频率计测频原理
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ΔN=±1
T
黑门进 8个脉 冲 红门进 7个脉 冲
∆N 1 1 =± =± N N f xT
N=fxT
(1)
1 2 3 4 5 6 78
1 2 3 4 5 6 78 (2) (a) 图4.7 量化误差
2.闸门时间误差（时基误差、标准时间误差） 闸门时间误差（时基误差、标准时间误差） 闸门时间误差
误差合成定理
1
1.基本原理 基本原理
电子计数法测量频率
1.1 电子计数法测频原理
根据频率的定义，若某一信号在 秒时间内重复变化了 秒时间内重复变化了N次 根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了 次，则 该信号的频率为： 该信号的频率为： N （4.2） ） fx = 门电路复习： 门电路复习：
A
1/0 与门
∆f x ∆Tx = fx Tx
1 fx = = fM Tx
fM = fc T
1 1 = 故 f xT Tx f c
则
式中， 为中界频率， 为标准频率， 为闸门时间 式中，f M 为中界频率，f c 为标准频率，T为闸门时间。 为闸门时间。
1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 1Hz
Tx ux
倍频
输入电路B 输入电路B 晶振
B
C
门控 分频
C D Tc E
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
由右图可得
N Tx = NTc = fc
Tc
t
2.2 电子计数器测量周期的误差分析 1.量化误差和基准频率误差 量化误差和基准频率误差 与分析电子计数器测频时的误差类似，这里 Tx = NTc ，根据 与分析电子计数器测频时的误差类似， 误差传递公式可得
1.量化误差 量化误差——计数误差、±1误差 计数误差、 量化误差 计数误差 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 在测频时， 关的，即是说它们在时间轴上的相对位置是随机的。这样， 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，计数器所计得的数却不一定相同。 便在相同的主门开启时间 ，计数器所计得的数却不一定相同。 可能多1个或少 个的± 误差 个或少1个的 误差， 可能多 个或少 个的±1误差，这是频率量化时带来的误差故 计数误差或± 误差 误差。 称量化误差，又称脉冲计数误差或 称量化误差，又称脉冲计数误差或±1误差。
∆Tx ∆N ∆Tc = + Tx N Tc
（4.11） ）
根据图4.10所示的测周原理，由式（4.10）可得 所示的测周原理，由式（ 根据图 所示的测周原理 ）
Tx N= = Tx f c , 而∆N=±1 ± Tc
∆Tx ∆Tc ∆f c 1 1 =± ± =± ± Tx Tx f c Tc Tx f c fc
∆f x ∆N ∆T = − fx N T
df c dT =− T fc
闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短， 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f 是由晶振信号分频而得。 频误差。闸门信号 是由晶振信号分频而得。设晶振频率为 c 周期为T ），则有 （周期为 c），则有
A输入 0 (T0或Fx )
放大
0
t
整形
0
t
微分
0 图4.5 输入电路工作波形图
t
3)计数显示电路 计数显示电路 这部分电路的作用，简单地说， 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， 计数被测周期信号重复的次数，显示 被测信号的频率。它一般由计数电路、 被测信号的频率。它一般由计数电路、 逻辑控制电路、译码器和显示器组成。 逻辑控制电路、译码器和显示器组成。 4)控制电路 控制电路
∆f c ∆T =1×10-7~1×10-10 =− × × T fc
石英振荡器的输出 频率准确度决定
石英晶体性能和切割方式----生产厂 石英晶体性能和切割方式 生产厂 温度的影响---单 温度的影响 单、双层恒温糟 振荡电路的质量----电路优化设计 振荡电路的质量 电路优化设计
1.3 结论 1.计数器直接测频的误差 计数器直接测频的误差 主要有两项 即±1误差和标准频率误 误差和标准频率误 差一般总误差可采用分项 误差绝对值合成， 误差绝对值合成，即
准备期 准备期 复零，等待） （复零，等待）
控制电路的作用是产生各种控制信号， 控制电路的作用是产生各种控制信号， 去控制各电路单元的工作， 去控制各电路单元的工作，使整机按 一定的工作程序完成自动测量的任务。 一定的工作程序完成自动测量的任务。 显示期 显示期 在控制电路的统一指挥下， 在控制电路的统一指挥下，电子计数 关门，停止计数） （关门，停止计数） 器的工作按照“复零一测量—显示 显示” 器的工作按照“复零一测量 显示”的 程序自动地进行，其工作流程如图4.6 程序自动地进行，其工作流程如图 图4.6 电子计数器的工作流程图 所示。 所示。
分频
D Tx Tx N N N N
0 0 0 0
E
0 0 0 0
0
B
C
1)时基（T）电路 时基（ ） 时基 特点： 两个特点 两个特点： (1)标准性 闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上，故 标准性 闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上， 晶振频率稳定度要求达 。（恒温糟 恒温糟） 通常晶振频率稳定度要求达10 通常晶振频率稳定度要求达 -6～10-10。（恒温糟） (2)多值性 闸门时间 不一定为 秒，应让用户根据测频精度和 多值性 闸门时间T不一定为 不一定为1秒 速度的不同要求自由选择。例如： 速度的不同要求自由选择。例如： 1kHz 100Hz 10Hz 1Hz 0.1Hz 1ms 10 ms 0.1s、 1s、 10s 、 、 等。 门控（双稳）电路： 门控（双稳）电路：
测量期 测量期 开门，计数） （开门，计数）
1.2 误差分析计算 由第二章误差传递公式（ 由第二章误差传递公式（2.45） ）
∂f ∆y = ∑ ∆x j j =1 ∂x j
m
可对式（ ） 可对式（4.2）
N fx = T
求得
∆f x ∆N ∆T = − fx N T
计数误差 时基误差
（4.3） ）
本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、 本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、相位及时 间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。 间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。 2.1 电子计数法测量周期的原理
输入电路A D 输入电路A 主 门
B
0 0 0 0
2
电子计数法测量时间
E
Tx Tx Tx Tx t t N N N N t
测频的量化误差 T=1 T=1S 10S 10S 0. 1S
测周的量化误差 10MHz fc=10MHz 100MH fc=100MH z
fc=1GHz
100MHz 100MHz
1KHz
f
M
1MHz
100MHz 100MHz
f
图4.14 测频量化误差与测周量化误差
中给出了不同闸门时间： 图4.14中给出了不同闸门时间：0.1s、1s、10s和不同标准频 中给出了不同闸门时间 、 、 和不同标准频 三种情况的交叉曲线。 率：10MHz、100MHz、1000MHz三种情况的交叉曲线。现以 、 、 三种情况的交叉曲线 f T=1s， c =100MHz为例，可查知 f M =10kHz。 ， 为例， 为例 。
（4.12） ）
2.触发转换误差 触发转换误差 测周时，还有一项触发转换误差必须考虑。 测周时，还有一项触发转换误差必须考虑。
3 中界频率 研究量化误差（ 误差） 研究量化误差（±1误差）对测频和测周的影响。 量化误差 误差 对测频和测周的影响。 测频、测周误差相等的频率称为中界频率。 测频、测周误差相等的频率称为中界频率。 将两个 因 量化误差表达式联立可得 令
重点掌握
2．组成框图 ． 是计数式频率计测频的框图。 图4.4是计数式频率计测频的框图。它主要由下列四部分组成。 是计数式频率计测频的框图 它主要由下列四部分组成。
A
计 数 一 显示 0 0 0 0
A 输入电路
D C
主 门
E
t B
0 0 0 0 0 0 0 0
门控
控制电路
t T Tx t t t
晶振 时基电路
因此，当 f x > f M 宜测频； 当 f x < f M ，宜测周。 因此， 宜测频； 宜测周。 这给使用带来不便，要查知所用状态下的中界频率， 这给使用带来不便，要查知所用状态下的中界频率，是当前 通用计数器的缺点，下面将介绍采用双路计数器的方法， 通用计数器的缺点，下面将介绍采用双路计数器的方法， 对测频或测周都能实现等精度测量。 对测频或测周都能实现等精度测量。
多周期同步测频（智能计数器） 4 多周期同步测频（智能计数器） 1.原理 1.原理 看发给大家的资料
2.误差分析 2.误差分析
T
T
2)输入电路 输入电路 由放大整形电路和主门电路组成。 由放大整形电路和主门电路组成。 被测输入周期信号（频率为 被测输入周期信号（频率为fx， 周期为T 经放大、整形、 周期为 x）经放大、整形、微分 得周期Tx的窄脉冲 的窄脉冲， 得周期 的窄脉冲，送主门的一 个输入端。 个输入端。
us t
T
A c
1/0 0 0 1 1
B
0 1 0 1
C
0 0 0 1
B
1/0
同理“ 同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。 与非、或非门等也有类似功能。
……
A B T
1s
与 门
C
Hale Waihona Puke BaiduTx
……
N
T 1s
图4.3 测频的原理
由图可见： 由图可见： 因此
NTx = T
N fx = T
实现了测频原理： 定时计数” 实现了测频原理：“定时计数” 原理 实质： 实质：比较法
∆f x ∆f c 1 = ±( + )（4.9） ） fx f xT fc
2.测量低频时，由于±1误 测量低频时，由于± 误 测量低频时 差产生的测频误差大得惊人 例如，fx= 10Hz，T=1s，则由±1误差引起的测频误差可达 ％， 例如， ， ，则由± 误差引起的测频误差可达10％， 误差引起的测频误差可达 所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。 所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。
T
黑门进 8个脉 冲 红门进 7个脉 冲
∆N 1 1 =± =± N N f xT
N=fxT
(1)
1 2 3 4 5 6 78
1 2 3 4 5 6 78 (2) (a) 图4.7 量化误差
2.闸门时间误差（时基误差、标准时间误差） 闸门时间误差（时基误差、标准时间误差） 闸门时间误差
误差合成定理
1
1.基本原理 基本原理
电子计数法测量频率
1.1 电子计数法测频原理
根据频率的定义，若某一信号在 秒时间内重复变化了 秒时间内重复变化了N次 根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了 次，则 该信号的频率为： 该信号的频率为： N （4.2） ） fx = 门电路复习： 门电路复习：
A
1/0 与门
∆f x ∆Tx = fx Tx
1 fx = = fM Tx
fM = fc T
1 1 = 故 f xT Tx f c
则
式中， 为中界频率， 为标准频率， 为闸门时间 式中，f M 为中界频率，f c 为标准频率，T为闸门时间。 为闸门时间。
1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 1Hz
Tx ux
倍频
输入电路B 输入电路B 晶振
B
C
门控 分频
C D Tc E
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
由右图可得
N Tx = NTc = fc
Tc
t
2.2 电子计数器测量周期的误差分析 1.量化误差和基准频率误差 量化误差和基准频率误差 与分析电子计数器测频时的误差类似，这里 Tx = NTc ，根据 与分析电子计数器测频时的误差类似， 误差传递公式可得
1.量化误差 量化误差——计数误差、±1误差 计数误差、 量化误差 计数误差 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 在测频时， 关的，即是说它们在时间轴上的相对位置是随机的。这样， 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，计数器所计得的数却不一定相同。 便在相同的主门开启时间 ，计数器所计得的数却不一定相同。 可能多1个或少 个的± 误差 个或少1个的 误差， 可能多 个或少 个的±1误差，这是频率量化时带来的误差故 计数误差或± 误差 误差。 称量化误差，又称脉冲计数误差或 称量化误差，又称脉冲计数误差或±1误差。
∆Tx ∆N ∆Tc = + Tx N Tc
（4.11） ）
根据图4.10所示的测周原理，由式（4.10）可得 所示的测周原理，由式（ 根据图 所示的测周原理 ）
Tx N= = Tx f c , 而∆N=±1 ± Tc
∆Tx ∆Tc ∆f c 1 1 =± ± =± ± Tx Tx f c Tc Tx f c fc
∆f x ∆N ∆T = − fx N T
df c dT =− T fc
闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短， 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f 是由晶振信号分频而得。 频误差。闸门信号 是由晶振信号分频而得。设晶振频率为 c 周期为T ），则有 （周期为 c），则有
A输入 0 (T0或Fx )
放大
0
t
整形
0
t
微分
0 图4.5 输入电路工作波形图
t
3)计数显示电路 计数显示电路 这部分电路的作用，简单地说， 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， 计数被测周期信号重复的次数，显示 被测信号的频率。它一般由计数电路、 被测信号的频率。它一般由计数电路、 逻辑控制电路、译码器和显示器组成。 逻辑控制电路、译码器和显示器组成。 4)控制电路 控制电路
∆f c ∆T =1×10-7~1×10-10 =− × × T fc
石英振荡器的输出 频率准确度决定
石英晶体性能和切割方式----生产厂 石英晶体性能和切割方式 生产厂 温度的影响---单 温度的影响 单、双层恒温糟 振荡电路的质量----电路优化设计 振荡电路的质量 电路优化设计
1.3 结论 1.计数器直接测频的误差 计数器直接测频的误差 主要有两项 即±1误差和标准频率误 误差和标准频率误 差一般总误差可采用分项 误差绝对值合成， 误差绝对值合成，即
准备期 准备期 复零，等待） （复零，等待）
控制电路的作用是产生各种控制信号， 控制电路的作用是产生各种控制信号， 去控制各电路单元的工作， 去控制各电路单元的工作，使整机按 一定的工作程序完成自动测量的任务。 一定的工作程序完成自动测量的任务。 显示期 显示期 在控制电路的统一指挥下， 在控制电路的统一指挥下，电子计数 关门，停止计数） （关门，停止计数） 器的工作按照“复零一测量—显示 显示” 器的工作按照“复零一测量 显示”的 程序自动地进行，其工作流程如图4.6 程序自动地进行，其工作流程如图 图4.6 电子计数器的工作流程图 所示。 所示。
分频
D Tx Tx N N N N
0 0 0 0
E
0 0 0 0
0
B
C
1)时基（T）电路 时基（ ） 时基 特点： 两个特点 两个特点： (1)标准性 闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上，故 标准性 闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上， 晶振频率稳定度要求达 。（恒温糟 恒温糟） 通常晶振频率稳定度要求达10 通常晶振频率稳定度要求达 -6～10-10。（恒温糟） (2)多值性 闸门时间 不一定为 秒，应让用户根据测频精度和 多值性 闸门时间T不一定为 不一定为1秒 速度的不同要求自由选择。例如： 速度的不同要求自由选择。例如： 1kHz 100Hz 10Hz 1Hz 0.1Hz 1ms 10 ms 0.1s、 1s、 10s 、 、 等。 门控（双稳）电路： 门控（双稳）电路：
测量期 测量期 开门，计数） （开门，计数）
1.2 误差分析计算 由第二章误差传递公式（ 由第二章误差传递公式（2.45） ）
∂f ∆y = ∑ ∆x j j =1 ∂x j
m
可对式（ ） 可对式（4.2）
N fx = T
求得
∆f x ∆N ∆T = − fx N T
计数误差 时基误差
（4.3） ）
本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、 本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、相位及时 间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。 间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。 2.1 电子计数法测量周期的原理
输入电路A D 输入电路A 主 门
B
0 0 0 0
2
电子计数法测量时间
E
Tx Tx Tx Tx t t N N N N t
测频的量化误差 T=1 T=1S 10S 10S 0. 1S
测周的量化误差 10MHz fc=10MHz 100MH fc=100MH z
fc=1GHz
100MHz 100MHz
1KHz
f
M
1MHz
100MHz 100MHz
f
图4.14 测频量化误差与测周量化误差
中给出了不同闸门时间： 图4.14中给出了不同闸门时间：0.1s、1s、10s和不同标准频 中给出了不同闸门时间 、 、 和不同标准频 三种情况的交叉曲线。 率：10MHz、100MHz、1000MHz三种情况的交叉曲线。现以 、 、 三种情况的交叉曲线 f T=1s， c =100MHz为例，可查知 f M =10kHz。 ， 为例， 为例 。
（4.12） ）
2.触发转换误差 触发转换误差 测周时，还有一项触发转换误差必须考虑。 测周时，还有一项触发转换误差必须考虑。
3 中界频率 研究量化误差（ 误差） 研究量化误差（±1误差）对测频和测周的影响。 量化误差 误差 对测频和测周的影响。 测频、测周误差相等的频率称为中界频率。 测频、测周误差相等的频率称为中界频率。 将两个 因 量化误差表达式联立可得 令
重点掌握
2．组成框图 ． 是计数式频率计测频的框图。 图4.4是计数式频率计测频的框图。它主要由下列四部分组成。 是计数式频率计测频的框图 它主要由下列四部分组成。
A
计 数 一 显示 0 0 0 0
A 输入电路
D C
主 门
E
t B
0 0 0 0 0 0 0 0
门控
控制电路
t T Tx t t t
晶振 时基电路
因此，当 f x > f M 宜测频； 当 f x < f M ，宜测周。 因此， 宜测频； 宜测周。 这给使用带来不便，要查知所用状态下的中界频率， 这给使用带来不便，要查知所用状态下的中界频率，是当前 通用计数器的缺点，下面将介绍采用双路计数器的方法， 通用计数器的缺点，下面将介绍采用双路计数器的方法， 对测频或测周都能实现等精度测量。 对测频或测周都能实现等精度测量。
多周期同步测频（智能计数器） 4 多周期同步测频（智能计数器） 1.原理 1.原理 看发给大家的资料
2.误差分析 2.误差分析
T
T
2)输入电路 输入电路 由放大整形电路和主门电路组成。 由放大整形电路和主门电路组成。 被测输入周期信号（频率为 被测输入周期信号（频率为fx， 周期为T 经放大、整形、 周期为 x）经放大、整形、微分 得周期Tx的窄脉冲 的窄脉冲， 得周期 的窄脉冲，送主门的一 个输入端。 个输入端。
us t
T
A c
1/0 0 0 1 1
B
0 1 0 1
C
0 0 0 1
B
1/0
同理“ 同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。 与非、或非门等也有类似功能。
……
A B T
1s
与 门
C
Hale Waihona Puke BaiduTx
……
N
T 1s
图4.3 测频的原理
由图可见： 由图可见： 因此
NTx = T
N fx = T
实现了测频原理： 定时计数” 实现了测频原理：“定时计数” 原理 实质： 实质：比较法
∆f x ∆f c 1 = ±( + )（4.9） ） fx f xT fc
2.测量低频时，由于±1误 测量低频时，由于± 误 测量低频时 差产生的测频误差大得惊人 例如，fx= 10Hz，T=1s，则由±1误差引起的测频误差可达 ％， 例如， ， ，则由± 误差引起的测频误差可达10％， 误差引起的测频误差可达 所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。 所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。