第4章4.1-4.4.

1、4.1 概述概述4.2 頻率和時間的測量原理頻率和時間的測量原理4.3 電子計數(shù)器的組成原理和測量功電子計數(shù)器的組成原理和測量功能能4.4 電子計數(shù)器的測量誤差電子計數(shù)器的測量誤差4.5 測量頻率的其他方法測量頻率的其他方法4.6 電子計數(shù)器性能的改進方法電子計數(shù)器性能的改進方法第第4章章 時頻時頻測量測量4.1 概述概述4.1.1 時頻關(guān)系及特點時頻關(guān)系及特點指某事件發(fā)生的瞬間。如tl時刻開始出現(xiàn)，在t2時刻消失；通常要與年月日時分秒關(guān)聯(lián) 。“時間時間 ”“時刻時刻”, “間隔間隔”,即兩個時刻之間的間隔，表示該事件持續(xù)了多久.t =t2-tl是兩時刻之間的“間隔”,例如矩形脈沖持續(xù)的時間長

2、度。 “ 周期周期 ”是指同一事件重復(fù)出現(xiàn)的時間，如T。 “頻率”是單位時間（1s）內(nèi)周期性事 件重復(fù)的次數(shù)，單位是赫茲Hz。如果在一定時間間隔t內(nèi)周期信號重復(fù)變化了N次，則 fN/t 圖圖4.1 4.1 時頻關(guān)系示意圖時頻關(guān)系示意圖t tU U0 0t t1 1t t2 2t t3 3t t4 4T T4.1.1 時頻關(guān)系及特點時頻關(guān)系及特點（1 1）時間）時間/ /頻率的基礎(chǔ)性頻率的基礎(chǔ)性任何物理現(xiàn)象都在一定的時間和空間里呈現(xiàn)任何物理現(xiàn)象都在一定的時間和空間里呈現(xiàn)時間單位是時間單位是7個基本國際單位之一個基本國際單位之一m, kg, s, A, K, mol, cd（2 2）頻率基準(zhǔn)及頻率

3、測量精度極高）頻率基準(zhǔn)及頻率測量精度極高銫原子頻率基準(zhǔn)準(zhǔn)確度達銫原子頻率基準(zhǔn)準(zhǔn)確度達1010-15-15，未來光學(xué)頻標(biāo)準(zhǔn)確度可望，未來光學(xué)頻標(biāo)準(zhǔn)確度可望達達1010-18-18很多物理量測量轉(zhuǎn)換為時間很多物理量測量轉(zhuǎn)換為時間/頻率測量頻率測量長度單位：長度單位：根據(jù)光在真空中根據(jù)光在真空中一定時間一定時間內(nèi)所經(jīng)歷的路徑長度內(nèi)所經(jīng)歷的路徑長度而定義而定義 電壓標(biāo)準(zhǔn)：電壓標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)用約瑟夫森效應(yīng)將電壓轉(zhuǎn)換為應(yīng)用約瑟夫森效應(yīng)將電壓轉(zhuǎn)換為頻率頻率基準(zhǔn)進行基準(zhǔn)進行測量測量4.1.1 時頻關(guān)系及特點時頻關(guān)系及特點（3）時頻測量技術(shù)應(yīng)用廣泛）時頻測量技術(shù)應(yīng)用廣泛 幾乎所有的電子設(shè)備都離不開時鐘幾乎所有的電子設(shè)

4、備都離不開時鐘 最有代表性的應(yīng)用領(lǐng)域：導(dǎo)航和通信最有代表性的應(yīng)用領(lǐng)域：導(dǎo)航和通信 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(美美GPS、歐洲伽利略、中國北斗、歐洲伽利略、中國北斗) GPS:24顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星, 任何地方任何時候都可以至少看到任何地方任何時候都可以至少看到4-11顆衛(wèi)顆衛(wèi)星。星。GPS定位原理：測距定位原理：測距 如果衛(wèi)星與用戶接收機的時鐘如果衛(wèi)星與用戶接收機的時鐘嚴(yán)格同步嚴(yán)格同步，并且衛(wèi)星的位置、，并且衛(wèi)星的位置、發(fā)射導(dǎo)航信號的時刻信息確定，則可以通過在發(fā)射導(dǎo)航信號的時刻信息確定，則可以通過在同一時刻同一時刻tr同時同時接收接收3顆顆GPS星星的發(fā)播信號，求解用戶接收機的坐標(biāo)位置。的發(fā)

5、播信號，求解用戶接收機的坐標(biāo)位置。 實際上實際上,用戶接收機與衛(wèi)星時鐘存在一定的用戶接收機與衛(wèi)星時鐘存在一定的時間差時間差,需同時觀需同時觀測測4顆顆衛(wèi)星實現(xiàn)定位衛(wèi)星實現(xiàn)定位.222)()()()(ZZYYXXttcjjjsjrj4.1.2 時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)1.1.天文時標(biāo)天文時標(biāo) 世界時（世界時（UT,UniversalUT,Universal Time Time）: :以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)。以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)。1/(241/(24606060)=1/86400 60)=1/86400 天為天為1 1秒，秒，10107 7量級。量級。平太陽時：平太陽時：自轉(zhuǎn)不均勻性，以假想

6、自轉(zhuǎn)不均勻性，以假想平太陽平太陽作為基本參考點。作為基本參考點。零類世界時零類世界時（UTUT0 0 ）：以平太陽的子夜）：以平太陽的子夜0 0時為參考。時為參考。第一類世界時第一類世界時（UTUT1 1）：修正極移效應(yīng)（自轉(zhuǎn)軸微小位移）。）：修正極移效應(yīng)（自轉(zhuǎn)軸微小位移）。第二類世界時第二類世界時（UTUT2 2）：修正季節(jié)性變化。準(zhǔn)確度）：修正季節(jié)性變化。準(zhǔn)確度3 310108 8 。 歷書時（歷書時（ETET）：以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為依據(jù)。）：以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為依據(jù)。1/31 556 925.9747 1/31 556 925.9747 回歸回歸年年 為為1 1秒。秒。參考點為參考點為190

7、01900年年1 1月月1 1日日0 0時（國際天文學(xué)會定義），準(zhǔn)確度時（國際天文學(xué)會定義），準(zhǔn)確度1 110109 9 。19601960年第年第1111屆國際計量大會接受為屆國際計量大會接受為“秒秒”的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。地球地球太陽太陽4.1.2 時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)2.2.原子時標(biāo)原子時標(biāo)（1 1）原子時標(biāo)（）原子時標(biāo)（ATAT）的量子電子學(xué)基礎(chǔ)）的量子電子學(xué)基礎(chǔ)原子原子( (分子分子) )在在能級躍遷能級躍遷中將吸收中將吸收( (低能級到高能級低能級到高能級) )或輻射或輻射（高能級到低能級）電磁波，其頻率是恒定的。（高能級到低能級）電磁波，其頻率是恒定的。E En n-

8、 -E Em m = =hfhfn-mn-m=hc/=hc/（h=6.6252h=6.62521010-27-27普朗克常數(shù)）普朗克常數(shù)）常用于原子頻標(biāo)的原子：銫（常用于原子頻標(biāo)的原子：銫（Cs133）、銣（）、銣（Rb87）、氫）、氫只有一個價電子，電子和原子核的自旋要么平行要么反平行只有一個價電子，電子和原子核的自旋要么平行要么反平行原子對應(yīng)的能量只有兩種，構(gòu)成超精細結(jié)構(gòu)能級原子對應(yīng)的能量只有兩種，構(gòu)成超精細結(jié)構(gòu)能級銫、銣、氫在兩個能級之間遷躍將吸收或釋放能量，對應(yīng)的銫、銣、氫在兩個能級之間遷躍將吸收或釋放能量，對應(yīng)的遷躍頻率分別為遷躍頻率分別為9.192GHz、6.834GHz、1.42

9、0GHz，都在，都在微波段，應(yīng)用方便。微波段，應(yīng)用方便。4.1.2 時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)2.2.原子時標(biāo)原子時標(biāo)（2 2）原子時標(biāo)的定義）原子時標(biāo)的定義 19671967年年1010月，第月，第1313屆國際計量大會。屆國際計量大會?！懊胧敲胧荂sCs133133原子基態(tài)的原子基態(tài)的兩個超精細結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)兩個超精細結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9,192,631,7709,192,631,770個周期的時間個周期的時間” 19721972年年1 1月月1 1日零時起，時間單位日零時起，時間單位“秒秒”由天文秒改為原子秒。由天文秒改為原子秒。天文

10、實物標(biāo)準(zhǔn)天文實物標(biāo)準(zhǔn)過渡到過渡到原子自然標(biāo)準(zhǔn)原子自然標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度提高，準(zhǔn)確度提高4-54-5個量級，個量級，達達5 51010-14-14( (相當(dāng)于相當(dāng)于6262萬年萬年1 1秒秒) )，并仍在提高，并仍在提高。4.1.2 時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)（3 3）原子頻率標(biāo)準(zhǔn)（原子鐘）原子頻率標(biāo)準(zhǔn)（原子鐘） 原子時標(biāo)的實物儀器，用于時間、頻率標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和比對。原子時標(biāo)的實物儀器，用于時間、頻率標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和比對。銫原子鐘銫原子鐘:10-1410-15被動型被動型銫束管，準(zhǔn)確度高，長穩(wěn)高銫束管，準(zhǔn)確度高，長穩(wěn)高大銫鐘大銫鐘,專用高穩(wěn)基準(zhǔn)；小銫鐘專用高穩(wěn)基準(zhǔn)；小銫鐘,工作基準(zhǔn)工作基準(zhǔn)銣原

11、子鐘銣原子鐘:10-11，短穩(wěn)，短穩(wěn)10-12 被動型被動型銣氣泡銣氣泡、主動型、主動型銣激射器銣激射器體積小、重量輕，工作基準(zhǔn)體積小、重量輕，工作基準(zhǔn)氫原子鐘氫原子鐘: 10-12，短穩(wěn)，短穩(wěn)10-1410-15主動型主動型氫激射器氫激射器、被動型氫激射器、被動型氫激射器笨重昂貴，一級標(biāo)準(zhǔn)笨重昂貴，一級標(biāo)準(zhǔn)高性能原子鐘尤其是高性能原子鐘尤其是星載原子鐘星載原子鐘，在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中起著重要的作用。起著重要的作用。4.1.3 頻率測量方法頻率測量方法頻率測量方法頻率測量方法模擬法模擬法計數(shù)計數(shù)法法直讀直讀法法比較法比較法電橋法電橋法諧振法諧振法拍頻法拍頻法差頻法差頻法示

12、波法示波法李沙育圖形法李沙育圖形法測周期法測周期法電容充放電式電容充放電式電子計數(shù)式電子計數(shù)式1 11010-8-81 11010-13-13量級量級1 11010-2-2量級量級測量方法分類測量方法分類不同的實現(xiàn)原理，不同的準(zhǔn)確度和適用范圍4.1.4 電子計數(shù)器電子計數(shù)器1.1.電子計數(shù)器的分類電子計數(shù)器的分類按功能：按功能：通用計數(shù)器通用計數(shù)器：測頻率、頻率比、周期、時間間隔、累加計數(shù)：測頻率、頻率比、周期、時間間隔、累加計數(shù)等。測量功能可擴展。等。測量功能可擴展。頻率計數(shù)器頻率計數(shù)器：測頻和計數(shù)。測頻范圍往往很寬。：測頻和計數(shù)。測頻范圍往往很寬。時間計數(shù)器時間計數(shù)器：以時間測量為基礎(chǔ)，測

13、時分辨力和準(zhǔn)確度高。：以時間測量為基礎(chǔ)，測時分辨力和準(zhǔn)確度高。特種計數(shù)器特種計數(shù)器：特殊功能。包括可逆計數(shù)器、序列計數(shù)器、預(yù)：特殊功能。包括可逆計數(shù)器、序列計數(shù)器、預(yù)置計數(shù)器等。用于工業(yè)測控。置計數(shù)器等。用于工業(yè)測控。按用途：按用途：測量用計數(shù)器和控制用計數(shù)器。測量用計數(shù)器和控制用計數(shù)器。按測量范圍：按測量范圍：低速（低于低速（低于10MHz10MHz）、中速（）、中速（10-100MHz10-100MHz）高速（高于高速（高于100MHz100MHz）、微波（）、微波（1-80GHz1-80GHz）4.1.4 電子計數(shù)器電子計數(shù)器2.2.電子計數(shù)器的主要技術(shù)指標(biāo)電子計數(shù)器的主要技術(shù)指標(biāo)測量范

14、圍：測量范圍：毫赫毫赫幾十幾十GHz。準(zhǔn)確度：準(zhǔn)確度：可達可達10-9以上。以上。晶振頻率及穩(wěn)定度：晶振頻率及穩(wěn)定度：內(nèi)部基準(zhǔn)，普通內(nèi)部基準(zhǔn)，普通10-5，恒溫，恒溫10-710-9。輸入特性：輸入特性：耦合方式（耦合方式（DC/AC）、觸發(fā)電平、靈敏度）、觸發(fā)電平、靈敏度（10100mV）、輸入阻抗（）、輸入阻抗（50 和和1M /25pF/25pF）等。）等。閘門時間閘門時間(測頻測頻)：如如1ms、10ms、100ms、1s、10s。時標(biāo)時標(biāo)(測周測周)：如：如10ns、100ns、1ms、10ms。顯示能力：顯示能力：顯示位數(shù)及顯示方式等。顯示位數(shù)及顯示方式等。4.2.2 數(shù)字測量原理

15、數(shù)字測量原理控計數(shù)法控計數(shù)法 頻率測量：頻率測量：確定一個取樣時間確定一個取樣時間T，在該時間內(nèi)對被測信號的，在該時間內(nèi)對被測信號的周期累加計數(shù)周期累加計數(shù)(N)，根據(jù)，根據(jù)fx=N/T得到頻率值。得到頻率值。 時間間隔測量：時間間隔測量：將被測時間按盡可能小的時間單位（時標(biāo)）將被測時間按盡可能小的時間單位（時標(biāo)）進行量化，累計被測時間內(nèi)所包含的時間單位數(shù)。進行量化，累計被測時間內(nèi)所包含的時間單位數(shù)。 “閘門閘門”控制：控制：將需累加計數(shù)的信號（頻率測量時為被測信將需累加計數(shù)的信號（頻率測量時為被測信號，時間測量時為時標(biāo)信號），由一個號，時間測量時為時標(biāo)信號），由一個“門控門控”信號控制。信號

16、控制。與與門門T TA AT TB BT TA AT TB BA AB BC C測頻時，閘門時間即測頻時，閘門時間即為采樣時間。為采樣時間。測時時，閘門開啟時測時時，閘門開啟時間即為被測時間。間即為被測時間。4.2 頻率和時間的測量原理頻率和時間的測量原理2 2. .通用計數(shù)器的基本原理通用計數(shù)器的基本原理輸入通道輸入通道：通常有多個，預(yù)定標(biāo)器可擴展測量范圍。：通常有多個，預(yù)定標(biāo)器可擴展測量范圍。主門電路主門電路：閘門控制。：閘門控制。計數(shù)與顯示電路計數(shù)與顯示電路：時基產(chǎn)生電路時基產(chǎn)生電路：產(chǎn)生時標(biāo)和頻率測量的閘門信號。：產(chǎn)生時標(biāo)和頻率測量的閘門信號?？刂齐娐房刂齐娐罚簻?zhǔn)備：準(zhǔn)備測量測量顯示。

17、顯示。NFC-1000C-1NFC-1000C-1型多功能頻率計數(shù)器面板圖型多功能頻率計數(shù)器面板圖 衰衰減減電源開關(guān)電源開關(guān)功能選擇功能選擇閘門時間閘門時間低通低通濾波濾波器器A通道輸入通道輸入B通道輸入通道輸入“MHz”“kHz”“s”顯示燈顯示燈數(shù)據(jù)顯示窗口數(shù)據(jù)顯示窗口溢出溢出指示指示閘門閘門指示指示4.3.1 電子計數(shù)器的組成電子計數(shù)器的組成4.3 電子計數(shù)器的組成原理和測量功能電子計數(shù)器的組成原理和測量功能數(shù)字顯示器寄存器十進制計數(shù)器 A通道(放大、整形)B 通 道 ( 放大、整形) 主 門功能開關(guān)閘門選擇、周期倍乘 10 10 10 1010s(104)1s(103)100ms(10

18、2)10ms(10)1ms(1) 時標(biāo)選擇12345332112445時基部分 10 10 10 10 101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制時序電路開門鎖存復(fù)位控制時序電路波形4.3.1 電子計數(shù)器的組成電子計數(shù)器的組成（1 1）輸入通道）輸入通道序號計數(shù)端信號(A)控制端信號(B、C)測試功能計數(shù)結(jié)果1內(nèi)時鐘（T0）內(nèi)時鐘（T）自檢自檢N=T/T02被測信號（fx）內(nèi)時鐘（T）測量頻率（A）fxN/T3內(nèi)時鐘（T0）被測周期（Tx）測量周期（B）TxNT04被測信號（fA）被測信號（fB）測量頻率比（A/B）fA/fB=N5內(nèi)時鐘（T0）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量時間間

19、隔（B-C）tB-C=NT06外輸入（TA）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量外控時間間隔B-CtB-C=NTA7外待測信號（Nx）手控或遙控累加計數(shù)（A）NxN8內(nèi)時鐘（秒信號）手控或遙控計時 N（秒）（2 2）主門電路）主門電路“門控信號門控信號”還可手動操作，如實現(xiàn)手動累加計數(shù)。還可手動操作，如實現(xiàn)手動累加計數(shù)。與與門門T TA AT TB BT TA AT TB BA AB BC C（3 3）計數(shù)與顯示電路）計數(shù)與顯示電路功能：功能：計數(shù)電路計數(shù)電路對通過主門的脈沖進行計數(shù)（計數(shù)值代表對通過主門的脈沖進行計數(shù)（計數(shù)值代表了被測頻率或時間），并通過了被測頻率或時間），并通過數(shù)碼顯示器數(shù)碼顯示器

20、將測量結(jié)果直觀地將測量結(jié)果直觀地顯示出來。顯示出來。 為了便于觀察和讀數(shù)，通常使用為了便于觀察和讀數(shù)，通常使用十進制計數(shù)電路十進制計數(shù)電路。計數(shù)電路的重要指標(biāo)：計數(shù)電路的重要指標(biāo)：最高計數(shù)頻率最高計數(shù)頻率。 計數(shù)電路一般由多級雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)計數(shù)電路一般由多級雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時間限制，使計數(shù)電路存在的時間限制，使計數(shù)電路存在最高計數(shù)頻率的限制最高計數(shù)頻率的限制。而且對。而且對多位計數(shù)器，最高計數(shù)頻率主要由多位計數(shù)器，最高計數(shù)頻率主要由個位計數(shù)器個位計數(shù)器決定決定 類型：單片集成與可編程計數(shù)器類型：單片集成與可編程計數(shù)器 單片集成的中小規(guī)模單片集成的中小規(guī)模IC如：

21、如：74LS90（MC11C90）十進制計數(shù)器；十進制計數(shù)器；74LS390、CD4018(MC14018)為雙十進制計數(shù)器。為雙十進制計數(shù)器。 可編程計數(shù)器可編程計數(shù)器IC如：如：Intel8253/8254等。等。 顯示器顯示器 LED、LCD 、熒光（熒光（VFD）等。等。 顯示電路：包括鎖存、譯碼、驅(qū)動電路。顯示電路：包括鎖存、譯碼、驅(qū)動電路。 如如74LS47、CD4511等。等。（4 4）時基產(chǎn)生電路）時基產(chǎn)生電路產(chǎn)生測頻時的產(chǎn)生測頻時的“門控信號門控信號”（閘門時間）及時間測量時的（閘門時間）及時間測量時的“時標(biāo)時標(biāo)”信號。信號?！皹?biāo)準(zhǔn)性標(biāo)準(zhǔn)性”、“多值性多值性”由內(nèi)部晶體振蕩器

22、（也可外接），通過由內(nèi)部晶體振蕩器（也可外接），通過倍頻或分頻倍頻或分頻得到。得到。再通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到再通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到“門控信號門控信號”。 準(zhǔn)備期準(zhǔn)備期（ 復(fù)零，等待）復(fù)零，等待） 測量期測量期（開門，計數(shù)）（開門，計數(shù)） 顯示期顯示期（關(guān)門停止計數(shù)）（關(guān)門停止計數(shù)）（5 5）控制電路）控制電路控制、協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機按控制、協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機按“復(fù)零測量顯復(fù)零測量顯示示”的工作程序完成自動測量的任務(wù)的工作程序完成自動測量的任務(wù)4.3.2 電子計數(shù)器的測量功能電子計數(shù)器的測量功能1 1. .頻率測量頻率測量十進制計數(shù)器，閘門時間設(shè)定為十進制計數(shù)器，閘門時

23、間設(shè)定為10的冪次方的冪次方，可將，可將計數(shù)結(jié)果計數(shù)結(jié)果，通過通過移動小數(shù)點和單位的配合，得到被測頻率移動小數(shù)點和單位的配合，得到被測頻率。測量速度與分辨力測量速度與分辨力：閘門時間：閘門時間Ts為頻率測量的采樣時間，為頻率測量的采樣時間，Ts愈大，測量時間愈長，計數(shù)值愈大，測量時間愈長，計數(shù)值N愈大，分辨力愈高。愈大，分辨力愈高。sxTNf Ts放大、整形放大、整形閘閘門門門控電路門控電路計數(shù)計數(shù)顯示顯示Afx分頻電路分頻電路時基時基Ts 例如：閘門時間例如：閘門時間Ts=1s，若計數(shù)值，若計數(shù)值N=10000，則，則fx為為“10000”Hz，或，或 “10.000”kHz。如閘門時間。如

24、閘門時間Ts=0.1s，則計數(shù)值，則計數(shù)值N=1000，則，則fx為為 “10.00”kHz。2.2.頻率比的測量頻率比的測量BAABTfNTf3.3.周期的測量周期的測量: : “時標(biāo)計數(shù)法時標(biāo)計數(shù)法”,在在Tx內(nèi)計數(shù)器對時標(biāo)內(nèi)計數(shù)器對時標(biāo)T0計數(shù)。計數(shù)。頻率高者頻率高者A通道通道頻率低者頻率低者B通道通道B通道擴展（提高精度）通道擴展（提高精度）0 xTNT例如：時標(biāo)例如：時標(biāo)T0=1us，若計數(shù)值，若計數(shù)值N=10000，則顯示的，則顯示的Tx為為“10000”us，或或“10.000”ms。4.時間間隔的測量時間間隔的測量時間間隔的兩個時刻點由兩個時間間隔的兩個時刻點由兩個事件事件確定

25、。確定。如如兩個信號波形兩個信號波形上，兩點之間上，兩點之間 相位差的測量相位差的測量； 。測量方法：測量方法：兩個事件觸發(fā)得到兩個事件觸發(fā)得到起始信號起始信號和和終止信號終止信號，經(jīng)過，經(jīng)過門控雙穩(wěn)態(tài)電路得到門控雙穩(wěn)態(tài)電路得到“門控信號門控信號”，采用，采用“時標(biāo)計數(shù)時標(biāo)計數(shù)”觸發(fā)極性觸發(fā)極性選擇和選擇和觸發(fā)電平觸發(fā)電平調(diào)節(jié)：靈活完成各種時間間隔的調(diào)節(jié)：靈活完成各種時間間隔的測量。如各種測量。如各種脈沖參數(shù)測量脈沖參數(shù)測量、相位差測量相位差測量。 相位差的測量相位差的測量 利用時間間隔的測量，可以測量兩個同頻率的信利用時間間隔的測量，可以測量兩個同頻率的信號之間的相位差。號之間的相位差。 兩

26、個信號分別由兩個信號分別由B、C通道輸入，并選擇通道輸入，并選擇相同的相同的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平觸發(fā)極性和觸發(fā)電平。 測量原理如下圖：測量原理如下圖： 為減小測量誤差，分別取為減小測量誤差，分別取+、-觸發(fā)極性作兩次測量，觸發(fā)極性作兩次測量，得到得到t1、t2再取平均，則再取平均，則221tt 5.自檢（自校）自檢（自校）功能功能：檢驗儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常。：檢驗儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常。實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：為判斷自檢結(jié)果是否正確，該結(jié)果應(yīng)該為判斷自檢結(jié)果是否正確，該結(jié)果應(yīng)該在自檢實施前即是已知的。為此，用機內(nèi)的時基在自檢實施前即是已知的。為此，用機內(nèi)的時基Ts（閘門信號）對時標(biāo)

27、閘門信號）對時標(biāo)T0計數(shù)，則計數(shù)結(jié)果應(yīng)為：計數(shù)，則計數(shù)結(jié)果應(yīng)為：自檢的方框圖：自檢的方框圖：例如：例如：若選擇若選擇Ts=10ms,T0=1us,則則自檢顯示應(yīng)自檢顯示應(yīng)穩(wěn)定在穩(wěn)定在N=10000。自檢自檢不能檢測內(nèi)部基準(zhǔn)源不能檢測內(nèi)部基準(zhǔn)源。放 大 、放 大 、整形整形晶振晶振放 大 、放 大 、整形整形閘閘門門計數(shù)器計數(shù)器顯示顯示門控電路門控電路分頻電路分頻電路T0Tx0sTNT4.4.1 測量誤差的來源測量誤差的來源4.4 電子計數(shù)器的測量誤差電子計數(shù)器的測量誤差1.量化誤差量化誤差量化誤差：截斷誤差，1誤差 產(chǎn)生原因：閘門與被測信號不同不同 步步, 時間零頭2.觸發(fā)誤差觸發(fā)誤差 輸入信

28、號 脈沖信號，“轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差” 如圖。周期為如圖。周期為Tx的輸?shù)妮斎胄盘?，觸發(fā)電平在入信號，觸發(fā)電平在A1點，但在點，但在A1點上有點上有干擾信號干擾信號(幅度幅度Vn)。提前觸發(fā)提前觸發(fā),周期周期TxTx。3.3.標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差機內(nèi)時基（閘門時間）和時標(biāo)是頻率和時間間隔測機內(nèi)時基（閘門時間）和時標(biāo)是頻率和時間間隔測量的參考基準(zhǔn)，它們由內(nèi)部晶體振蕩器（標(biāo)準(zhǔn)頻率量的參考基準(zhǔn)，它們由內(nèi)部晶體振蕩器（標(biāo)準(zhǔn)頻率源）分頻或倍頻后產(chǎn)生。因此，其源）分頻或倍頻后產(chǎn)生。因此，其準(zhǔn)確度和測量時準(zhǔn)確度和測量時間之內(nèi)的短期穩(wěn)定度間之內(nèi)的短期穩(wěn)定度將直接影響測量結(jié)果。將直接影響測量結(jié)果。因此，內(nèi)部晶振

29、要求較高穩(wěn)定性。若不能滿足測量因此，內(nèi)部晶振要求較高穩(wěn)定性。若不能滿足測量要求，還可外接更高準(zhǔn)確度的要求，還可外接更高準(zhǔn)確度的外部基準(zhǔn)源外部基準(zhǔn)源。 通常，要求通常，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差小于測量誤差的一個數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差小于測量誤差的一個數(shù)量級級。由于由于fs由晶振由晶振(fc)分頻得到，設(shè)分頻得到，設(shè)fs=fc/k，則則于是，頻率測量的誤差表達式可寫成：于是，頻率測量的誤差表達式可寫成：4.4.2 頻率測量誤差分析頻率測量誤差分析1xcxsxcfffT ff 1.量化誤差量化誤差ssxxffNNff xSfT1N1NNscscfffffx=N/Ts=Nfs2.標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差4.4.2

30、頻率測量誤差分析頻率測量誤差分析3.觸發(fā)誤差觸發(fā)誤差 尖峰脈沖的干擾尖峰脈沖的干擾: 引起觸發(fā)點的改變，對計數(shù)影響不大。引起觸發(fā)點的改變，對計數(shù)影響不大。高頻疊加干擾高頻疊加干擾:產(chǎn)生錯誤計數(shù)。產(chǎn)生錯誤計數(shù)。措施措施:增大觸發(fā)窗或減小信號幅度；輸入濾波。增大觸發(fā)窗或減小信號幅度；輸入濾波。 4. 減小測頻誤差方法的分析減小測頻誤差方法的分析當(dāng)當(dāng) 一定，增加閘門時間可以提高測頻分辨力和準(zhǔn)確度。一定，增加閘門時間可以提高測頻分辨力和準(zhǔn)確度。當(dāng)閘門時間一定，當(dāng)閘門時間一定， 越高，測頻準(zhǔn)確度越高。越高，測頻準(zhǔn)確度越高。為減小量化誤差，為減小量化誤差，需增大計數(shù)值需增大計數(shù)值N N：增大閘門時間增大閘

31、門時間TsTs或在相或在相同的閘門時間內(nèi)測量同的閘門時間內(nèi)測量較高的頻率較高的頻率可得到較大的可得到較大的N N。測頻準(zhǔn)確度極限測頻準(zhǔn)確度極限 （量化誤差低于標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差）（量化誤差低于標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差）ccffxfxf 例例 被測頻率被測頻率f fx x1MHz1MHz，選擇閘門時間選擇閘門時間T Ts s1s1s，則由則由1 1誤差產(chǎn)生的測頻誤差誤差產(chǎn)生的測頻誤差( (不考慮標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差不考慮標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差) )為：為： 若若T Ts s增加為增加為10s10s，則計數(shù)值增加則計數(shù)值增加1010倍，相應(yīng)的測頻誤倍，相應(yīng)的測頻誤差也降低差也降低1010倍，為倍，為1 110107 7，但測量時間將

32、延長，但測量時間將延長1010倍。倍。 注意：注意：該例中，當(dāng)選擇閘門時間該例中，當(dāng)選擇閘門時間T Ts s1s1s時，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差優(yōu)于時，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差優(yōu)于1 110107 7 （即比量化誤差高一個數(shù)量級），否則，標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差在總（即比量化誤差高一個數(shù)量級），否則，標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差在總測量誤差中不能忽略。測量誤差中不能忽略。6610110111xxff實例分析實例分析另：另：fx= 10Hz，T=1s，則由，則由1誤差引起的測頻誤差可達誤差引起的測頻誤差可達10，所以，所以，測量低頻時不宜采用直接測頻方法。測量低頻時不宜采用直接測頻方法。4.4.3 周期測量誤差分析周期測量誤差分析1. 誤

33、差表達式誤差表達式00TTNNTTxx0 xTN T00 xTNTNT ccxccxxxfffTTTfTTT00110cTkT00fTTTNxx 00ccccTTfTTf 3. 減小測量周期誤差的方法減小測量周期誤差的方法周期倍乘一定時，周期倍乘一定時，fxfx越低，誤差越小；越低，誤差越小；fxfx一定時，周期倍乘一定時，周期倍乘越大，誤差越小越大，誤差越小為減小量化誤差，應(yīng)增加計數(shù)值為減小量化誤差，應(yīng)增加計數(shù)值N N（提高時標(biāo)信號的頻率）（提高時標(biāo)信號的頻率）測頻時，被測頻率測頻時，被測頻率fx愈低，則量化誤差愈大；愈低，則量化誤差愈大； 測周時，被測頻率測周時，被測頻率fx愈愈高，則量化

34、誤差愈大。高，則量化誤差愈大?？梢?，在測頻與測周之間，存在一個中界頻率可見，在測頻與測周之間，存在一個中界頻率fm，當(dāng)當(dāng)fxfm時，應(yīng)采用測頻；當(dāng)時，應(yīng)采用測頻；當(dāng)fx20hz20hz時時, ,呈現(xiàn)為連續(xù)的差頻叫聲呈現(xiàn)為連續(xù)的差頻叫聲, ,所以被稱所以被稱為差拍。兩個不同頻率的聲音相互作用而形成的周期性變化，幅值按兩個頻率之差周期為差拍。兩個不同頻率的聲音相互作用而形成的周期性變化，幅值按兩個頻率之差周期性地增減，出現(xiàn)聲音音量幅度調(diào)制、上下起伏。性地增減，出現(xiàn)聲音音量幅度調(diào)制、上下起伏。 外差法外差法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率混頻，取出差頻并測量。：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率混頻，取出差頻并測量。可測量范圍達幾十可測量范圍達幾十MHz（外差式頻率計）。（外差式頻率計）。 示波法示波法：李沙育圖形法：李沙育圖形法：將將fx和和fs分別接到示波器分別接到示波