第五章 时间、频率测量及调制域分析

第三节 计数器的改进和工作频率的扩展 第四节 调制域分析
一、调制域的基本概念
调制域分析中，自变量是时间，因变量是信号的频率。 调制域分析中，自变量是时间，因变量是信号的频率。
二、调制域分析仪的组成和工作原理
调制域分析仪要求显示在连续时间轴上频率的变化。 ▼调制域分析仪要求显示在连续时间轴上频率的变化。 把时间连续地分为足够细的小段，求出各小段的平均频率， ▼把时间连续地分为足够细的小段，求出各小段的平均频率，并 给各小段加上时间标签。 给各小段加上时间标签。
时间、 第五章 时间、频率测量及 调制域分析
第一节 时间的原始基准和标准
略
第二节 通用电子计数器
一、概述 电子计数器：采用电子学方法测出在一定时间内脉 电子计数器： 冲数目，并显示测量结果的仪器。 冲数目，并显示测量结果的仪器。 通用计数器：集测量频率、周期、时间间隔、频率 通用计数器：集测量频率、周期、时间间隔、 比和计数等功能于一体。 比和计数等功能于一体。
Ts ∆f c ∆Tx ∆N ∆Ts = + = ± + T Tx N Ts fc x
2触发误差 触发误差 干扰信号叠加在被测信号上，引起触发误差。 干扰信号叠加在被测信号上，引起触发误差。
∆T 1 Vn = ⋅ γT = Tx π V m
△T1与△T2代数合成
1 Vn γT = ⋅ 2π Vm
△T1与△T2几何合成
3采用周期倍乘后的测周总误差 采用周期倍乘后的测周总误差 三部分： 三部分：计数误差
∆N 1 =± γN = ± hTx N
∆Ts ∆f =± c Ts fc
Ts
Ts =± hTx
时标误差
触发误差
1 Vn ⋅ hπ Vm
三部分合成总误差： 三部分合成总误差： ∆T Ts ∆f c 1 Vn x = ± hT + f + hπ ⋅ V Tx c m x
三、调制域分析仪的应用
调制域分析仪可以观察信号频率随时间变化的情况、 调制域分析仪可以观察信号频率随时间变化的情况、相位随时间变 化的情况等，即用来分析信号的动态特性。 化的情况等，即用来分析信号的动态特性。 （1）分析调频信号 ） 对调频信号分析：确定载波频率、调制信号波形、调制速率、 对调频信号分析：确定载波频率、调制信号波形、调制速率、调制 后信号的频率变化范围等等。 后信号的频率变化范围等等。
二、电子计数器测量频率和周期的基本原理
两种工作模式： 两种工作模式：⑴在某确定的时间内计算被测信号 出现的个数； 在某未知时间内对已知周期的信号计数， 出现的个数；⑵在某未知时间内对已知周期的信号计数， 进而确定该未知的时间。 进而确定该未知的时间。
（一）电子计数器测频基本原理 频率：周期信号每秒钟出现的次数。 频率：周期信号每秒钟出现的次数。 测频：对确定时间 内信号出现的次数 进行计数， 内信号出现的次数N进行计数 测频：对确定时间T内信号出现的次数 进行计数， 则被测信号频率
NTs NkTc Tx = = h h
三、电子计数器测频和测周的误差分析
（一）电子计数器的测频误差 fx＝N/T，fx的误差是 的误差与 的误差的合成。 ＝ 的误差是N的误差与 的误差的合成。 ， 的误差是 的误差与T的误差的合成
γ fx
∆N ∆T = γ N −γT = − N T
1计数误差（±1误差） 计数误差（ 误差） 计数误差 误差
3测频的总相对误差 测频的总相对误差
∆fx ∆N ∆T = γN − γT = − fx N T
1 ∆fc 1 ∆fc ∆fx = ± = ± + N Tfx + fc fx fc
（二）电子计数器的测周误差
Tx = NTs
计数值N及标准信号周期 的误差会造成 的误差， 计数值 及标准信号周期Ts的误差会造成 的误差，这是 及标准信号周期 的误差会造成Tx的误差 测周的基本误差。此外，测周是用被测信号开启闸门， 测周的基本误差。此外，测周是用被测信号开启闸门，被测信 号上的干扰可能会对开启闸门的时间造成误差， 号上的干扰可能会对开启闸门的时间造成误差，这称为触发误 差。 1基本误差
中心频率（载频） 中心频率（载频） 155.52MHz 频率变化范围165KHz 频率变化范围 调频速率（调制信号频率） 调频速率（调制信号频率） 3kHz
（2）信号抖动及其原因分析 ） 课本上实例为分析某时钟信号的抖动。 课本上实例为分析某时钟信号的抖动。
Yd (dB sec) = 20 lg Y (sec)
∆N ± 1 ± 1 = = N N Tf x
2时基误差 时基误差 时基信号一般由石英振荡器产生， 时基信号一般由石英振荡器产生，其误差的绝对值比计数误 差小一个数量级左右。 差小一个数量级左右。 时基误差常用
∆T ∆fc =− T fc
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表示， 为石英振荡器振荡频率 为石英振荡器振荡频率。 表示，fc为石英振荡器振荡频率。
Ts ∆Tx ∆f c 1 Vn = ± n + + n ⋅ 10 T Tx fc 10 π Vm x
四、通用计数器的其他功能
（一）脉冲宽度的测量
（二）测两路信号间时间及相位差
Tx φ = × 2π T
（三）测量频率比
f1 N = n f 2 10
f1——被测信号中较高频率 被测信号中较高频率 f2——被测信号中较低频率 被测信号中较低频率 N——计数值 N——计数值 10n——对频率较低信号的周期倍乘率 对频率较低信号的周期倍乘率 （四）累加计数
五、通用计数器的主要技术指标和使用注意事项
（一）主要技术指标 1频率或时间测量范围 频率或时间测量范围 2灵敏度 灵敏度 3分辨力 分辨力 4动态范围 动态范围 5测量误差 测量误差
（二）使用注意事项 1避免计数和显示值出错 避免计数和显示值出错 2使用前要预热 使用前要预热 3测试前进行仪器的自检 测试前进行仪器的自检 4选择合适的闸门、时标和周期倍乘 选择合适的闸门、 选择合适的闸门 5减少信号中的干扰、毛刺和不稳定因素 减少信号中的干扰、 减少信号中的干扰
N fx = T
N fx = T
T－计数时间（闸门时间）；通常取1ms，10ms，0.1s，1s，10s等 －计数时间（闸门时间）；通常取 ）；通常取 ， ， ， ， 等
（二）电子计数器测周基本原理
测时间：在被测时段 内使计数器闸门开启 内使计数器闸门开启， 测时间：在被测时段Tx内使计数器闸门开启，在这段时间内 对已知周期为Ts的时标信号计数 若计数值为N， 的时标信号计数， 对已知周期为 的时标信号计数，若计数值为 ，则被测时间段 为NTs。 。 测周期： 测周期： 闸门时间为被 测周期Tx放大 测周期 放大 h倍，时标信号 倍 为石英振荡周 期Tc变换得到 变换得到 的Ts
Yc = 2 2 ×10( −173.90 20) = 5.7 × 10 −9 s = 5.7 ns Yd = 2 2 × 10( − 215.60 20) = 46.9 ×10 −12 s = 46.9 ps
（3）动态过程分析 ）
（4）用统计直方图分析大量事件 ）