精確測量時間的儀器有哪些？

很多研究院所經常會需要測量精密的時間，比如測量時間間隔，時間準確度，頻率準確度等，那么用什么儀器可以測量這些時間信號呢？目前使用最廣泛的就是數字存儲示波器、計時器、計數器、時間間隔分析儀/時間間隔測量儀和時間綜合參數測試儀等測量時間的儀器。

1、數字存儲示波器測量時間

數字存儲示波器(DSO)對用作中等精確度測量是十分有用的。首先,它采用晶體振蕩器時基;其次,它能夠計數。例如,可在一個通道上對時標的精確數目進行計數,而在另一個通道上對一未知頻率作非常精確的測量,其測量精度可達到1ppm或更好。

盡管精確度隨儀器的售價而有所不同,但直接時間測量都受到其值僅為100ppm左右典型時基精確的限制。Tektronix公司7000系列示波器的技術規范載明時基精確度為相關量程偏差加上讀數的10～15ppm。

某些DSO具有外部時鐘輸入,可以采用精確得多的外部時鐘以給出更加精確的時基。但是,即使外部信號源是完美無缺的,示波器的內部時基分頻器和量程選擇電路也會使性能受到限制。示波器的電路抖動將引起任一采樣位置的不確定性。平均而言,假設示波器所造成的是隨機誤差而不是系統誤差,則時基的精確度將接近外部信號源的精確度。但是像某些示波器那樣,將外步時鐘再同步至其內部異步時鐘,則采用外部時鐘將不會使精確度得到改善。

最近兩年,DSO的帶寬、取樣率、準確度有明顯提高,Tektronix、LeCroy、Agilent分別推出指標更高的DSO,按面市時間列出最高檔次的三種型號的主要特性見表1:

2、計時器/計數器測量時間

計時器/計數器是另一類能夠用來精確測量時間和頻率的儀器。AgilentTechnologtes公司供應一系列531XX型號的通用設備,它們能測量高達

12.4GHz的頻率。這些設備配有幾種不同的恒溫時基,其中最佳者在一天里的漂移小于10-10,這相當于約10-10的基準時基。Agilent公司的RF計數器53000A系列可測量CW波20GHz,26.5GHz,46GHz三個頻段的頻率,或者上述頻段CW波的頻率/功率/電壓,可在實驗室、車間和外場使用。它的主要特性如下:時基穩定度-短期(1秒)2×10-10,中期(1日)5×10-10,長期(1月)1.5×10-8顯示位數-10倍靈敏度-25mV或-33dBm

3、時間間隔分析儀測量時間間隔

時間間隔分析儀(TIA),它的工作方式稍有不同,賦予它顯著的優勢。TIA和計時器/計數器都能夠測量在啟動和停止事件之間的時間間隔。計時器/計數器可對信號源的頻率或者脈沖寬度提供相繼的獨立測定,但是它在測量之間中斷。而TIA能對啟動/停止周期進行測量,且周期間不存在死時間。換句話說,它能無間隙地從一個事件到另一個事件進行計時。TIA還能對每次測量作出相對于首次事件的時間標記,此操作可在若干通道上同時進行。

舉例來說,這意味著你可以借助減除彼此相繼的測量值以確定周期長度。再一次減去相繼周期,將其結果繪圖就可顯示出偏差對時間的關系。如果你曾用TIA去測量一振蕩器的周期,則此圖可示出時間抖動。TIA的典型精確度為1ppm,雖然其短期穩定性可能會高得多。TIA的典型產品有Wavecrest公司的SIA-3000信號完整性分析儀,它的主要特性如下:最高時鐘頻率:3GHz,數據率4.5GS/s寬帶抖動:低于2ps靈敏度:±200mV～-1.1V(p-p)單次事件分辯率-0.2ps輸入阻抗:100Ψ(分差),50Ψ(單端)輸入通道:2～10路它的測量功能有數字示波器、誤碼率(BER)測試器、時間間隔分析儀。作為TIA使用時可測量周期-周期抖動、周期總抖動、數據通道-數據通道抖動、時鐘-數據通道抖動等。它可用于微處理器、DDRSRAM、RAMBUS、SONET、LAN、光纖、千兆位以太網等的測量。

SYN5605型多通道時間間隔測量儀最多可以支持36路多通道同時測量，精度可以到10ns，采用FPGA倍頻技術，使得測量指標大幅度提高，路數還可以擴展，目前可以測量爆炸的通斷信號，TTL信號，測量精度都非常高，而且通過多家計量單位測量，都給出合格證書。

4、時間綜合參數測試儀測量時間參數

SYN5104型時間綜合參數測試儀是為我國時間頻率現場驗收和計量單位測量研發的時間頻率專業測試設備。采用GPS馴服OCXO恒溫晶體振蕩器技術，使本地時鐘準確度達到-12量級，并且可以接收gps北斗雙模衛星信號，使得定時精度為30ns，所以以本設備的本地時鐘為參考可以測量時間頻率信號的準確度，時間精度，時差，時間戳等，為電力系統的時間同步裝置及研究所的時統設備的現場檢測、校驗、驗收提供了有效而便捷的解決方案。

產品功能：

1)在結構設計上，將時間標準源、時差測量和測試結果顯示三塊功能實現一體化, 從而可以在一臺便攜式智能儀表中方便而準確地完成測試項目；

2)測試功能齊全：時間準確度、頻率準確度、報文準確度,周波測量，溫濕度測量，時間記錄；

3)采用GPS/北斗二代衛星定時信號控制內置振蕩器提供高精度時間頻率標準，測量精度100 ns；

4)能直接測量，在前面板上直接顯示被測時鐘和標準時間的時差，測量方式直觀方便；

5)可便攜移動，既可用于現場，又可用于檢測機構；

6)可以輸出時間信號與更高級的標準時間源進行比對，以標定本測試儀的精度等級。也可用于給現場有需求的設備提供高精度的時間信號；

7)測量結果數據自動導出到計算機中；

8)具有7AH電池供電。

5、測量時間的儀器對比

數字存儲示波器(DSO)只能用來看一些簡單的時間圖形，對于準確度、時間精度等不是特長，一句話看波形比較方便。計時器/計數器是用來專門測量頻率準確度的，指標特別高，測量時間間隔不是很專業。時間間隔分析儀主要是用來測量時間間隔，不能測試頻率準確度和時間精度。

時間綜合參數測試儀是可以測量多種時間信號的，目前市場上有的時間信號接口：比如IRIG-B碼，1pps，1ppm，1pph，串口tod，NTP,PTP,時差測量，打時間戳，頻率準確度測量等等，幾乎涵蓋了市場上常用的所有時間頻率信號，是目前最全面的測量時間的儀器。