時間頻率是目前最準確的基本物理量，準確度已經進入10-15量級。許多其他物理量，例如長度的米、電學的電壓都可由時間頻率導出。它是基礎物理學研究的一個重要方面。近十年來的諾貝爾物理獎有三個和時間頻率標準有關。

時間頻率有著良好的傳遞性，可用電波傳播而保持很高的準確度，是現代導航技術的基礎。美國著名的GPS系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)）和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)（全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)）就是利用這一特點，綜合衛(wèi)星和電腦技術建成的。在海灣戰(zhàn)爭和北約空襲南聯盟過程中GPS系統(tǒng)發(fā)揮了不可替代的作用。

它和人民大眾的日常生活密切相關，試問在今天的世界上誰能離開準確的時間？正是由于時間頻率如此重要，主要發(fā)達國家政府投入巨資研究開發(fā)相關技術，以求保持領先地位。

分辨率和精度

分辨率定義為計數器區(qū)別相近頻率的能力，如下圖。這與顯示位數和輸入信號的頻率有關。顯示位數是越多越好。

但顯示位數必須得到精度的支持。如果有其它誤差使計數器的測量結果偏離真實頻率時，其高位數并無實際意義。也就是說計數器提供的可能是對不正確頻率的非常精細的讀數。

真實測量精度是隨機誤差和系統(tǒng)誤差的函數。隨機誤差是分辨率不確定度的來源，它包括量化誤差(在閘門時間窗內圍繞最終計數的不確定度)，觸發(fā)誤差(如在噪聲尖峰上觸發(fā))和時基的短期不穩(wěn)定度。系統(tǒng)誤差是測量系統(tǒng)內的偏移，它使讀數偏離信號的真實頻率。這里包括時基晶體的影響，如老化，以及溫度和電網電壓變化等等。

下圖中比較了兩臺計數器。計數器A有好的分辨率和很大的偏移誤差，計數器B分辨率差，但系統(tǒng)偏移誤差較小，結果是在大多數情況下，計數器A顯示結果的精度要比計數器B低。

數學家John Tukey對此解釋為對正確問題的近似答案遠優(yōu)于對錯誤問題的精確答案。確保頻率和時間參數測量的高精度，需要從儀器的校準、時基的選擇、降低觸發(fā)誤差等多多方面考慮。因此，接下來我們將一一談這些問題。

時基的選擇

上面談到了頻率和時間測量的分辨率和精度。相信很多工程師會感興趣測量一個結果后，其誤差或不確定度到底是多少。測量的不確定度是由3個因素構成的，即

基本不確定度=k*(隨機不確定度±系統(tǒng)不確定度±時基不確定度)

事實上，要獲得準確的隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度是一件非?？植赖氖虑?。它是與眾多參數相關的非常復雜的函數。如果諸位有興趣了解這個，可以到網上查閱安捷倫53200系列頻率計數器的詳細資料。好在安捷倫的工程師將這個復雜的運算公式做成了一個簡單的表格。您只需輸入測量的相關設置和結果，這個表格可以自動幫助你得出不確定度。

關于隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度，這與閘門時間和測量次數密切相關。簡單地講，延長閘門時間和增加測量次數，都可以降低者兩個不確定度。但時基的不確定度是由計數器本身的老化和工作環(huán)境，以及其本身的相位噪聲等參數決定的。頻率計數器的測量精度始于時基，因為它建立了測量輸入信號的參考。更好的時基有可能得到更好的測量。例如，如果時基的月老化率是0.1ppm，儀器在校準后一個月內使用，它對10MHz信號測量帶來的不確定度則是1Hz。但如果老化率是0.01ppm，其帶來的不確定度只有0.1Hz.

環(huán)境溫度對石英晶體的振動頻率有很大影響，可根據熱行為把時基技術分為三類: