,確保每一個連接點都準確無誤,電路連接穩(wěn)定可靠.電路就像是人體的血管,而各個連接點則是血管的連接處,如果連接出現(xiàn)問題,就如同血管堵塞或者破裂一樣,會嚴重影響整個系統(tǒng)的運行.我們要仔細檢查每一根導(dǎo)線是否連接緊密,是否存在松動,虛接的情況.哪怕是極其細微的接觸不良,都可能導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差,就像一顆小石子可能會絆倒巨人一樣.我們可以用手輕輕晃動各個連接部件,觀察是否有松動的跡象.同時,借助放大鏡等工具,仔細查看焊接點是否飽滿,光滑,有無裂縫或者虛焊的地方.如果發(fā)現(xiàn)問題,要及時重新連接或者焊接,確保電路的暢通無阻.此外,還要注意電路中各個元件的布局是否合理,避免相互之間產(chǎn)生干擾.比如,將高頻元件和低頻元件分開布局,防止高頻信號對低頻信號造成干擾.只有在測量前做好充分的電路準備工作,才能為后續(xù)準確測量頻率奠定堅實的基礎(chǔ).

波形測量的門道

SiT15xx輸出驅(qū)動器針對要求低功耗晶振的應(yīng)用進行了優(yōu)化,在測量設(shè)備內(nèi)部終端電阻為50Ω時,并不適用于驅(qū)動.這就好比一輛小型節(jié)能汽車,它的發(fā)動機功率較小,無法拖動一個過重的負載.如果強行讓SiT15xx驅(qū)動50Ω的終端電阻,就像讓這輛小型汽車去拉一個大型集裝箱,不僅無法正常運行,還可能對設(shè)備造成損壞.那么,如何在不受負載影響的情況下測量原始波形呢SiTime為我們提供了兩種有效的方法.第一種方法是通過具有高輸入阻抗的單位增益放大器,如ADA4817-1來測量輸出波形.單位增益放大器就像是一個信號的忠實搬運工,它不會對信號進行放大或縮小,只是將信號從一個地方搬運到另一個地方,同時保持信號的完整性.高輸入阻抗則可以確保放大器對原始信號的影響最小化,就像一個輕柔的搬運工,不會在搬運過程中對貨物造成任何損壞.通過這種方式,我們可以準確地測量到SiT15xx振蕩器的輸出波形.第二種方法是使用高阻抗無源探頭(>1MΩ并聯(lián)<2pF),例如TektronixP5050.高阻抗無源探頭能夠有效地減少對被測信號的負載效應(yīng),就像一個輕盈的觸摸者,輕輕觸碰信號,卻不會對信號的形態(tài)產(chǎn)生太大的干擾.這樣,我們就可以獲取到接近原始狀態(tài)的輸出波形.

頻率測量的關(guān)鍵要點頻率計數(shù)器特性影響

在測量SiT15xx系列KHz振蕩器的頻率時,頻率計數(shù)器的特性對測量精度有著至關(guān)重要的影響.頻率或時間間隔測量設(shè)備有兩個特性可能會對頻率精度產(chǎn)生不利影響,分別是長期頻率穩(wěn)定性(ppb)和時間戳錯誤.時間軸的準確度是由于時間標記開始和停止處的信號邊沿的不準確性導(dǎo)致的時間間隔的誤差.這個誤差在輸入信號的寬頻率范圍內(nèi)是恒定的,但是隨著Gatetime變短而增加.從下面的圖表(假設(shè)圖表為頻率測量誤差(ppb)與Gatetime的關(guān)系圖,展示兩個不同時間間隔測量精度的頻率計數(shù)器的誤差變化)中可以清晰地看出,當Gatetime逐漸減小時,頻率測量誤差迅速增大.這就好比用一把尺子去測量物體長度,如果尺子本身的刻度不準確(長期頻率穩(wěn)定性差),或者在測量時讀取刻度的位置有偏差(時間戳錯誤),那么得到的測量結(jié)果必然是不準確的.因此,在選擇頻率計數(shù)器時,要盡量選擇長期頻率穩(wěn)定性高,時間戳錯誤小的設(shè)備,以確保測量精度.振蕩器長期抖動影響一些小功率的32kHz振蕩器,如SiT15xx,具有較高的長期抖動(LTJ).長期抖動是指在多個連續(xù)周期后時鐘信號邊沿與理想位置的變化,它代表的是抖動在長時間間隔期間連續(xù)時鐘周期流上的抖動累積效應(yīng),所以有時也被稱為累積抖動.從前面提到的頻率相對誤差公式可以看出,長期抖動會增加時間間隔的時間戳誤差,進而對測量精度產(chǎn)生不利影響.不過,如果Gatetime大于100ms,則長期抖動的影響會被平均,對測量誤差的影響也就最小.這就好像我們在統(tǒng)計一個班級學(xué)生的成績時,如果只統(tǒng)計少數(shù)幾個學(xué)生的成績,可能會因為個別學(xué)生成績的極端情況而導(dǎo)致統(tǒng)計結(jié)果偏差較大;但如果統(tǒng)計全班學(xué)生的成績,那么個別學(xué)生的極端成績對整體統(tǒng)計結(jié)果的影響就會被平均化,統(tǒng)計結(jié)果也就更能反映班級的真實水平.為了減輕長期抖動的影響,可以選擇能夠在門控時間內(nèi)對一些信號邊沿進行額外時間間隔測量的頻率計數(shù)器,例如Agilent5313x或5323x頻率計數(shù)器.通過使用這一類計數(shù)器,可以更準確地測量SiT15xx頻率,尤其是當Gatetime為100ms或更長時.

頻率計數(shù)器設(shè)置要點為了準確地測量頻率,頻率計數(shù)器需要接收振蕩器的原始時鐘信號,并且不能對信號的幅度和相位進行失真.即使使用銣原子鐘的時基或GPS定位器專用晶振同步的高精度/高分辨率頻率計數(shù)器,如果設(shè)置不正確,也會對測量操作產(chǎn)生不利影響.下面我們來詳細了解一下頻率計數(shù)器在輸入通道頻率響應(yīng),輸入通道阻抗,輸入觸發(fā)靈敏度等方面的正確設(shè)置方法.在輸入通道頻率響應(yīng)方面,交流耦合會衰減低頻分量,這對于測量SiT15xx系列振蕩器這樣的低頻信號是不利的.所以,我們應(yīng)使用直流耦合作為對策,以確保低頻信號能夠完整地被頻率計數(shù)器接收,就像讓水流毫無阻礙地通過管道一樣.輸入通道阻抗也不容忽視.當負載低于50Ω時,SiT15xx會衰減很多.此時,我們應(yīng)使用1MΩ的終端電阻作為對策,以避免信號在傳輸過程中因為阻抗不匹配而產(chǎn)生衰減,保證信號能夠穩(wěn)定地傳輸?shù)筋l率計數(shù)器中.輸入觸發(fā)靈敏度同樣關(guān)鍵.當SiT15xx器件的轉(zhuǎn)換速率降低時,可能會引起寄生觸發(fā),這會導(dǎo)致頻率計數(shù)器誤判信號的頻率.為了避免這種情況,我們可以關(guān)閉自動觸發(fā)器,并降低觸發(fā)靈敏度.關(guān)閉自動觸發(fā)器就像是給一個容易誤判的裁判戴上了"緊箍咒",讓它不會輕易做出錯誤的判斷;降低觸發(fā)靈敏度則是讓頻率計數(shù)器對信號的變化更加"謹慎",只有在信號變化達到一定程度時才進行觸發(fā),從而減少寄生觸發(fā)的可能性.

測量中的環(huán)境因素考量

在測量SiT15xx系列KHz振蕩器的頻率時,環(huán)境因素就像是隱藏在暗處的"搗蛋鬼",稍有不慎,就會對測量結(jié)果產(chǎn)生意想不到的影響.溫度對晶振頻率的影響尤為顯著.晶振中的石英晶體對溫度變化非常敏感,當環(huán)境溫度發(fā)生波動時,石英晶體的彈性模量,密度以及尺寸會隨之發(fā)生微妙變化,這些物理特性的改變直接牽動著振蕩頻率,使其偏離標稱值.從原理上來說,普通石英晶振的溫度漂移較為明顯,其頻率隨溫度變化的曲線通常呈現(xiàn)拋物線形狀.在常溫附近,頻率變化相對較小,但當溫度偏離常溫范圍較大時,頻偏會顯著增加.例如,在一些工業(yè)控制設(shè)備中,由于工作環(huán)境溫度變化較大,如果在測量SiT15xx系列振蕩器頻率時不考慮溫度因素,很可能會得到錯誤的測量結(jié)果.為了減小溫度漂移的影響,我們在測量時應(yīng)盡量選擇溫度穩(wěn)定的環(huán)境,或者采取恒溫措施,確保晶振工作在適宜的溫度范圍內(nèi).濕度也是一個不可忽視的因素.濕度變化可能導(dǎo)致晶振頻率發(fā)生微小的變化,因為水分子在晶振的振蕩器件表面吸附或排斥,這可能引起晶振頻率的微小變動.同時,濕度使晶體外圍電路雜散電容增加,增大誤差,還可能降低晶振的穩(wěn)定性,加速晶振元件的老化.所以,在測量時要確保環(huán)境濕度在合理范圍內(nèi),對于一些對濕度要求較高的測量場景,可以使用防潮箱等設(shè)備來控制濕度.電磁干擾同樣會對測量結(jié)果造成干擾.當晶振處于外部電磁場中時,電磁場會在晶振的導(dǎo)線上感應(yīng)出電流,進而引起晶振頻率發(fā)生偏移.電磁輻射也可能直接作用于晶體,導(dǎo)致晶體的參數(shù)發(fā)生變化,從而影響晶振的頻率穩(wěn)定性.在實際測量中,我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn),當測量設(shè)備附近有大型電機,變壓器等強電磁源時,測量結(jié)果會出現(xiàn)異常波動.為了避免電磁干擾,我們可以選擇抗干擾性能較好的晶振,在晶振周圍添加金屬屏蔽罩,或者在晶振輸入端和輸出端加入濾波器,以減少電磁干擾對晶振性能的影響.

測量數(shù)據(jù)處理與分析

完成頻率測量后,數(shù)據(jù)處理與分析就像是一場嚴謹?shù)目茖W(xué)探索,需要我們步步為營,確保測量結(jié)果的可靠性.多次測量取平均值是減小誤差的重要方法.就像我們在烹飪時,為了確保菜肴的口味穩(wěn)定,會多次嘗試調(diào)整調(diào)料的用量.在測量頻率時,由于受到各種因素的影響,每次測量的結(jié)果可能會存在一定的波動.比如,測量環(huán)境中微小的溫度變化,電源電壓的瞬間波動,甚至測量設(shè)備本身的噪聲干擾,都可能導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差.通過多次測量取平均值,可以有效地減小這些隨機誤差的影響.一般來說,測量次數(shù)越多,平均值就越接近真實值.在實際操作中,我們可以根據(jù)具體情況,選擇測量5次,10次甚至更多次,然后計算它們的平均值.在數(shù)據(jù)處理過程中,我們要仔細甄別并剔除異常值.異常值就像是羊群中的"害群之馬",會嚴重影響測量結(jié)果的準確性.它們可能是由于測量過程中的突發(fā)干擾,測量設(shè)備的短暫故障或者人為操作失誤等原因?qū)е碌?比如,在某次測量時,可能因為不小心碰到了測量電路,導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)了明顯的偏差,這個偏差很大的值就是異常值.我們可以通過觀察數(shù)據(jù)的分布情況,利用統(tǒng)計學(xué)方法,如格拉布斯準則等來判斷哪些數(shù)據(jù)是異常值,并將其從數(shù)據(jù)集中剔除.分析測量結(jié)果偏差的原因也是至關(guān)重要的一步.我們可以從測量設(shè)備,測量環(huán)境,被測晶振本身以及測量方法等多個方面入手.如果測量設(shè)備的精度不夠,或者存在校準誤差,那么測量結(jié)果必然會出現(xiàn)偏差;測量環(huán)境中的溫度,濕度,電磁干擾等因素也可能對測量結(jié)果產(chǎn)生影響;被測晶振本身如果存在質(zhì)量問題,如晶體老化,內(nèi)部電路故障等,也會導(dǎo)致頻率偏差;測量方法如果不正確,比如連接電路錯誤,頻率計數(shù)器設(shè)置不當?shù)?同樣會得到錯誤的測量結(jié)果.只有深入分析這些可能的原因,我們才能找到問題的根源,采取相應(yīng)的措施加以解決,從而提高頻率測量的準確性.

SiT15xx系列晶振頻率測量那些不可忽視的細節(jié)

NI-10M-3510	Taitien	NI-10M-3500	OCXO	10 MHz	CMOS	5V	±0.2ppb
NI-10M-3560	Taitien	NI-10M-3500	OCXO	10 MHz	CMOS	5V	±0.1ppb
OXETECJANF-40.000000	Taitien	OX	XO	40 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±30ppm
OXETGCJANF-25.000000	Taitien	OX	XO	25 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±50ppm
OXETGLJANF-24.576000	Taitien	OX	XO	24.576 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±50ppm
OXETHEJANF-12.000000	Taitien	OX	XO	12 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±100ppm
OXETGCJANF-36.000000	Taitien	OX	XO	36 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±50ppm
OXETGLJANF-40.000000	Taitien	OX	XO	40 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±50ppm
OXETGCJANF-16.000000	Taitien	OX	XO	16 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OXETGCJANF-24.576000	Taitien	OX	XO	24.576 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OXETGCJANF-27.000000	Taitien	OX	XO	27 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OXETGLJANF-16.000000	Taitien	OX	XO	16 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OXKTGLJANF-19.200000	Taitien	OX	XO	19.2 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OXKTGLJANF-26.000000	Taitien	OX	XO	26 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OXETGCJANF-50.000000	Taitien	OX	XO	50 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OXETGCJANF-54.000000	Taitien	OX	XO	54 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OXETGLJANF-27.000000	Taitien	OX	XO	27 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OXKTGLKANF-26.000000	Taitien	OX	XO	26 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OCETDCJTNF-66.000000MHZ	Taitien	OC	XO	66 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±25ppm
OXETECJANF-27.000000	Taitien	OX	XO	27 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±30ppm
OXETGJJANF-7.680000	Taitien	OX	XO	7.68 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±50ppm
OYETCCJANF-12.288000	Taitien	OY	XO	12.288 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±20ppm
OXETGLJANF-38.880000	Taitien	OX	XO	38.88 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETDCKANF-12.800000	Taitien	OC	XO	12.8 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm
OCETECJANF-25.000000	Taitien	OC	XO	25 MHz	CMOS	3.3V	±30ppm
OCETCCJANF-12.000000	Taitien	OC	XO	12 MHz	CMOS	3.3V	±20ppm
OCETCCJANF-25.000000	Taitien	OC	XO	25 MHz	CMOS	3.3V	±20ppm
OCETDCKTNF-50.000000	Taitien	OC	XO	50 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm
OCETDLJANF-2.048000	Taitien	OC	XO	2.048 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm
OCETELJANF-8.000000	Taitien	OC	XO	8 MHz	CMOS	3.3V	±30ppm
OCETGCJANF-12.000000	Taitien	OC	XO	12 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGCJANF-24.576000	Taitien	OC	XO	24.576 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGCJANF-4.000000	Taitien	OC	XO	4 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGCJTNF-100.000000	Taitien	OC	XO	100 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLJTNF-50.000000	Taitien	OC	XO	50 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLKANF-20.000000	Taitien	OC	XO	20 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLKANF-25.000000	Taitien	OC	XO	25 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETHCJTNF-100.000000	Taitien	OC	XO	100 MHz	CMOS	1.8V	±100ppm
OCKTGLJANF-20.000000	Taitien	OC	XO	20 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OCKTGLJANF-30.000000	Taitien	OC	XO	30 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OCKTGLJANF-12.000000	Taitien	OC	XO	12 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OCKTGLJANF-31.250000	Taitien	OC	XO	31.25 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OCETDCJANF-12.000000	Taitien	OC	XO	12 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm
OCETDCJTNF-50.000000	Taitien	OC	XO	50 MHz	CMOS	3.3V	±25ppm
OCETGCJANF-33.333000	Taitien	OC	XO	33.333 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLJTNF-66.667000	Taitien	OC	XO	66.667 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLJANF-27.000000	Taitien	OC	XO	27 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLJANF-33.333000	Taitien	OC	XO	33.333 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLJTNF-66.000000	Taitien	OC	XO	66 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCETGLJTNF-80.000000	Taitien	OC	XO	80 MHz	CMOS	3.3V	±50ppm
OCJTDCJANF-25.000000	Taitien	OC	XO	25 MHz	CMOS	2.5V	±25ppm
OCKTGLJANF-24.000000	Taitien	OC	XO	24 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OXETGLJANF-12.000000	Taitien	OX	XO	12 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±50ppm
OXETDLJANF-8.704000	Taitien	OX	XO	8.704 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±25ppm
OXKTGCJANF-37.125000	Taitien	OX	XO	37.125 MHz	CMOS	1.8V	±50ppm
OXETCLJANF-26.000000	Taitien	OX	XO	26 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±20ppm
OXETDLJANF-25.000000	Taitien	OX	XO	25 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±25ppm
OXETGLJANF-48.000000	Taitien	OX	XO	48 MHz	CMOS	2.8V ~ 3.3V	±50ppm
OXJTDLJANF-25.000000	Taitien	OX	XO	25 MHz	CMOS	2.5V	±25ppm
OXJTGLJANF-25.000000	Taitien	OX	XO	25 MHz	CMOS	2.5V	±50ppm

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