电子测量与仪器课件 第七章 频率和时间测量及仪器2.ppt

7.4 电子计数器的测量误差 7.4.1 测量误差的来源 电子计数器的测量误差来源主要包括量化误差、触发误差和标准频率误差。 1. 量化误差 (±1误差) 量化误差是在将模拟量变换为数字量的量化过程中产生的误差，是数字化仪器所特有的误差，是不可消除的误差。它是由于电子计数器闸门的开启与计数脉冲的输入在时间上的不确定性，即相位随机性而产生的误差。 量化误差的相对误差为： 2. 触发误差 触发误差又称为变换误差。被测信号在整形过程中，由于整形电路本身触发电平的抖动或者被测信号叠加有噪声和各种干扰信号等原因，使得整形后的脉冲周期不等于被测信号的周期，由此而产生的误差称为触发误差。 经推导得知，触发误差的相对误差等于 (7-2) 式中，Un为噪声或干扰信号的最大幅度，包括因触发电平抖动而产生的影响，一般情况下，可以不考虑触发电平抖动或漂移的影响；Um为被测信号电压幅度；Kf为B通道分频器分频次数。 触发误差对测量周期的影响较大，而对测量频率的影响较小，所以测频时一般不考虑触发误差的影响。 为了减小测周时触发误差的影响，除了尽量提高被测信号的信噪比外，还可以采用多周期测量法测量周期，即增大B通道分频器分频次数。 3. 标准频率误差Δfs/fs 标准频率误差是指由于晶振信号的不稳定等原因而产生的误差。测频时，晶振信号用来产生门控信号（即时基信号），标准频率误差称为时基误差；测周时，晶振信号用来产生时标信号，标准频率误差称为时标误差。一般情况下，由于标准频率误差较小，不予考虑。 7.4.2 测量误差的分析 上述测量误差中，对频率测量影响最大的是量化误差，其他误差一般不予考虑。周期测量则主要受量化误差和触发误差的影响。下面对测频和测周误差进行分析： 1. 测频误差 经过推导得知，测频量化误差等于 由此可见，要减小量化误差对测频的影响，应设法增大计数值N。即在A通道中选用倍频次数m较大的倍频器，亦即选用短时标信号；在B通道中增大分频次数Kf，亦即延长闸门时间；可以直接测量高频信号的频率，否则，测出周期后再进行换算，该方法属于间接测量法，这是由测周误差的特性所决定的。 2. 测周误差 （1）量化误差 经过推导得知，测周量化误差为： 由此可见，要减小测周量化误差，应设法增大计数值N。即在A通道中选用倍频次数m较大的倍频器，亦即选用短时标信号；在B通道中增大分频次数Kf，亦即延长闸门时间，该方法称为多周期测量法；可以直接测量低频信号的周期，否则，测出频率后再进行换算，该方法属于间接测量法。 所谓的高频或低频是相对于电子计数器的中界频率而言的。中界频率是指采用测频和测周两种方法进行测量，产生大小相等的量化误差时的被测信号的频率。 （2）测周触发误差 减小测周触发误差的方法如式(7-2)结论所述，不再赘述。 综上所述，多周期测量法以及提高信噪比、选用短时标信号等方法，可以减小测量周期的误差。 7.4.3 频率扩展技术 由于受十进制计数器处理速度等因素的限制，上述类型的电子计数器比较适合频率低于700MHz左右的信号，在A通道分别采用倍频器时，频率范围就更窄了。通常采用外差降频变换法、预定标法、转移振荡器法、谐波外差变换法、取样法等方 7.4.3 频率扩展技术 由于受十进制计数器处理速度等因素的限制，上述类型的电子计数器比较适合频率低于700MHz左右的信号，在A通道分别采用倍频器时，频率范围就更窄了。通常采用外差降频变换法、预定标法、转移振荡器法、谐波外差变换法、取样法等方法来扩展计数器的测频范围，这样的计数器适合用来测量高频信号频率，称之为数字频率计，测频上限可高达170GHz。下面主要介绍外差降频变换法和预定标法。 1. 外差降频变换法 2. 预定标法 如图7.16所示，预定标数字频率计与通用计数器的区别就是对被测信号进行N分频，即预定标。预定标法的缺点是降低了单位时间内的分辨力，为了提高测量分辨力，如果十进制计数器位数足够多，通常也对晶振进行N分频。 7.5 通用计数器实例 7.5.1 技术指标 （1）测试功能 （2）测量范围 测频范围：0.1Hz～100MHz；测周范围：0.4μs～10s；累加计数范围：1～108。 （3）输入特性 输入耦合方式；输入电压范围；输入阻抗：R,Ci。 （4）闸门时间: 10ms、0.1s、1s、10s。 （5）时标（晶振）:时标为0.1μs。 （6）显示位数及显示器件: 8位LED （7）输出: 输出频率;输出电压;