频率计测频原理

1电子计数法测量频率1.1电子计数法测频原理1.基本原理根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则该信号的频率为：TNfx（4.2）门电路复习：与门A1/0B1/0c1/0同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。A0011B0101C0001由图可见：TNTx因此TNfx实现了测频原理：“定时计数”实质：比较法图4.3测频的原理与门ABT1s…………TNTxC1s重点掌握2．组成框图图4.4是计数式频率计测频的框图。它主要由下列四部分组成。t0BC00ttTTxDE0tTxN0AtTx时基电路计数一输入电路分频显示晶振门控主门控制电路ABCDE1)时基（T）电路两个特点：(1)标准性闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上，故通常晶振频率稳定度要求达10-6～10-10。（恒温糟）(2)多值性闸门时间T不一定为1秒，应让用户根据测频精度和速度的不同要求自由选择。例如：1kHz100Hz10Hz1Hz0.1Hz1ms10ms0.1s、1s、10s等。门控（双稳）电路：TT2)输入电路由放大整形电路和主门电路组成。被测输入周期信号（频率为fx，周期为Tx）经放大、整形、微分得周期Tx的窄脉冲，送主门的一个输入端。图4.5输入电路工作波形图ustttt0000A输入(T0或Fx)放大整形微分3)计数显示电路这部分电路的作用，简单地说，就是计数被测周期信号重复的次数，显示被测信号的频率。它一般由计数电路、逻辑控制电路、译码器和显示器组成。4)控制电路控制电路的作用是产生各种控制信号，去控制各电路单元的工作，使整机按一定的工作程序完成自动测量的任务。在控制电路的统一指挥下，电子计数器的工作按照“复零一测量—显示”的程序自动地进行，其工作流程如图4.6所示。准备期（复零，等待）显示期（关门，停止计数）测量期（开门，计数）图4.6电子计数器的工作流程图1.2误差分析计算由第二章误差传递公式（2.45）jmjjxxfy1可对式（4.2）TNfx求得TTNNffxx（4.3）计数误差时基误差1.量化误差——计数误差、±1误差在测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不相关的，即是说它们在时间轴上的相对位置是随机的。这样，既便在相同的主门开启时间T，计数器所计得的数却不一定相同。可能多1个或少1个的±1误差，这是频率量化时带来的误差故称量化误差，又称脉冲计数误差或±1误差。TfNNNx11ΔN=±1N=fxT图4.7量化误差3467521834675218T(a)(1)(2)黑门进8个脉冲红门进7个脉冲误差合成定理2.闸门时间误差（时基误差、标准时间误差）TTNNffxxccfdfTdT闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短，显然要产生测频误差。闸门信号T是由晶振信号分频而得。设晶振频率为fc（周期为Tc），则有ccfTTf=1×10-7~1×10-10石英晶体性能和切割方式----生产厂石英振荡器的输出频率准确度决定温度的影响---单、双层恒温糟振荡电路的质量----电路优化设计1.3结论1.计数器直接测频的误差主要有两项即±1误差和标准频率误差一般总误差可采用分项误差绝对值合成，即)1(ccxxxffTfff（4.9）2.测量低频时，由于±1误差产生的测频误差大得惊人例如，fx=10Hz，T=1s，则由±1误差引起的测频误差可达10％，所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。2电子计数法测量时间本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、相位及时间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。2.1电子计数法测量周期的原理t0BC00ttTxTxDE0tTcTcNTxTx由右图可得ccxfNNTT输入电路A分频门控主门倍频晶振输入电路BTxuxBCDE2.2电子计数器测量周期的误差分析1.量化误差和基准频率误差与分析电子计数器测频时的误差类似，这里cxNTT，根据误差传递公式可得ccxxTTNNTT（4.11）根据图4.10所示的测周原理，由式（4.10）可得,cxcxfTTTN而ΔN=±1cccxcccxxxfffTTTfTTT11（4.12）2.触发转换误差测周时，还有一项触发转换误差必须考虑。3中界频率研究量化误差（±1误差）对测频和测周的影响。测频、测周误差相等的频率称为中界频率。将两个量化误差表达式联立可得式中，Mf为中界频率，cf为标准频率，T为闸门时间。MxxfTf1TffcM令则xxxxTTffcxxfTTf11因故图4.14中给出了不同闸门时间：0.1s、1s、10s和不同标准频率：10MHz、100MHz、1000MHz三种情况的交叉曲线。现以T=1s，cf=100MHz为例，可查知Mf=10kHz。100MHz图4.14测频量化误差与测周量化误差1Hz1KHz1MHz10-810-710-610-510-410-310-210-1110ST=1S0.1Sfc=10MHzfc=1GHzfc=100MHz测频的量化误差测周的量化误差Mff100MHz因此，当xMff宜测频；当xMff，宜测周。这给使用带来不便，要查知所用状态下的中界频率，是当前通用计数器的缺点，下面将介绍采用双路计数器的方法，对测频或测周都能实现等精度测量。4多周期同步测频（智能计数器）看发给大家的资料1.原理2.误差分析