第4章 時(shí)間頻率測(cè)量

1、電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第1頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第2頁(yè) 時(shí)間有兩個(gè)含義：時(shí)間有兩個(gè)含義： “時(shí)刻時(shí)刻”：即某個(gè)事件何時(shí)發(fā)生；即某個(gè)事件何時(shí)發(fā)生； “時(shí)間間隔時(shí)間間隔”：即兩個(gè)時(shí)刻之間的間距。即兩個(gè)時(shí)刻之間的間距。 頻率的定義：頻率的定義：周期信號(hào)在單位時(shí)間（周期信號(hào)在單位時(shí)間（1s1s）內(nèi)的）內(nèi)的 變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時(shí)間間隔時(shí)間間隔T T內(nèi)內(nèi) 周期信號(hào)重復(fù)變化了周期信號(hào)重復(fù)變化了N N次次，則頻率可表達(dá)為：，則頻率可表達(dá)為： 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第3頁(yè) 4.1.2 4.1.2 電子計(jì)數(shù)器概述電子計(jì)數(shù)器概述 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第

2、4頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第5頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第6頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第7頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第8頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第9頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第10頁(yè) A AG GC C放放大大器器 溫溫度度控控制制 隔隔離離放放大大器器 加加熱熱器器 傳傳感感器器 輸輸 出出 頻頻率率調(diào)調(diào)整整 晶晶體體電電路路 絕絕熱熱層層 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第11頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第12頁(yè) f f x x M M L L I I C C 0 1 2 x ff L C 0 1 2 x ff LC 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第13頁(yè) R R3 3

3、 R R4 4 R R1 1 R R2 2 C C1 1 C C2 2 f fx x 1 2 1 2 1 22 x x f RRCC x1 x2 j j C C 143 2 11 （R +）R （）R 1 R 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第14頁(yè) xs fN f 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第15頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第16頁(yè) 與與 門門 T TA A T TB B T TA A T TB B A A B B C C 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第17頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第18頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第19頁(yè) 數(shù)字顯示器 寄存器 十進(jìn)制 計(jì)數(shù)器 A通道(放 大、整形) B 通

4、 道 ( 放 大、整形) 主 門 功能開關(guān) 閘門選擇、周期倍乘 10 10 10 10 10s(104) 1s(103) 100ms (102) 10ms(10) 1ms(1) 時(shí)標(biāo)選擇 1 2 3 4 5 33 2 1 1 2 4 4 5 時(shí)基部分 10 10 10 10 10 1ms 0.1ms 10us 1us 0.1us 10ns 控制時(shí)序電路 開門 鎖存 復(fù)位 控制時(shí)序電路波形 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第20頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第21頁(yè) 與與 門門 T TA A T TB B T TA A T TB B A A B B C C 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第22頁(yè) 電子測(cè)量

5、原理電子測(cè)量原理 第23頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第24頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第25頁(yè) 準(zhǔn)備期準(zhǔn)備期 （ 復(fù)零，等待）復(fù)零，等待） 測(cè)量期測(cè)量期 （開門，計(jì)數(shù)）（開門，計(jì)數(shù)） 顯示期顯示期 （關(guān)門，停止計(jì)數(shù)）（關(guān)門，停止計(jì)數(shù)） 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第26頁(yè) T N f xs s N fNf T xs x s f .T T T N 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第27頁(yè) TB 放大、整形放大、整形 閘閘 門門 門控電路門控電路 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 顯示顯示 A fx 分頻電路分頻電路 時(shí)基時(shí)基Ts 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第28頁(yè) BA AB Tf N Tf 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第2

6、9頁(yè) 1 0 A B fN f 10 10 BA AB Tf N Tf 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第30頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第31頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第32頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第33頁(yè) VB Vc 起始起始 停止停止 開門時(shí)間開門時(shí)間 C (50%) B (50%) 起始起始 停止停止 開門時(shí)間開門時(shí)間 VB Vc B(50%) C- (50%) (50%) B B + (50%) C + (50%) (50%) C(90%) 閘門信號(hào)閘門信號(hào) 關(guān)門信號(hào)關(guān)門信號(hào) 開門信號(hào)開門信號(hào) B (10%) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第34頁(yè) 2 21 tt 電子測(cè)量原理電子

7、測(cè)量原理 第35頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第36頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第37頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第38頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第39頁(yè) xs xs ffN fNf N1N sc sc ff ff s sx x T NT f T 1 xc xsxc ff fT ff 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第40頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第41頁(yè) 1 xc xsxc ff fT ff xs fTNN N11 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第42頁(yè) 6 6 101 1011 1 x x f f 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第43頁(yè) 由測(cè)周的基本表達(dá)式：由測(cè)周的基本表達(dá)式： 根據(jù)誤差合成

8、公式，可得：根據(jù)誤差合成公式，可得： 式中，式中， 和和 分別為量化誤差和時(shí)標(biāo)周期誤差。分別為量化誤差和時(shí)標(biāo)周期誤差。 由由 (Tc為晶振周期，為晶振周期，k為倍頻或分頻比為倍頻或分頻比)， 有：有： 而計(jì)數(shù)值而計(jì)數(shù)值N為：為： 所以，所以， 0 0 T T N N T T x x xc Nk NT f 0 x TN T cc xxccxcc TfTkk TT fTT ff 1N NN 0 0 T T 0c TkT 0 0 cc cc TTf TTf 0 xxxc c TTT f N TkTk 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第44頁(yè) cc xxccxcc TfTkk TT fTT ff 電子測(cè)量原

9、理電子測(cè)量原理 第45頁(yè) s x T N T 0 x T N T 0 sm m TT TT 0ms TTT 0 1 m s f TT 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第46頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第47頁(yè) 1 T xx TTT sin xmx vVt tan xB x vV dv dt tan n V T tan 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第48頁(yè) 22 )(1 2 sin1 2 cos m B x m Bxm x Bxmx vv x V V T V tV T tV dt dv tg Bx tan2 nxn m VTV T V 12 TT、 22 12 2 xn n m TV TTT V 電子

10、測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第49頁(yè) 觸觸發(fā)發(fā)器器 主主門門 I I 時(shí)時(shí)鐘鐘f fc c 計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器I I 定定標(biāo)標(biāo)器器 計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器 I II I 主主門門 I II I 門門I II II I 時(shí)時(shí)基基分分頻頻器器 C T x T x c T N T 預(yù)預(yù)置置到到1 10 05 5N N c f N 10 n c T 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第50頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第51頁(yè) 0 000 xxx x s NNN ff TN TN 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第52頁(yè) 12 TT、 12 TT、 12 TT、 12 TT、 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第53頁(yè) 10Tx T1 T2 1

11、0Tx Tx1 Tx10 T2 Tx A1 A1 Vn A2 A2 A9 A9 A10 A10 1 2 xnc xxcmc TVfk TmT fVfm 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第54頁(yè) 輸輸入入信信號(hào)號(hào) 起起始始 終終止止 時(shí)時(shí)鐘鐘脈脈沖沖 x T 1 T 0 T 2 T 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第55頁(yè) 0 12 01200 x NN TTTTN k 000 TN 0 /k 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第56頁(yè) 整整形形、門門控控 C C 恒恒流流源源 1 kT 1 T 起起始始 控控制制信信號(hào)號(hào) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第57頁(yè) 10 1 1 0 0 0 N T 20 2 1000 N

12、 T T 20 2 1 0 0 0 N T 12 x00 ) 1000 NN TN （ 0 0 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第58頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第59頁(yè) 起起始始脈脈沖沖停停止止脈脈沖沖 輸輸入入信信號(hào)號(hào) 開開門門脈脈沖沖（Q Q1 1） ( (R R- -S S觸觸發(fā)發(fā)器器) ) 開開門門脈脈沖沖（Q Q2 2） ( (D D觸觸發(fā)發(fā)器器) ) 主主時(shí)時(shí)鐘鐘（F F0 01 1） 游游標(biāo)標(biāo)脈脈沖沖1 1（F F0 02 2） 游游標(biāo)標(biāo)脈脈沖沖2 2（F F0 02 2） x 0 1 12 2 3 34 45 56 67 78 89 9 6 6 N N2 2= =6 6 N N0

13、 0= =8 8 N N1 1= =4 4 T T0 01 1 T T0 02 2 T T0 02 2符符合合點(diǎn)點(diǎn)2 2 符符合合點(diǎn)點(diǎn)1 1 1 12 23 34 45 5 1 12 23 34 45 5 1 2 游標(biāo)法示意圖 12 、 11 011 02 N TN T 11020110 ()N TTNT 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第60頁(yè) 22020120 ()N TTNT 012001120 () x N TNNT 0101 00201 TT K TTT 0112 00112001 ()() x TNN N TNNNT KK 01 012 () T N KNN K 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理

14、 第61頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第62頁(yè) 12 1111 . n NNNN 12 1111 . n NNNN 11 xx xx Tf TfNn 1 1 n i i NN n 1/n 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第63頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第64頁(yè) 基基準(zhǔn)準(zhǔn) 振振蕩蕩器器 倍倍頻頻器器 1 10 0M MH Hz z 具具有有變變?nèi)萑菡{(diào)調(diào)相相器器 的的1 10 0M MH Hz z回回路路 K K A AG GC C 放放大大器器 E E 齊齊納納 噪噪聲聲源源 5 50 00 0M MH Hz z 已已調(diào)調(diào)制制時(shí)時(shí)基基脈脈沖沖 5 50 0 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第65頁(yè) 電子

15、測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第66頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第67頁(yè) xsI fN ff 混頻器混頻器差頻放大器差頻放大器電子計(jì)數(shù)器電子計(jì)數(shù)器 諧波濾波器諧波濾波器諧波發(fā)生器諧波發(fā)生器 輸入輸入 f fx x f fI I f fs s 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第68頁(yè) 混頻器 差頻放大器 電子計(jì)數(shù)器 諧波濾波器 （YIG電調(diào) 濾波器） 諧波發(fā)生器 （階躍恢復(fù) 二極管） 輸入 fx fI 輸入 fs 輸出 Nfs 掃描捕 獲電路 檢波器 fI （fx-Nfs） 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第69頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第70頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第71頁(yè) 混頻器 壓控振蕩器電 子

16、計(jì) 數(shù) 器 鑒相器 fx-NfL fs fLNfL xLs fNff 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第72頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第73頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第74頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第75頁(yè) 0 0 , x f fff f 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第76頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第77頁(yè) 201021 00000 21 ffffffff K fffff 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第78頁(yè) ft 0 K f 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第79頁(yè) 1 2 1 () () () n ii i n i i fftt tt 11 111 ,12. nn ii ii ffttn

17、nnn f f1 1 f f2 2 1 1天天 t f 21 0 ff K f f fm mi in n f fm ma ax x 1 1天天 t f maxmin 0 ff S f a圖b圖 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第80頁(yè) m a xm in 0 ff S f 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第81頁(yè) 0 0 , x f fff f 00 ( )sin2( )v tAf tt ( ) t 0 ( )( ) ( ),( ) 2 tdt f tffft dt 00 ( )/2ft ff 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第82頁(yè) 00 ( )/2ft ff 0 00 ( ) ( ) f tff f t f

18、f 2 2 1 00 1 1 n i i fn f f ffn 1 1 n i i ff n f 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第83頁(yè) 2 1 0 1 2 m ii i a ff fm 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第84頁(yè) 00 ( )/2 ( ) ft y t ff 2 0 ( )( ) jft Y fy t edt 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第85頁(yè) 計(jì)計(jì) 數(shù)數(shù) 器器 （ 1 1 ） 門門 控控 2 2 B B 計(jì)計(jì) 數(shù)數(shù) 器器 （ 2 2 ） A A 通通 道道 閘閘 門門 時(shí)時(shí) 間間 晶晶 振振 時(shí)時(shí) 標(biāo)標(biāo) B B 通通 道道 門門 控控 1 1 A A a a b b K K 1 1 a a b b K K 2 2 1 12 2 3 3 4 4 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第86頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第87頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第88頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第89頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第90頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第91頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第92頁(yè) 電子測(cè)量原理電子測(cè)量原理 第93頁(yè) 11 00 tNTt 22 01 tNTt t