电子测量课件

1、电子测量课程目录电子测量课程目录第第1章电子测量仪器设计导论章电子测量仪器设计导论第第2章常用处理功能及设计技术章常用处理功能及设计技术第第3章电压测量仪器章电压测量仪器第第4章信号发生器章信号发生器第第5章时间频率测量仪器章时间频率测量仪器第第6章电子示波器章电子示波器第第7章电子测量仪器的检定与测试章电子测量仪器的检定与测试补充补充10:08第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.1 时间频率测量仪器概述时间频率测量仪器概述5.2 通用计数器通用计数器5.3 等精度电子计数器等精度电子计数器5.4 时间计数器时间计数器5.5 微波计数器微波计数器5.1 5.1 概 述5.1.1 5

2、.1.1 时间频率测量技术 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.1 概述概述1时间和频率的定义时间和频率的定义时间的含义有两个：一个是指时间的含义有两个：一个是指“时刻时刻”，即某个，即某个事件何时发生；另一个是指事件何时发生；另一个是指“时间间隔时间间隔”，即某，即某个事件相对于一开始时刻持续了多久。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（频率是指周期信号在单位时间（1s）内变化的次）内变化的次数。周期指周期信号变化一次所占用的时间，它数。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，也就和频率互为倒数。知道了一个信号的频率，也就知道

3、了它的周期。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从广义的角度去理解，信号周期可以看成是一种时间间隔。时间间隔。5.1 5.1 概 述5.1.1 5.1.1 时间频率测量技术 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.1 概述概述2时间与频率测量的特点时间与频率测量的特点（1）测量精度高。）测量精度高。测量精度可达测量精度可达10-13量级以上，量级以上，保持得最稳定（保持得最稳定（10-14/星期）、测量最准确的物理星期）、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。参数的精确测量转换

4、成频率的测量。（2）应用范围广。）应用范围广。现代科技所涉及信号的频率范现代科技所涉及信号的频率范围是极其宽广的，从百分之一围是极其宽广的，从百分之一Hz甚至更低频率开甚至更低频率开始，一直到始，一直到1012Hz以上。因此电子学和其他领域以上。因此电子学和其他领域的研究工作都离不开频率测量。的研究工作都离不开频率测量。（3）自动化程度高。）自动化程度高。仪器数字化是自动化的基础，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。而时间和频率测量极易实现数字化。 5.1 5.1 概 述5.1.1 5.1.1 时间频率测量技术 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.1 概述概述3时间

5、与频率测量的方法时间与频率测量的方法5.1 5.1 概 述5.1.1 5.1.1 时间频率测量技术 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.1 概述概述4时间与频率测量的发展时间与频率测量的发展可分为三个阶段：可分为三个阶段：（1）模拟式时间频率测量仪器发展阶段）模拟式时间频率测量仪器发展阶段（50 60年代），属年代），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，测频上限到格便宜，测频上限到18G HZ，测量精度低，测量精度低，10-4 10-5.（2）数字式电子计数器发展阶段）数字式电子计数器发展阶段（60年代始）

6、。仪器从电子年代始）。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，使测频上限达频上限达60GHz，测时分辨力也相应地从，测时分辨力也相应地从10S提高到提高到10nS，目前，这类仪器目前仍然在使用。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（）智能化电子计数器发展阶段（80年代延续至今）。由于年代延续至今）。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，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不仅自动化程度高，还使得测频范围和测

7、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，分辨力为分辨力为0.1nS。 5.1 5.1 概 述5.1.2 5.1.2 电子计数器分类 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.1 概述概述通用计数器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，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，可测量频率、周期、时间间隔、频率比、累加计数、计时等，配上

8、相应插件还可以测相位、电压等电量。一般把凡具有测频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。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时间计数器（其测时分辨力可达到ns量级）；专门用于测量微量级）；专门用于测量微波段频率的微波计数器等。波段频率的微波计数器等。智能电子计数器智能电子计

9、数器是指采用了计算机技术的电子计数器。由于智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能电子计数器的一切“动作动作”都在微处理器的控制下进行，因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。重大的变化。 10:08第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.1

10、时间频率测量仪器概述时间频率测量仪器概述5.2 通用计数器通用计数器5.3 等精度电子计数器等精度电子计数器5.4 时间计数器时间计数器5.5 微波计数器微波计数器时间频率测量的特点和方法时间频率测量的特点和方法10:08第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成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通用计数器的误差分析5.2.3 通用计数器的输入通道通用计数器的输入通道5.2.4 通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器频率测量原理频率测量原理

11、5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器TNfx5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数器的测量功能及组成5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数器的测量功能及组成0TNTx. . 周期测量原理周期测量原理5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数器的测量功能及组成0TNTx3. 3. TA-B 测量原理测量原理5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数

12、器的测量功能及组成. . 频率比频率比测量测量频率比频率比=N5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数器的测量功能及组成5.5.累加计数功能累加计数功能5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数器的测量功能及组成6.6.自校功能自校功能5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数器的测量功能及组成10:08第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.1

13、 通用计数器的测量功能及组成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通用计数器的误差分析5.2.3 通用计数器的输入通道通用计数器的输入通道5.2.4 通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.2 通用计数器的误差分析通用计数器的误差分析 10:08第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.2 通用计数器的误差分析通用计数器的误差分析1、频率测量误差分析、频率测量误差分析2、周期测频误差分析、周期测频误差分析3、其他功能测量误差分析、其他功能测量误差分析4、通用计数器的电

14、路设计与测量误差、通用计数器的电路设计与测量误差5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 频率测量原理频率测量原理5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器CSxkfNTNfCCxxffNNff误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 量化误差（计数误差）量化误差（计数误差）脉冲计数计数器方法的误差计数器方法的误差量化误差量化误差计数器计数：计数器计数：1111个脉冲个脉冲计数器计数：计数器计数：1010个脉冲个脉冲计数器量化误差，计数误差计数器量化误差，计数误差 N/NN/N5 时间频率测量仪器时间

15、频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 最大量化误差最大量化误差 1/N/N通用计数器各测量功能在计数时，如果主门的开启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信号在相同的主门开启时间内两次测量所记录的脉冲数数N可能是不一样的可能是不一样的 。对于一次计数过程，其结果可能为对于一次计数过程，其结果可能为N，也可能为，也可能为N1或或N1。即最大计数误差为。即最大计数误差为N1。该项误差将使。该项误差将使仪器最

16、后的显示结果会有一个字的闪动。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计数误差相对误差的形式为 NNN15 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 Ts=10sTs=1sTs=0.1s5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器CCxxffNNffs11TfNNNx计数误差与被计数误差与被测频率与闸门测频率与闸门时间成反比时间成反比误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 标准频率误差标准频率误差 为了使标准频率误差对测量结果产生影响足够小，为了使标准频率误差对测量结果产生影响足够小，

17、应认真选择晶振的准确度。一般说来，通用计数器显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。示器的位数愈多，所选择的内部晶振准确度就应愈高。例如七位数字的通用计数器一般采用准确度优于例如七位数字的通用计数器一般采用准确度优于107数量级的晶体振荡器。这样，在任何测量条件下，由数量级的晶体振荡器。这样，在任何测量条件下，由标准频率误差引起的测量误差，都不大于由标准频率误差引起的测量误差，都不大于由1误差所误差所引起的测量误差。引起的测量误差。 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器1. 1. 频率测量原理频率测量原理CC

18、xxffNNff误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器CCxxffNNff误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 例，某计数式频率计例，某计数式频率计|fc|/ fc=2*10-7 ，在测量频率时，取闸门时间，在测量频率时，取闸门时间Ts=1s，则当，则当被测信号频率分别为被测信号频率分别为fx=1MHz, 1kHz，10Hz时，估计时，估计测量的相对误差是多少测量的相对误差是多少?CCxxCSxffNNffkfNTNf,1 . 0102101:Hz10101102101:kHz1102 . 1102101:MHz11

19、7373676xxxxxxxxxCCCCxxfffffffffffNffNNff5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_频率测量误差频率测量误差 第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.2 通用计数器的误差分析通用计数器的误差分析1、频率测量误差分析、频率测量误差分析2、周期测频误差分析、周期测频误差分析3、其他功能测量误差分析、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、通用计数器的电路设计与测量误差10:085 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期

20、测量误差周期测量误差 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器0TNTx周期测量原理周期测量原理00TTNNTTxx误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器xTfNNN011计数误差与被计数误差与被测周期与标准测周期与标准频率成反比频率成反比00TTNNTTxxtc=1nstc=10nstc=0.1us误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 00TTNNTTxx 例，某计数式频率计例，某

21、计数式频率计|fc|/ fc=2*10-7 ，在测量周期时，取时标信号，在测量周期时，取时标信号t0=1us，则，则当被测信号频率分别为当被测信号频率分别为fx=1MHz, 1kHz，10Hz时，时，估计测量周期的相对误差是多少估计测量周期的相对误差是多少?000,TTNNffTNTxxx5737700001002. 1102ms100s1:Hz101011021mss1:kHz11102s1s1:MHz11xxxxxxxxxxxfffffffffffNTTNNff5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 第三项误差第三项误差

22、触发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。的影响。从信号流通的路径来说，测频与测周是完全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，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。在须将其控制在可忽略的范围内。在测量周期时测量周期时，信号，信号的流通路径与测频时完全相反，这时内部原始基准信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号通过A通道进入计数器，而

23、通道进入计数器，而门控信号则由直接送往门控信号则由直接送往B通道的被测信号控制。通道的被测信号控制。被测信号的直流电平、波形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。多的误差因素。 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 第三项误差第三项误差触发误差触发误差5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器mnxnUUTT21误差分

24、析误差分析_周期测量误差周期测量误差 UmUn多周期测量多周期测量 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 多周期测量可以减小计数多周期测量可以减小计数（量化）误差。（量化）误差。 0TNTxnxTNT100 xTfNNN011 例，某计数式频率计例，某计数式频率计|fc|/ fc=2*10-7 ，在测量周期时，取时标信号，在测量周期时，取时标信号t0=1us，则，则当被测信号频率分别为当被测信号频率分别为fx=1MHz, 1kHz，10Hz时，时，用用10 周期取平均测量其周期，估计相对误差是多周期取平均测量其周期，估计相

25、对误差是多少少?000,TTNNffTNTxxx6747170000102 . 1102s 1s1:Hz1010110210mss1:kHz110102s10s1:MHz11xxxxxxxxxxxfffffffffffNTTNNff5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 多周期测量多周期测量 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 单周期测量的触发误差单周期测量的触发误差 10周期测量的触发误差周期测量的触发误差 多周期测量可以多周期测量可以减小触发误差减

26、小触发误差 多周期同步测量的误差多周期同步测量的误差 （1）用计数器直接测周的误差主要有三项，即计数误）用计数器直接测周的误差主要有三项，即计数误差、标准频率误差及触发误差，在考虑多周期测量情差、标准频率误差及触发误差，在考虑多周期测量情况下，并令周期倍频系数况下，并令周期倍频系数K=10n，则其合成误差可按下，则其合成误差可按下式计算式计算（2）采用尽量小的时标单位）采用尽量小的时标单位T0，可提高测周分辨率。，可提高测周分辨率。（3）采用多周期测量，不仅可以进一步提高测周分辨）采用多周期测量，不仅可以进一步提高测周分辨率，而且可以减小触发误差，从而提高测量准确度。率，而且可以减小触发误差，

27、从而提高测量准确度。（4）触发误差对总测量误差影响很大，测量时应尽可）触发误差对总测量误差影响很大，测量时应尽可能提高被测信号的信噪比能提高被测信号的信噪比Vm/Vn。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_周期测量误差周期测量误差 mnnccxnxxVVfffTTT102101第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.2 通用计数器的误差分析通用计数器的误差分析1、频率测量误差分析、频率测量误差分析2、周期测频误差分析、周期测频误差分析3、其他功能测量误差分析、其他功能测量误差分析4、通用计数器的电路设计与测量

28、误差、通用计数器的电路设计与测量误差5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_其他功能测量误差其他功能测量误差 1，各分项误差的分析，各分项误差的分析通用计数器各测量功能的测量误差主要由计数误差、通用计数器各测量功能的测量误差主要由计数误差、标准频率误差和触发误差三种类型误差合成。标准频率误差和触发误差三种类型误差合成。（1）计数误差）计数误差(1误差误差)通用计数器各测量功能在计数时，如主门的开启时刻通用计数器各测量功能在计数时，如主门的开启时刻与计数脉冲的到来时刻不相关，那么，同一信号在两次与计数脉冲的到来时刻不相关，那么，同一信号在两次测量所记录

29、的脉冲数测量所记录的脉冲数N可能不一样，其结果可能为可能不一样，其结果可能为N，N1或或N1，其最大计数误差为，其最大计数误差为N1。最大计数误差的特点是：不管计数最大计数误差的特点是：不管计数N是多少，是多少，N的最的最大值为大值为1。因此，为了减少最大计数误差对测量精度。因此，为了减少最大计数误差对测量精度的影响，在仪器使用中所采取的技术措施是：尽量使计的影响，在仪器使用中所采取的技术措施是：尽量使计数值数值N大，以使计数相对误差尽量少。如在测频时，应大，以使计数相对误差尽量少。如在测频时，应尽量选用大的闸门时间，在测周时，应尽量选用小的时尽量选用大的闸门时间，在测周时，应尽量选用小的时标

30、信号，必要时使用周期乘率开关，进行多周期测量。标信号，必要时使用周期乘率开关，进行多周期测量。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_其他功能测量误差其他功能测量误差 NN（2）标准频率误差）标准频率误差 标准频率误差在测频时将决定闸门时间标准频率误差在测频时将决定闸门时间T的准确度，的准确度，在测周时将决定时标在测周时将决定时标T0（=KTC）的准确度。）的准确度。 为了使标准频率误差对测量结果产生影响足够小，为了使标准频率误差对测量结果产生影响足够小，应应认真选择晶振的准确度认真选择晶振的准确度。一般说来，通用计数器显。一般说来，通用计数器显示器

31、的位数愈多，所选择的内部晶振准确度就应愈高。示器的位数愈多，所选择的内部晶振准确度就应愈高。例如七位数字的通用计数器一般采用准确度优于例如七位数字的通用计数器一般采用准确度优于10-7数数量级的晶体振荡器。这样，在任何测量条件下，由标量级的晶体振荡器。这样，在任何测量条件下，由标准频率误差引起的测量误差，都不大于由准频率误差引起的测量误差，都不大于由1误差所引误差所引起的测量误差。起的测量误差。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_其他功能测量误差其他功能测量误差 CCff10:095 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器

32、误差分析误差分析_其他功能测量误差其他功能测量误差 （3）触发误差）触发误差被测信号受到干扰，将会使整形电路被测信号受到干扰，将会使整形电路(斯密特触发器斯密特触发器)出现超前或滞后触发，致使整形后波形的周期与实际被出现超前或滞后触发，致使整形后波形的周期与实际被测信号的周期发生偏离测信号的周期发生偏离Tn，引起所谓的触发误差，引起所谓的触发误差(或转或转换误差换误差)。可见被测信号的信噪比可见被测信号的信噪比(Vm/Vn)愈大，触发误差就愈小，愈大，触发误差就愈小，若无噪声干扰，便不会产生该项误差。因而，在频率等若无噪声干扰，便不会产生该项误差。因而，在频率等测量功能中，由于控制门控双稳的门

33、控信号是由仪器内测量功能中，由于控制门控双稳的门控信号是由仪器内部产生，一般不会存在触发误差；而在周期、部产生，一般不会存在触发误差；而在周期、fA/fB等测等测量功能中，如果进入量功能中，如果进入B通道的信号含有干扰，便会存在通道的信号含有干扰，便会存在触发误差。触发误差。采用周期倍率开关进行多周期测量，可减弱此项误差。采用周期倍率开关进行多周期测量，可减弱此项误差。如周期倍率取如周期倍率取10，则只在第一个周期开始与第十个周期，则只在第一个周期开始与第十个周期结束时会产生触发误差，使触发误差相对减弱了十倍。结束时会产生触发误差，使触发误差相对减弱了十倍。10:095 时间频率测量仪器时间频

34、率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_其他功能测量误差其他功能测量误差 2，其他测量功能误差表达式，其他测量功能误差表达式 通过对各项误差产生原因的分析，可以直接推出通通过对各项误差产生原因的分析，可以直接推出通用计数器其它测量功能的合成误差公式。用计数器其它测量功能的合成误差公式。例如，频率比（例如，频率比（fA/fB）测量功能的误差应包含计数）测量功能的误差应包含计数误差和触发误差，而与标准频率误差无关。误差和触发误差，而与标准频率误差无关。时间间隔（时间间隔（TB-C）测量功能的误差一般应包括计数）测量功能的误差一般应包括计数误差、标准频率误差和触发误差三项。误差、标

35、准频率误差和触发误差三项。累计计数功能的误差应仅含计数误差一项。自校功累计计数功能的误差应仅含计数误差一项。自校功能原则上应不存在上述三项误差，这是因为被测信号能原则上应不存在上述三项误差，这是因为被测信号与闸门信号都是由同一标准时钟分频后形成的。与闸门信号都是由同一标准时钟分频后形成的。第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.2 通用计数器的误差分析通用计数器的误差分析1、频率测量误差分析、频率测量误差分析2、周期测频误差分析、周期测频误差分析3、其他功能测量误差分析、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、通用计数器的电路设计与测量误

36、差5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_电路设计与误差电路设计与误差 通用计数器的电路设计与测量误差通用计数器的电路设计与测量误差 在进行通用计数器在进行通用计数器电路设计电路设计的时候，通用计数的时候，通用计数器测量误差与通用计数器电路的许多参数的确器测量误差与通用计数器电路的许多参数的确定有密切的关系。由于定有密切的关系。由于触发误差触发误差项主要取决于项主要取决于外部输入信号的信噪比和输入通道电路的水平，外部输入信号的信噪比和输入通道电路的水平，因此，在进行通用计数器总体设计时，主要考因此，在进行通用计数器总体设计时，主要考虑虑计数误差计数误

37、差和和内置晶体振荡器频率误差内置晶体振荡器频率误差。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_电路设计与误差电路设计与误差 当通用计数器测频和测周的设计精度确定之后，通用当通用计数器测频和测周的设计精度确定之后，通用计数器的显示位数和内置晶体振荡器输出频率的准计数器的显示位数和内置晶体振荡器输出频率的准确度也就确定下来了。确度也就确定下来了。若要求通用计数器的设计精度能达到若要求通用计数器的设计精度能达到10-N量级，则内量级，则内置晶体振荡器频率的相对误差要优于置晶体振荡器频率的相对误差要优于10-N。其显示。其显示位数位数原则上应不少于应不少于N位

38、。位。例如，要求通用计数器设计精度能达到例如，要求通用计数器设计精度能达到10-7，则通用，则通用计数器显示位数应确定为计数器显示位数应确定为7位或位或8位，内置晶体振荡位，内置晶体振荡器的频率准确度要优于器的频率准确度要优于10-7（其频率稳定度一般应（其频率稳定度一般应控制在控制在1510-8）。）。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器误差分析误差分析_电路设计与误差电路设计与误差 10:09第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成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通

39、用计数器的误差分析5.2.3 通用计数器的输入通道通用计数器的输入通道5.2.4 通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍输入被测信号的形状、幅度、噪音往往未知，进入计输入被测信号的形状、幅度、噪音往往未知，进入计数门之前需要整理，这就是输入通道的作用。电子数门之前需要整理，这就是输入通道的作用。电子计数器的许多技术指标都是由输入通道来决定的。计数器的许多技术指标都是由输入通道来决定的。耦合方式耦合方式 AC耦合和耦合和DC耦合耦合频率范围频率范围触发电平触发电平 常常要求触发电平有一定的调节范围。常常要求触发电平有一定的调节范围。输入灵敏度输入灵敏度 能保证正常工作的最小输入电压能保证正常工作的

40、最小输入电压(10100mV)。最大输入电压最大输入电压 输入超过最大输入电压时，仪器损坏。输入超过最大输入电压时，仪器损坏。输入阻抗输入阻抗 输入电阻和输入电容，高阻输入电阻和输入电容，高阻(1M25pF)低低阻阻(50)波形适应性波形适应性 各种波形，调制信号各种波形，调制信号5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.3 输入通道输入通道 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.3 输入通道输入通道 图图5.2.14 输入通道简化框图输入通道简化框图 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器输入通道

41、输入通道_调整电路调整电路 AC5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.3 输入通道输入通道 图图5.2.14 输入通道简化框图输入通道简化框图 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器输入通道输入通道_放大电路放大电路 fx=0.1Hz10MHz输入灵敏度输入灵敏度20mV如何设计放大倍数如何设计放大倍数如何选用元器件如何选用元器件如何控制放大倍数如何控制放大倍数5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器输入通道输入通道_放大电路放大电路 过零比较时要求输过零比较时要求输入电压的最小压摆入电压的最小压摆率为率

42、为0.5V / s u=Umsin(t), du/dt=Umcos(t)SR(t=0)=Um = 2 f Umfx=0.1Hz Um0.8V Um0.8V fx=0.1Hz10MHz输入灵敏度输入灵敏度20mV如何设计放大倍数如何设计放大倍数如何选用元器件如何选用元器件如何控制放大倍数如何控制放大倍数输入灵敏度输入灵敏度20mVAV0.8V/1.414/0.02V=28.29取取AV=4*10=40选芯片的增益带宽积选芯片的增益带宽积10MHz*10=100MHz增益带宽积增益带宽积150MHz 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器5.2.3 输入通道输入通道 图

43、图5.2.14 输入通道简化框图输入通道简化框图 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器输入通道输入通道_触发整形电路触发整形电路 触发整形电路作用：触发整形电路作用： 将各种形状的输入波形都变换成将各种形状的输入波形都变换成边沿陡峭边沿陡峭的矩的矩形波信号，并能对矩形脉冲信号形波信号，并能对矩形脉冲信号前后边沿进行选择前后边沿进行选择，以满足后续数字电路对触发波形的要求；以满足后续数字电路对触发波形的要求； 把把触发电平调节到一个恰当的位置触发电平调节到一个恰当的位置上，以便使上，以便使信号在每个周期都会引起一次有效的触发；信号在每个周期都会引起一次有效的触发；

44、利用利用整形电路（施密特触发器）的滞后特性，整形电路（施密特触发器）的滞后特性，抑制干扰和噪声抑制干扰和噪声的有害干扰。的有害干扰。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器输入通道输入通道_触发整形电路触发整形电路 触发整形电路作用：触发整形电路作用： 将各种形状的输入波形都变将各种形状的输入波形都变换成换成边沿陡峭边沿陡峭的矩形波信号，并能对矩形脉冲信号的矩形波信号，并能对矩形脉冲信号前前后边沿进行选择后边沿进行选择，以满足后续数字电路对触发波形的，以满足后续数字电路对触发波形的要求；要求； 把把触发电平调节到一个恰当的位置触发电平调节到一个恰当的位置上，以上，以便

45、使信号在每个周期都会引起一次有效的触发；便使信号在每个周期都会引起一次有效的触发； 利用利用整形电路（施密特触发器）的滞后特性，抑制干整形电路（施密特触发器）的滞后特性，抑制干扰和噪声扰和噪声的有害干扰。的有害干扰。触发整形电路一般包含触发电平调节电路、信号边沿触发整形电路一般包含触发电平调节电路、信号边沿选择电路、整形电路等。选择电路、整形电路等。1、脉冲沿选择与微分电路、脉冲沿选择与微分电路2、触发电平调节电路、触发电平调节电路3、整形电路及滞后特性、整形电路及滞后特性 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器输入通道输入通道_触发整形电路触发整形电路 5 时间频

46、率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器输入通道输入通道_触发整形电路触发整形电路 触发整形电路作用：触发整形电路作用： 将各种形状的输入波形都变将各种形状的输入波形都变换成换成边沿陡峭边沿陡峭的矩形波信号，并能对矩形脉冲信号的矩形波信号，并能对矩形脉冲信号前前后边沿进行选择后边沿进行选择，以满足后续数字电路对触发波形的，以满足后续数字电路对触发波形的要求；要求； 把把触发电平调节到一个恰当的位置触发电平调节到一个恰当的位置上，以上，以便使信号在每个周期都会引起一次有效的触发；便使信号在每个周期都会引起一次有效的触发； 利用利用整形电路（施密特触发器）的滞后特性，抑制干整形电路

47、（施密特触发器）的滞后特性，抑制干扰和噪声扰和噪声的有害干扰。的有害干扰。触发整形电路一般包含触发电平调节电路、信号边沿触发整形电路一般包含触发电平调节电路、信号边沿选择电路、整形电路等。选择电路、整形电路等。1、脉冲沿选择与微分电路、脉冲沿选择与微分电路2、触发电平调节电路、触发电平调节电路3、整形电路及滞后特性、整形电路及滞后特性 移动滞后带与信号之间的相对位置是通过改变差分移动滞后带与信号之间的相对位置是通过改变差分放大器中一个输入端的直流电位而实现的，其电路实现放大器中一个输入端的直流电位而实现的，其电路实现原理框图如图示。原理框图如图示。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2

48、通用计数器通用计数器输入通道输入通道_触发整形电路触发整形电路 触发整形电路作用：触发整形电路作用： 将各种形状的输入波形都变将各种形状的输入波形都变换成换成边沿陡峭边沿陡峭的矩形波信号，并能对矩形脉冲信号的矩形波信号，并能对矩形脉冲信号前前后边沿进行选择后边沿进行选择，以满足后续数字电路对触发波形的，以满足后续数字电路对触发波形的要求；要求； 把把触发电平调节到一个恰当的位置触发电平调节到一个恰当的位置上，以上，以便使信号在每个周期都会引起一次有效的触发；便使信号在每个周期都会引起一次有效的触发； 利用利用整形电路（施密特触发器）的滞后特性，抑制干整形电路（施密特触发器）的滞后特性，抑制干扰

49、和噪声扰和噪声的有害干扰。的有害干扰。触发整形电路一般包含触发电平调节电路、信号边沿触发整形电路一般包含触发电平调节电路、信号边沿选择电路、整形电路等。选择电路、整形电路等。1、脉冲沿选择与微分电路、脉冲沿选择与微分电路2、触发电平调节电路、触发电平调节电路3、整形电路及滞后特性、整形电路及滞后特性 输入通道中放大整形电路一般采用斯密特触发器，一方面起整输入通道中放大整形电路一般采用斯密特触发器，一方面起整形作用，形作用， 另一方面其滞后带宽度另一方面其滞后带宽度EE可有效地抑制信号中的干扰。可有效地抑制信号中的干扰。斯斯密密特特触触发发器器对对信信号号中中干干扰扰抑抑制制示示意意图图 正确选

50、择滞后带相对于被测信号的位置，正确选择滞后带相对于被测信号的位置， 对确保测对确保测量精确度非常重要。量精确度非常重要。 一般情况下，一般情况下， 滞后带应移动在信号波形的中部；特滞后带应移动在信号波形的中部；特殊情况下，殊情况下， 应移在信号的某个确定的部位上，如图所应移在信号的某个确定的部位上，如图所示。为此目的，某些计数器还备有监视触发器的输出示。为此目的，某些计数器还备有监视触发器的输出插孔，以便接到示波器上观察。插孔，以便接到示波器上观察。 10:09第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.2 通用计数器通用计数器5.2.1 通用计数器的测量功能及组成通用计数器的测量功能及组

51、成5.2.2 通用计数器的误差分析通用计数器的误差分析5.2.3 通用计数器的输入通道通用计数器的输入通道5.2.4 通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍 ICM 7226是一种高集成度单片式通用计数器芯片，是一种高集成度单片式通用计数器芯片，它仅要求单一的它仅要求单一的5V电源供电、外接少量元件，就可以电源供电、外接少量元件，就可以构成一台功能齐全的构成一台功能齐全的8位通用计数器。位通用计数器。 ICM7226系列芯片的测频范围为系列芯片的测频范围为010MHz，测周，测周范围为范围为0.5s10s，并有，并有0.01s，0.1s，1s，10s 4个闸门个闸门时间供选择。可直接驱动时间供选

52、择。可直接驱动LED显示。显示。 ICM 7226B由由10MHz时基振荡器、时基振荡器、5位十进制分频位十进制分频器、器、8位十进制的主计数器和锁存器、段译码驱动器及位十进制的主计数器和锁存器、段译码驱动器及8位的位扫描器、控制逻辑电路等组成。位的位扫描器、控制逻辑电路等组成。ICM 7226介绍介绍5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍 ICM 7226 有六种测试功能可供选择。只要将功能选择输入端有六种测试功能可供选择。只要将功能选择输入端(4脚脚)分分别与位扫描器输出端别与位扫描器输出端D1，D2，D3，D4，D8连接，便

53、可使仪器连接，便可使仪器置于相应的频率测量、频率比测量、自检测量、累加计数、时置于相应的频率测量、频率比测量、自检测量、累加计数、时间间隔测量、周期测量等功能测量。间间隔测量、周期测量等功能测量。 有四种量程可供选择，量程选择实际就是改变主计数器的有四种量程可供选择，量程选择实际就是改变主计数器的闸门时间，只要将量程选择输入端与位扫描器输出端闸门时间，只要将量程选择输入端与位扫描器输出端D1，D2，D3，D4，D5连接时，便可产生连接时，便可产生0.01s，0.1s，1s，10s四种闸四种闸门时间和外接闸门时间输入。门时间和外接闸门时间输入。ICM 7226介绍（介绍（P180181）5 时间

54、频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍 典型应用电路典型应用电路 ICM 7226B等大规模集成电路已经应用于通用计数器产品等大规模集成电路已经应用于通用计数器产品中，例如的中，例如的E312A型通用计数器、型通用计数器、YM 3371型数字频率计等。型数字频率计等。这些产品由于选用了大规模集成电路，具有电路简单、体积小、这些产品由于选用了大规模集成电路，具有电路简单、体积小、重量轻、耗电小等一系列优点。重量轻、耗电小等一系列优点。 E312A型通用计数器的主要技术性能如下：型通用计数器的主要技术性能如下： 测频范围（测频范围（A、B通道

55、）：通道）：0.1Hz(100Hz )10MHz/100MHz 测量周期范围：测量周期范围：100ns10s 时间测量范围：时间测量范围：200ns100s 频率比测量范围：频率比测量范围：1108-1；f 为为0.1Hz10MHz（BA） 累加计数容量：累加计数容量：108-1；输入频率；输入频率10MHz 输入阻抗：输入阻抗：1M45pF 输入幅度范围：正弦波输入幅度范围：正弦波30mV1V，脉冲波，脉冲波0.1VP-P3VP-P。 触发电平：触发电平：1.5V，步进，步进30mV，递增，递增/递减；极性可选。递减；极性可选。 晶体振荡器：标称频率为晶体振荡器：标称频率为5MHz。 显示：

56、显示位数为显示：显示位数为8位，单位为位，单位为kHz、s。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍 P182 由由ICM 7226B组成的组成的10MHz 通用计数器简图通用计数器简图 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍 5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器通用计数器产品介绍通用计数器产品介绍 P183 输入通道的组成框图输入通道的组成框图 10:09第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.1 时间频率测量仪器概述时间频率测量

57、仪器概述5.2 通用计数器通用计数器5.3 等精度电子计数器等精度电子计数器5.4 时间计数器时间计数器5.5 微波计数器微波计数器时间频率测量的特点和方法时间频率测量的特点和方法频率和周期的测量原理，误差分析和误差频率和周期的测量原理，误差分析和误差计算，输入放大比较部分的电路原理计算，输入放大比较部分的电路原理5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.2 通用计数器通用计数器简述计数式频率计频率测量的原理，说明这种测频简述计数式频率计频率测量的原理，说明这种测频方法测频有哪些测量误差方法测频有哪些测量误差?简述计数式频率计测量周期的原理，说明这种测量简述计数式频率计测量周期的原理，说明这种

58、测量方法测量有哪些误差方法测量有哪些误差?某频率计用测量频率的闸门时间为某频率计用测量频率的闸门时间为1s，测量周期的，测量周期的时标为时标为10ns，分别给出用测频方法和测周期的方法，分别给出用测频方法和测周期的方法测量频率为测量频率为fx信号时的最大计数误差信号时的最大计数误差?10:09第第5章章 时间频率测量仪器时间频率测量仪器5.1 时间频率测量仪器概述时间频率测量仪器概述5.2 通用计数器通用计数器5.3 等精度电子计数器等精度电子计数器5.4 时间计数器时间计数器5.5 微波计数器微波计数器时间频率测量的特点和方法时间频率测量的特点和方法频率和周期的测量原理，误差分析和误差频率和

59、周期的测量原理，误差分析和误差计算，输入放大比较部分的电路原理计算，输入放大比较部分的电路原理 等精度测频是新一代的测频方法。该方法采用多等精度测频是新一代的测频方法。该方法采用多周期同步测量技术，周期同步测量技术，先产生一个与输入信号同步的闸先产生一个与输入信号同步的闸门时间信号；然后用两个计数器在同一个闸门时间分门时间信号；然后用两个计数器在同一个闸门时间分别对输入信号的周期数（整数个）和标准频率计数，别对输入信号的周期数（整数个）和标准频率计数，得到多个输入信号的周期值；最后再进行（倒数）运得到多个输入信号的周期值；最后再进行（倒数）运算而求得输入信号的频率值。算而求得输入信号的频率值。

60、由于输入信号与闸门信由于输入信号与闸门信号同步，因此对输入信号周期个数的计数不存在量化号同步，因此对输入信号周期个数的计数不存在量化误差，对标准频率的计数虽然存在量化误差，但较小，误差，对标准频率的计数虽然存在量化误差，但较小，且基本是个固定值，这样便可在整个测频范围内基本且基本是个固定值，这样便可在整个测频范围内基本上获得同样高的测量精度和分辨率。由于测量了多个上获得同样高的测量精度和分辨率。由于测量了多个周期的值，所以触发误差也相应减小。周期的值，所以触发误差也相应减小。5 时间频率测量仪器时间频率测量仪器_5.3等精度电子计数器等精度电子计数器10:09第第5章章 时间频率测量仪器时间频