频率计测频原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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：,（4.2）,门电路复习：,与门,A,1/0,B,1,/,0,c,1/0,同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。,A,0,0,1,1,B,0,1,0,1,C,0,0,0,1,由图可见：,因此,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,A,B,T,1s,T,N,T,x,C,1s,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。,t,0,B,C,0,0,t,t,T,T,x,D,E,0,t,T,x,N,0,A,t,T,x,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,A,B,C,D,E,1)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：,1kHz 100Hz 10Hz 1Hz 0.1Hz,1ms 10 ms 0.1s、1s、10s 等。,门控（双稳）电路：,T,T,2)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f,x,，,周期为,T,x,）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,u,s,t,t,t,t,0,0,0,0,A输入,(,T,0,或,F,x,),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）,可对式（4.2）,求得,（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,。,N,=,1,N=f,x,T,图4.7 量化误差,3,4,6,7,5,2,1,8,3,4,6,7,5,2,1,8,T,(,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）,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,f,c,（周期为,T,c,），则有,=110,-7,110,-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,（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,t,0,B,C,0,0,t,t,T,x,T,x,D,E,0,t,T,c,T,c,N,T,x,T,x,由右图可得,输入电路A,分 频,门 控,主,门,倍 频,晶 振,输入电路B,T,x,u,x,B,C,D,E,2.2 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,，根据,误差传递公式可得,（4.11）,根据图4.10所示的测周原理，由式（4.10）可得,而,N,=,1,（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，,为中界频率，,为标准频率，T为闸门时间。,令,则,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，,=100MHz为例，可查知,=,10kHz,。,100MHz,图4.14 测频量化误差与测周量化误差,1Hz,1KHz,1MHz,10,-8,10,-7,10,-6,10,-5,10,-4,10,-3,10,-2,10,-1,1,10S,T=1S,0.1S,f,c,=10MHz,f,c,=1GHz,f,c,=100MHz,测频的量化误差,测周的量化误差,f,100MHz,因此，当,宜测频；,当,，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,