时间和频率分析仪是一种多功能仪器，可以准确测量事件之间的时间间隔。这些事件通常是随时间变化的电压信号或脉冲，当输入电压达到给定阈值时，仪器开始或停止记录事件。
时间和频率分析仪的一个关键功能是能够提供此类事件持续时间的高分辨率测量（通常在皮秒范围内）。因为它们也可以计算这些事件的数量，所以这些仪器有时被称为计数器或时间间隔计数器。在频域中，时间和频率分析仪可以使用时间间隔信息来计算信号的瞬时频率和偏差。
时间频率分析仪与频率计数器是一样的吗？
时间和频率分析仪是一种灵活的通用仪器，结合了有时与其他仪器相关的多种强大功能。能够对时间间隔进行计数和分析的仪器有时称为时间间隔分析仪、时间间隔计数器或事件计数器。主要用于测量频率稳定性和相位噪声的仪器通常称为频率计数器或频率分析仪。可以完成所有或大部分这些功能的仪器有时被称为通用计数器。时间和频率分析仪属于最后一类。
时间和频率分析仪执行哪些类型的测量？
振荡器特性： 通过测量连续事件之间的时间差，该仪器可以计算出事件发生的频率。利用瞬时频率信息，时间和频率分析仪可以确定外部频率时钟（也称为时钟）的稳定性。 艾伦偏差 测量。
抖动和相位噪声分析： 抖动是指电信号周期中的短期随机变化。其频域对应部分称为相位噪声，因为周期的随机波动会导致频率展宽。抖动是许多射频和电子设备的关键参数，因为它决定了这些设备发送和接收信号的可靠性。时间和频率分析仪可以使用统计分析来测量抖动，以直方图格式绘制连续事件之间的时间间隔。
光子计数： In 量子光学 在应用中，光子是由激光、原子或自旋系综等物理系统产生的。了解这些发射光子的二阶相关统计数据可以深入了解光源的性质。 光子计数 应用通常使用时间和频率分析仪以及一个或多个光电探测器将入射光子转换为电信号。
雷达和激光雷达： 从无线电波到可见光，精确测量光脉冲之间的时间的能力在这些应用中至关重要。到物体的距离取决于脉冲从物体反射后返回所需的时间。距离、速度和物体形状的测量精度直接关系到时间测量的精度，因此需要高精度时间和频率分析仪。
结晶学： 与雷达和激光雷达一样，时间和频率分析仪可用于晶体学中，测量 X 射线光子到达探测器之间的时间间隔。对某些刺激的响应到达时间的相关性可用于研究原子水平上分子结构和反应的动力学。
脉宽调制 (PWM)： PWM 是一种通过根据信号幅度改变脉冲序列的宽度来编码信息的技术，也常用于调节发送到电机或 LED 等设备的功率。时间和频率分析仪可用于监视和测量每个脉冲的准确持续时间，从而可以从 PWM 序列中解码信号以进行验证。
时间频率分析仪的关键参数有哪些？
时间分辨率（~ps 至~ns）： 这个时间间隔是仪器在单次测量中能够精确解析的最小时间间隔。它通常被称为单次时间分辨率，表示仪器可以在单次事件中达到此分辨率，无需平均。
频率分辨率（位数/秒）： 在频率分析模式下，分辨率通常以每秒的位数给出。这个数字指的是在给定的时间窗口内可以达到多少精度。例如，12 位/秒的分辨率可以在一秒的收集窗口内以 12 位精度确定频率。如果测量窗口减少到1 ms，则频率测量精度只能达到9 位。
输入灵敏度和范围： 该值代表仪器可以可靠测量的最小和最大幅度。幅度低于灵敏度范围的事件可能无法被检测到。
带宽或频率范围： 带宽通常以兆赫 (MHz) 为单位测量，代表时间和频率分析仪可以准确检测事件的最小和最大频率。
测量速率： 时间和频率分析器可以对事件进行时间标记，这意味着每个事件发生时都会附加一个时间戳。虽然此过程对于后续的数据分析很有用，但准确的时间戳所需的精度限制了数据吞吐率。通常，可以写入内存（或流式传输到 PC）的最大样本数在数据表上指定。
死的时间： 检测器的死区时间是可以解决两个事件的最短时间。如果事件在死区时间内发生，探测器将不会计入。过长的死区时间可能会对系统中的事件总数产生不利影响，特别是当它们在时间上随机分布时。
基于 FPGA 的全数字时间和频率分析仪
Moku 时间间隔和频率分析仪 是适用于所有基于 FPGA 的 Moku 设备的 14 种仪器中最新的一款。它可以作为独立仪器使用，也可以与其他 Moku 仪器一起使用 多仪器并行模式 以获得最大效率。它提供了多种功能，取代了传统时间间隔分析仪、频率计数器、通用计数器等的功能。这种多功能性使用户能够执行广泛的功能，例如光子计数、相位噪声或激光雷达测量。事件由电压阈值以及是否在上升沿或下降沿触发来指定。然后，Moku 时间和频率分析仪可以计算任意两个事件之间的时间间隔，并实时绘制数据的无损直方图（图 1）。该仪器还可以计算瞬时频率信息并保存事件的运行总数。在输出侧，它可以产生与事件总数或时间间隔本身成比例的电压，这对于涉及有源反馈环路的应用非常有用。所有这些功能都可以通过单击按钮轻松控制 Moku:app，或通过集成到现有代码中 Moku Python API.
图 1：Moku 时间和频率分析仪在多仪器模式下使用。顶部：Moku 波形发生器 以及仪器选择屏幕中的时间和频率分析仪。中：波形发生器创建脉宽调制序列，该序列依次由时间和频率分析仪测量。底部：时间和频率分析仪可以在任意事件组合之间进行时间间隔测量，以及事件计数和事件发生率。它还可以绘制时间间隔的直方图。脉冲调制的结果在屏幕底部以蓝色显示。
选择时间和频率分析仪
时间和频率分析仪可以执行各种测量，从时间间隔和频率表征到相位噪声分析和光子计数等更专业的应用。由于这种灵活的仪器可以高分辨率测量时间差、计数事件并计算瞬时频率，因此它是在一系列科学和技术领域最大限度地提高效率的宝贵工具。有了新的莫库 时间间隔和频率分析仪，可重构、基于 FPGA 的 Moku 平台在功能上不断发展，帮助专业人士在复杂的研究和工程应用中最大限度地提高精度和灵活性。
有关更多信息，请参阅我们的 白皮书 在 Moku 时间和频率分析仪上，或者看看我们的 视觉指南 例如用例。
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