第五章频率及时间测量3-4.ppt

二、误差分析 电子计数器测量时间间隔的误差与测周期时类似，它主要由量化误差、触发误差和标准频率误差三部分构成。 由测量原理框图5.4-l可以看出，测时间间隔不能像测周期那样可以把被测时间Tx扩大k倍来减小量化误差。 所以，测量时间间隔的误差一般来说要比测周期时大。下面作具体分析。 第五章 时间、频率和相位的测量 * 5．3 电子计数法测量周期 用计数法可测的信号的频率，而周期是频率的倒数，当然用电子计数器也能测量信号的周期。 两者在测量原理上有相似之处，但又不等同. 第五章 时间、频率和相位的测量 一、电子计数法测量周期的原理 下图是计数法测量周期原理是将下图中晶振标准频率信号和输入被测信号的位置对调而构成的 图5.3—1计数法测量周期原理框图 图5.3—2 各点波形 第五章 时间、频率和相位的测量 闸门脉冲信号 当Tc为一定时，计数结果可直接表示为Tx值。 例如Tc＝lμs，N＝562时，Tx＝562μs； Tc＝0.1μs，N＝26250时，Tx＝2625.0 μs。 根据需要，Tc可以用若干个档位的开关转换Tc的值，显示器能自动显示时间单位和小数点，使用起来非常方便。 图5.3—2 各点波形 第五章 时间、频率和相位的测量 二、电子计数器测量周期的误差分析 对 式微分，得： （5.3-2） 上式两端同除 NTc 得： 即： （5.3-3） 用增量符号替代上式中微分符号，得 （5.3-4） 第五章 时间、频率和相位的测量 因 ，Tc上升时，fc 下降，所以有 计数误差ΔN在极限情况下为±1，所以 由于晶振频率相对误差Δfc / fc 的符号可正可负。考虑误差最大情况，因此应用式(5.3-4)计算误差时，取绝对值相加，所以测量周期的相对误差（5.3-4）式可改为 （5.3-5） 第五章 时间、频率和相位的测量 例如，某计数式频率计|Δfc| / fc＝2×10-7，在测量周期时，取Tc＝1μs，则当被测信号周期为Tx＝1s 时 其测量精确度很高，接近晶振频率准确度。 当Tx＝l ms ( fx＝1000Hz ) 时，测量误差为 第五章 时间、频率和相位的测量 当Tx＝l0μs ( fx ＝ 100 Hz )时， 可以明显看出，计数器测量周期时，其测量误差主要决定于量化误差，被测周期越大 ( fx 越小 ) 时误差越小，被测周期越小 ( fx 大 ) 时误差越大。 第五章 时间、频率和相位的测量 减小测量误差方法： ①可以减小Tc (增大fc )。但这受到实际计数器计数速度的限制。在条件许可的情况下，尽量使 fc 增大。 ②另一种方法是把Tx扩大m倍。形成的闸门时间为mTx，以它控制主门开启，实施计数。计数器计数结果为 （5.3-6） 由于ΔN＝±1，并考虑式（5.3-6），所以 （5.3-7） 第五章 时间、频率和相位的测量 上式表明了量化误差降低了m倍。 将式(5.3-6)代入式(5.3-5)得 （5.3-8） 扩大待测信号的周期为mTx，称作“周期倍乘”，通常取m为10i（i＝0，1，2，……）。 例如上例被测信号周期Tx＝10μs，即频率为105Hz，若采用四级十分频，把它分频成10Hz(周期为105μs)，即周期倍乘m＝10000，这时测量周期的相对误差 “周期倍乘”使周期测量精确度得到提高，但乘倍数受仪器显示位数及测量时间的限制。 第五章 时间、频率和相位的测量 测频和测周期的原理及其误差的表达式都是相似的，但是从信号的流通路径来说则完全不同。 测频率时，标准时间由内部基准即晶体振荡器产生。一般选用高精确度的晶振，采取防干扰措施以及稳定触发器的触发电子，这样使标准时间的误差小到可以忽略。 测频误差主要决定于量化误差(即±1误差)。 第五章 时间、频率和相位的测量 在测量周期时，信号的流通路径和测频时完全相反，这时内部的基准信号，在闸门时间信号控制下通过主门，进入计数器。 闸门时间信号则由被测信号经整形产生，它的宽度不仅决定于被测信号Tx，还与被测信号的幅度、波形陡直程度以及叠加噪声情况等有关，而这些因素在测量过程中是无法预先知道的，因此测量周期的误差因素比测量频率时要多。 第五章 时间、频率和相位的测量 在测量周期时，被测信号经放大整形后作为时间闸门的控制信号(简称门控信号)，因此，噪声将影响门控信号(即Tx)的准确性，造成所谓触发误差。 （5.3-8） （