等精度频率测量

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1、电子仪器仪表设计1.等精度频率测量2.电气参数测试3.示波器测试4.元器件参数测试5.幅频、相频测试频率、时间的应用与人们日常生活息息相关，而在当代高科技中显得尤为重要。例如,邮电通讯，大地测量，地震预报，人造卫星、宇宙飞船、航天飞机的导航定位控制等都与频率、时间密切相关，因此准确测量时间和频率是十分重要的。第1章数字频率计的设计频率测量的方法（1）谐振法：利用LC回路的谐振特性进行测频(如谐振式波长表可测无源LC回路的固有谐振频率）,测频范围为0.5~1500MHz。（2）外差法：改变标准信号频率，使它与被测信号混合，取其差频，当差频为零时读取频率。这种外差式频率计可

2、测高达3000MHz的微弱信号的频率，测频精确度为10-6左右。（3）示波法：在示波器上根据李沙育图形或信号波形的周期个数进行测频。这种方法的测量频率范围从音频到高频信号皆可。（4）电子计数器法：直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。这种方法测量精确度高、快速，适合不同频率、不同精确度测频的需要。1.1频率测量数字频率计是用于测量信号频率的电路。测量信号的频率参数是最常用的测量方法之一。实现频率测量的方法比较多，在此我们主要介绍三种常用的方法：时间门限测量法、标准频率比较测量法、等精度测量法。1.1.1时间门限测量法(1)直接频率测量在一定的时

3、间门限T内，如果测得输入信号的脉冲数为N，设待测信号的频率为fx，则该信号的频率为改变时间T，则可改变测量频率范围。例如，当T=1s,则fx=N(Hz)；T=1ms，则fx=N(kHz)。此方法的原理框图如图所示，时序波形图如图所示。测频原理框图测频时序波形图1）量化误差如图所示，虽然闸门开启时间都为T，但因为闸门开启时刻不一样，计数值一个为9，另一个却为8，两个计数值相差1。量化误差的相对误差为:不管计数N是多少，ΔN的最大值都为±1。因此，为了减少最大计数误差对测量精度的影响，仪器使用中采取的技术措施是：尽量使计数值N大。使ΔN／N误差相应减少。例如在测频时，应尽量选用

4、大的闸门时间；2).标准频率误差标准频率误差在测频时取决于闸门时间的准确度。由于闸门时间和时标均由晶体振荡器多次倍频或分频获得，因此，通用计数器有关功能的标准频率误差就是指通用计数器内（或外部接入）的晶体振荡器的准确度Δf0/f0。通过上述分析，可得频率测量误差表达式如下：（2）直接周期测量当被测信号的频率较低时，采用直接测频方法由量化误差引起的测频误差太大，为提高测低频时的准确度，应先测周期Tx，然后计算fx=1/Tx。TX=NT0/k以上分析可见，频率计测周期的基本原理正好与测频相反，即被测信号用来控制闸电路的开通与关闭，标准时基信号作为计数脉冲。数字频率计测周期的

5、原理框图如图所示。被测信号经放大整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，如Tx=10ms，则闸门打开的时间也为10ms，在此期间内，周期为Ts的标准脉冲通过闸门进入计数器计数。若TS＝1uS，则计数器计得的脉冲N=TX/TS=10000个。若以毫秒(ms)为单位，则显示器上的读数为10.000。测周误差测周误差包括测周量化误差和触发误差。1)测周量化误差。测周量化误差为2).触发误差当进行周期等功能的测量时，门控双稳的门控信号由通过B通道的被测信号所控制。当无噪声干扰时，主门开启时间刚好等于一个被测信号的周期Tx。如果被测信号受到干扰，当信号通过B通道时，将会

6、使整形电路（施密特触发器）出现超前或滞后触发，致使整形后波形的周期与实际被测信号的周期发生偏离ΔTx，引起所谓的触发误差（或转换误差）。经推导，触发误差ΔTx/Tx的大小为周期测量误差表达式如下(3)中界频率测频误差及测周误差与被测信号频率的关系如图示，图中测频和测周两条误差曲线交点所对应的频率称中界频率fxm。但是，还存在两个问题：①、该方法不能直接读出被测信号的频率值或周期值；②、在中界频率附近，仍不能达到较高的测量精度。若采用多周期同步测量方法，便可解决上述问题。很显然，当被测信号频率fx＞fxm时，宜采用测频的方法，当被测信号的频率fx＜fxm时，宜采用测周的方法

7、。1.1.2标准频率比较测量法用两组计数器在相同的时间门限内同时计数，测得待测信号的脉冲个数为N1、已知的标准频率信号的脉冲个数为N2，设待测信号的频率为fx,已知的标准频率信号的频率为f0；由于测量时间相同，则可得到如下等式：从上式可得出待测信号的频率公式为标准频率比较测量法对测量时产生的时间门限的精度要求不高，对标准频率信号的频率准确度和频率的稳定度要求较高，标准信号的频率越高，测量的精度就比较高。该方法的测量时间误差与时间门限测量法的相同，可能的最大误差为正负一个待测信号周期，即Δt=±1/fx。测量时可能