3.频率测试准确性的实际验证
3.1测量仪器设置
现在以信号发生器的输出作为参考基准,输出频率设置为24MHz,测量并计算各仪器测试的频偏,判断准确性。
如下图所示,信号源的CHA作为输出,同轴线缆连接到示波器的CH2,两者阻抗都设置为50ohm,保证特性阻抗连续,然后使用近场探头检测辐射能量。
在进行频率计相关测试时,将上图连接到示波器的同轴线缆一端连接到频率计输入端口即可;
测试结果:
分析:
(1)频率计和频谱分析仪的测试结果都非常接近信号发生器的输出频率
(2)示波器测量频率的致命性缺陷是函数测量值的位数不不足,而且数值的波动范围很大,可以判断不适合精确测试,它的作用应该体现在观察波形特征。
图1
图2
3.2产品主板上的24MHz晶体电路频率实测
频谱分析仪测试环境,近场探头靠近晶体封装外壳。在使用示波器和频率计时,配合电容为3.9pF的无源电压探头,点触晶体引脚测试。
测试结果:
分析:
(1)频率计和频谱分析仪的测试结果对比,前者数值小了5ppm左右,从趋势上分析符合理论计算,因为频率计探头电容的附加,必然会使晶体电路频率减小。
(2)示波器的测试结果仍然波动很大,可以判断不适合精确测试。
3.3验证无源电压探头的电容分别为10pF、3.9pF两种条件下,探头对晶体频偏的影响
测试结果:
分析:
理论计算电容越大,测试到的频率越小,而实际测试结果10pF探头也比3.9pF探头的测试结果小6ppm左右,所以可以评估探头上的这几个pF的差别,对频偏的影响还是很显著的。
4总结
(1)如果是进行晶体振荡电路的频率测试,频谱分析仪最合适,其次是使用频率计配合电容较小的无源电压探头来测试,而示波器只能大致观察频率值,并不适合精确测量。
(2)如果根据实际情况判断接触式探头的寄生电容对电路工作状态影响不大,例如测量某个芯片输出的时钟频率,这时候频率计应该是优选的。首先因为频率计不但能够准确测量到频率值,而且可以得到频率波动的峰-峰值走势,还可以测量到信号电平值,也就是说一次测量获得的信息量更大;而频谱分析仪只能抓到频率值,除非是在EMI摸底测试的时候,否则辐射功率值我们通常并不关心。其次因为频谱分析仪配合近场探头来捕获辐射能量的能力有限,待测时钟信号的能量可能会被附近其他更强的辐射源淹没,导致无法获得时钟频率对应的功率峰值,也就无法测量到时钟频率。
(3)要注意到示波器的作用并不在于精确测量信号幅度或者频率,它的优势是来抓取波形,判断时钟电路是否工作在正常的状态。例如当测试到晶体振荡电路的波形不是正弦波,而接近方波时,则判断可能是驱动功率过大,进一步计算功率数值后如果确认,就需要调整电路参数,避免损坏晶体。