电子测量技术第5章 频率时间测量.ppt

第5章频率时间测量
5.1概述2．频率的定义与标准
生活中的“周期”现象人们早已熟悉。如地球自转的日出日落现象是确定的周期现象；重力摆或平衡摆轮的摆动、电子学中的电磁振荡也都是确定的周期现象。自然界中类似上述的周而复始重复出现的事物或事件还可以举出很多，这里不能一一列举。周期过程重复出现一次所需要的时间称为它的周期，记为T。在数学中，把这类具有周期性的现象概括为一种函数关系描述，即

频率是单位时间内周期性过程重复、循环或振动的次数，记为f。联系周期与频率的定义，不难看出f与T之间有下述重要关系，即
二、频率测量方法概述
对于频率测量所提出的要求，取决于所测频率范围和测量任务。例如，在实验室中研究频率对谐振回路、电阻值、电容的损耗角或其他被研究电参量的影响时，能将频率测到量级的精确度或稍高一点也就足够了；对于广播发射机的频率测量，其精确度应达到量级；对于单边带通信机则应优于量级；而对于各种等级的频率标准，则应在量级之间。由此可见，对频率测量来讲，不同的测量对象与任务，对其测量精确度的要求十分悬殊。根据测量方法的原理，对测量频率的方法大体上可作如下分类：测试方法是否可以简单?所使用的仪器是否可以低廉?完全取决于对测量精确度的要求。
用电子计数器测量信号的周期、频率和时间等参数，具有准确度高，测量范围大，速度快等优点，因此它已成为测量周期、频率和时间等参数的主要仪器。
5.2电子计数法测量频率图5.2—1计数式频率计框图、波形图图5.2—1计数式频率计框图、波形图(1)时间基准T产生电路。这部分的作用就是提供准确的计数时间T。
(2)计数脉冲形成电路。这部分电路的作用是将被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲。
(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。二、误差分析计算
在测量中，误差分析计算是不可少的。理论上讲，不管对什么物理量的测量，不管采用什么样的测量方法，只要进行测量，就有误差存在。误差分析的目的就是要找出引起测量误差的主要原因，从而有针对性地采取有效措施，减小测量误差，提高测量的精确度。在§5.1中，曾明确过计数式测量频率的方法有许多优点，但也存在着这种测量方法的测量误差。下面我们来分析电子计数测频的测量误差。由式(5.2—1)，得1．量化误差—±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(先假定标准时间相对误差为零)内，计数器所计得的数却不一定相同，这便是量化误差(又称脉冲计数误差)即±1误差产生的原因。5.2—2中T为计数器的主门开启时间，Tx为被测信号周期，△t1为主门开启时刻至第一个计数脉冲前沿的时间(假设计数脉冲前沿使计数器翻转计数)，△t2为闸门关闭时刻至下一个计数脉冲前沿的时间。设计数值为N(处在T区间之内窄脉冲个数，图中N＝6)，由图可见，图5.2—2脉冲计数误差示意图脉冲计数最大绝对误差即±1误差2．闸门时间误差(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fc。(周期为Tc)，分频系数为m，所以有考虑相对误差定义中使用的是增量符号Δ，所以用增量符号代替式(5.2—9)中微分符号，改写为
Δfc有可能大于零，也有可能小于零。若按最坏情况考虑，测量频率的最大相对误差应写为图一般测量时可能产生的误差时序波形图等精度测量法
等精度测量法的机理是在标准频率比较测量法的基础上改变计数器的计数开始和结束与闸门门限的上升沿和下降沿的严格关系。当闸门门限的上升沿到来时，如果待测量信号的上升沿未到时两组计数器也不计数，只有在待测量信号的上升沿到来时，两组计数器才开始计数；当闸门门限的下降沿到来时，如果待测量信号的一个周期未结束时两组计数器也不停止计数，只有在待测量信号的一个周期结束时两组计数器才停止计数。这样就克服了待测量信号的脉冲周期不完整的问题，其误差只由标准频率信号产生，与待测量信号的频率无关。最大误差为正负一个标准频率周期，即Δt=±1/f0。由于一般标准信号频率都在几十兆赫兹以上，因此误差小于10-6。图等精度测量法的时序波形图若频率测量模块计数器的计数值为Na,待测频率为fx，恒温晶振的计数值为Nb，恒温晶振的频率为f0，则频率的运算公式为：

fx=Nb×f0/Na

频率测量硬件电路原理图三、测量频率范围的扩大
电子计数器测量频率时，其测量的最高频率主要取决于计数器的工作速率，而这又是由数字集成电路器件的速度所决定的。目前计数器测量频率的上限为1GHz左右，为了能测量高于1GHz的频率，有许多种扩大测量频率范围的方法。这里我们只介绍一种称之为外差法扩大频率测量范围的基本原理。图5