[理学]4时间与频率的测量.ppt

2）量化误差的影响 ◆从频率测量的误差表达式： 可知，量化误差为 它是频率测量的主要误差（标准频率误差一般可忽略）。 为减小量化误差，需增大计数值N： 增大闸门时间Ts或在相同的闸门时间内测量较高的频率可得到较大的N。 ◆但需注意：增大闸门时间将降低测量速度，并且计数值的增加不应超过计数器的计数容量，否则将产生溢出（高位无法显示）。 例如：一个6位的计数器，最大显示为999999，当用Ts=10s的闸门测量fx=1MHz时,应显示“1000000.0”Hz或1.0000000”MHz ,显然溢出。 3）实例分析 [例] 被测频率fx＝1MHz，选择闸门时间Ts＝1s，则由±1误差产生的测频误差(不考虑标准频率误差)为： 若Ts增加为10s，则计数值增加10倍，相应的测频误差也降低10倍，为±1×10－7，但测量时间将延长10倍。 注意：该例中，当选择闸门时间Ts＝1s时，要求标准频率误差优于±1×10－7 （即比量化误差高一个数量级），否则，标准频率误差在总测量误差中不能忽略。 1）误差表达式 ◆由测周的基本表达式： 根据误差合成公式，可得： 式中， 和 分别为量化误差和时标周期误差。 由 (Tc为晶振周期，k为倍频或分频比)，有： 而计数值N为： 故， 2）量化误差的影响 ◆由测周的误差表达式： 其中，第一项即为量化误差。它表示Tx愈大（被测信号的频率愈低），则量化误差愈小，其意义为Tx愈大则计入的时标周期数N愈大。另外，晶振的分频系数k愈小，则时标周期愈小，在相同的Tx内计数值愈大。 第二项为标准频率误差，通常也要求小于测量误差的一个数量级，这时就可作为微小误差不予考虑。 ◆为减小量化误差，应增加计数值N，但也需注意不可使其溢出。 例如：一个6位的计数器，最大显示为999999,当用T0=1us的时标测量Tx=10s(fx=0.1Hz)时,应显示us或“10.000000”s,显然溢出。 3）中界频率 ◆测频时，被测频率fx愈低，则量化误差愈大； 测周时，被测频率fx愈高，则量化误差愈大。 可见，在测频与测周之间，存在一个中界频率fm， 当fxfm时，应采用测频；当fxfm时，应采用测周方案。 ◆中界频率fm的确定 量化误差取决于计数值N，测频时 ; 测周时 。 令两式相等，并用Tm表示Tx： 于是，有： 或 例：若Ts=1s,T0=1us，则fm=1kHz,在该频率上,测频与测周的量化误差相等。 4）触发误差 ◆频率测量时触发误差的影响 ●尖峰脉冲只引起触发 点的改变， 对测频影响不大。 ●高频叠加干扰 产生错误计数。 措施 增大触发窗或减小信号幅度； 输入滤波。 ◆周期测量时触发误差的影响 ●尖峰脉冲 周期测量时，尖峰脉冲的干扰对测量结果的影响非常严重。测量误差为： ●分析 设输入为正弦波： 干扰幅度为Vn。 对触发点A1作切线ab，其斜率为 则， 愈大，即 触发点愈陡峭，误差愈小。 进一步推导触发点的斜率，如下： 实际中，对正弦输入信号，常选择过零点为触发点（具有最陡峭的斜率），则触发点电压VB满足： 于是，有： 若考虑在一个周期开始和结束时可能都存在触发误差，分别用 表示，并按随机误差的均方根合成，得到： ●结论：测周时为减小触发误差，应提高信噪比。 4.6.1 多周期同步测量技术 1）倒数计数器； 2）多周期同步法 4.6.2 模拟内插法 1）内插法原理； 2）时间扩展电路 4.6.3 游标法 4.6.4 平均法 1）倒数计数器 ◆如前述，对低频信号，为减小量化误差，宜采用测周方案。但测周时不能直接得到频率值的显示结果，为得到频率值显示，硬件上采用了一种特殊设计——即倒数计数器。 ◆原理：首先按测周模式，设计数值为N，再设法将1/N予以显示。 思路：设测周的时标来自 晶振(Tc)，测频的闸门 为Ts=10nTc，则测频时 计数值 式中，N为测周时的计数值。 表明， 实现：首先对被测信号测周，得计数值N，再在10nTc闸门时间内对 (晶振的N分频)计数，即得计数值Nf。 ◆原理图 图中计数器1 和计数器2分别工 作在测周和测频模 式。预定标器(由 加法计数器构成)? 起着分频器作用。 主门2的闸门和