电子测量课件

时间频率测量的特点和方法
第5章 时间频率测量仪器
5.1 时间频率测量仪器概述
5.2 通用计数器
5.3 等精度电子计数器
5.4 时间计数器 5.5 微波计数器
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5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
第5章 时间频率测量仪器
5.2 通用计数器
5.2.1 通用计数器的测量功能及组成 5.2.2 通用计数器的误差分析 5.2.3 通用计数器的输入通道 5.2.4 通用计数器产品介绍
-6
1 1 N N f 0Tx
10-7 10-8 1Hz 1kHz 1MHz
计数误差与被 测周期与标准 频率成反比
100MHz
被测频率fx
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_周期测量误差
Tx N T0 Tx N T0
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器 0 f x N T
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_周期测量误差
第5章 时间频率测量仪器 5.2 通用计数器
5.2.2 通用计数器的误差分析
1、频率测量误差分析
2、周期测频误差分析
3、其他功能测量误差分析 4、通用计数器的电路设计与测量误差
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5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_周期测量误差
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_周期测量误差
第三项误差——触发误差 在测周时，除了以上两项误差外还必须考虑触发误差 的影响。从信号流通的路径来说，测频与测周是完全 不同的。测量频率时，标准时基是由内部晶振产生， 并且由它来控制，在进行方案和电路设计时，通常必 须将其控制在可忽略的范围内。在测量周期时，信号 的流通路径与测频时完全相反，这时内部原始基准信 号通过A通道进入计数器，而门控信号则由直接送往 B通道的被测信号控制。被测信号的直流电平、波形 的陡峭程度、以及噪音的叠加情况等，在测量过程中 是无法事先知道和控制的。因此测周时，存在着比更 多的误差因素。
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5 时间频率测量仪器_5.1 概述
5.1 概 述 5.1.1 时间频率测量技术
1．时间和频率的定义 时间的含义有两个：一个是指“时刻”，即某个 事件何时发生；另一个是指“时间间隔”，即某 个事件相对于一开始时刻持续了多久。 频率是指周期信号在单位时间（1s）内变化的次 数。周期指周期信号变化一次所占用的时间，它 和频率互为倒数。知道了一个信号的频率，也就 知道了它的周期。 从广义的角度去理解，信号周期可以看成是一种 时间间隔。
5 时间频率测量仪器_5.1 概述
5.1 概 述 5.1.2 电子计数器分类
通用计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的电子计数器， 可测量频率、周期、时间间隔、频率比、累加计数、计时等， 配上相应插件还可以测相位、电压等电量。一般把凡具有测频 和测周两种以上功能的电子计数器都归类为通用计数器。 专用计数器是指专门用于测量某单一功能的电子计数器。例如 具有等精度特点的倒数计数器；以高分辨率时间测量为基础的 时间计数器（其测时分辨力可达到ns量级）；专门用于测量 微波段频率的微波计数器等。 智能电子计数器是指采用了计算机技术的电子计数器。由于智 能电子计数器的一切“动作”都在微处理器的控制下进行，因 而可以很方便地采用许多新的测量技术并能对测量结果进行数 据处理、统计分析等，从而使上述各种电子计数器（通用计数 器、倒数计数器、时间计数器、微波计数器等）的面貌发生了 重大的变化。
3. TA-B 测量原理
Tx N T0
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
5.2.1 通用计数器的测量功能及组成
４. 频率比测量
频率比=N
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
5.2.1 通用计数器的测量功能及组成
5.累加计数功能
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
5.2.1 通用计数器的测量功能及组成
N
1 N N
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_频率测量误差
ΔN/N
10
-1
计数量化误差
10-2 10
-3
Ts=10s Ts=1s Ts=0.1s
f x N f C fx N fC
N
10-4 10-5 10
-6
1 1 N N f xTs
10-7 10-8 1Hz 1kHz 1MHz
计数误差与被 测频率与闸门 时间成反比
100MHz
被测频率fx
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_频率测量误差
1. 频率测量原理 标准频率误差
f x N f C fx N fC
为了使标准频率误差对测量结果产生影响足够小，
应认真选择晶振的准确度。一般说来，通用计数器显
示器的位数愈多，所选择的内部晶振准确度就应愈高。
5 时间频率测量仪器_5.1 概述
5.1 概 述 5.1.1 时间频率测量技术
3．时间与频率测量的方法
5 时间频率测量仪器_5.1 概述
5.1 概 述 5.1.1 时间频率测量技术 4．时间与频率测量的发展——可分为三个阶段：
（1）模拟式时间频率测量仪器发展阶段（50 ～60年代），属 于这个阶段的仪器有外差式、谐振式等，特点是使用简单、价 格便宜，测频上限到18G HZ，测量精度低，10-4 ～10-5. （2）数字式电子计数器发展阶段（60年代始）。仪器从电子 管开始到晶体管、集成电路，形成了系列化的测量仪器，使测 频上限达60GHz，测时分辨力也相应地从10μS提高到10nS， 目前，这类仪器目前仍然在使用。 （3）智能化电子计数器发展阶段（80年代延续至今）。由于 计算机技术的飞速发展，电子计数器开始采用微处理器技术， 不仅自动化程度高，还使得测频范围和测时分辨力有了很大的 提高。目前我国生产的测频仪器测频上限已能达到170G HZ， 并正由微波向光波段扩展；测时仪器的测时准确度已能达1nS， 分辨力为0.1nS。
Tx N T0 ,
误差分析_周期测量误差 fx N T0 例，某计数式频率计|Δfc|/ fc=2*10-7 ，在测量周期时，取时标信号t0=1us，则 当被测信号频率分别为fx=1MHz, 1kHz，10Hz时， 估计测量周期的相对误差是多少?

f x N T0 1 f 0 fx N T0 N f0 f x 1MHz : f x 1kHz : f x 10Hz : f x 1μs 2 7 1 fx 1μs 10 f x 1μs 2 7 1103 fx 1ms 10 f x 1μs 2 7 1.02105 fx 100ms 10
5 时间频率测量仪器_5.1 概述
5.1 概 述 5.1.1 时间频率测量技术
2．时间与频率测量的特点 （1）测量精度高。测量精度可达10-13量级以上， 保持得最稳定（10-14/星期）、测量最准确的物理 量。因而可以利用某种确定的函数关系把其他电 参数的精确测量转换成频率的测量。 （2）应用范围广。现代科技所涉及信号的频率范 围是极其宽广的，从百分之一Hz甚至更低频率开 始，一直到1012Hz以上。因此电子学和其他领域 的研究工作都离不开频率测量。 （3）自动化程度高。仪器数字化是自动化的基础， 而时间和频率测量极易实现数字化。
6.自校功能
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
5.2.1 通用计数器的测量功能及组成
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
5.2.2 通用计数器的误差分析
第5章 时间频率测量仪器
5.2 通用计数器
5.2.1 通用计数器的测量功能及组成 5.2.2 通用计数器的误差分析 5.2.3 通用计数器的输入通道 5.2.4 通用计数器产品介绍
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5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_频率测量误差
第5章 时间频率测量仪器 5.2 通用计数器
5.2.2 通用计数器的误差分析
1、频率测量误差分析
2、周期测频误差分析
3、其他功能测量误差分析 4、通用计数器的电路设计与测量误差
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5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器

f x N T0 1 f 0 fx N T0 N f0 f x 1MHz : f x 1kHz : f x 10Hz : f x 1μs 2 7 101 fx 10μs 10 f x 1μs 2 7 110 4 fx 10ms 10 f x 1μs 2 7 1.2 106 fx 1s 10
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_频率测量误差
通用计数器各测量功能在计数时，如果主门的开启 时刻与计数脉冲的时间关系是不相关的，那么，同一 信号在相同的主门开启时间内两次测量所记录的脉冲 数N可能是不一样的 。
对于一次计数过程，其结果可能为N，也可能为N＋ 1或N－1。即最大计数误差为ΔN＝±1。该项误差将使 仪器最后的显示结果会有一个字的闪动。 计数误差相对误差的形式为
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器 0 f x N T
Tx N T0 ,
误差分析_周期测量误差 fx N T0 例，某计数式频率计|Δfc|/ fc=2*10-7 ，在测量周期时，取时标信号t0=1us，则 当被测信号频率分别为fx=1MHz, 1kHz，10Hz时， 用10 周期取平均测量其周期，估计相对误差是多 少?
周期测量原理
Tx N T0 Tx N T0
Tx N T0
5 时间频率测量仪器_5.2 通用计数器
误差分析_周期测量误差
ΔN/N
10-1 10-2 10
-3
计数量化误差
tc=1ns tc=10ns tc=0.1us
Tx N T0 Tx N T0