电子测量技术与应用项目25第49-50学时4.3-1

1第四节

电子计数器的测量误差基本内容:1.量化误差2.触发误差3.标准频率误差4.如何减小量化误差对测频、测周的影响。2

电子计数器基本组成

（1）输入通道（2）计数显示电路（3）逻辑控制电路（4）标准时间产生电路3通用电子计数器的测量功能

频率周期频率比时间间隔累加计数自检4电子计数器基本组成方框5测周期时:

标准时间信号（晶振）经过放大整形和倍频电路，送入A通道，用作测周期时的计数脉冲，称为时标信号；测频率时:

标准时间信号（晶振）经过放大整形和一系列分频，送入B通道，用作测频时控制门控电路的信号，称为时基信号。6在计数器测量频率和周期时我们遇到了四个信号，计数脉冲、时标信号、门控信号及时基信号，他们既有共同点又有不同点。计数脉冲和时标信号都是通过闸门供计数器计数的高频短周期脉冲信号，但计数脉冲是计数器测频率时由被测信号经A通道输入再经放大整形和一系列倍频之后得到的；而时标信号是计数器测周期时由晶振产生并经过放大整形和倍频电路，送入A通道，用作测周期时的计数脉冲。7门控信号和时基信号都是用于控制闸门电路的信号，其周期比计数脉冲要大得多。但门控信号是计数器测周期时由被测信号经B通道输入再经放大整形和一系列分频、倍频之后得到的；而时基信号是计数器测频率时由晶振产生并经过放大整形和分频电路，送入B通道，用作测频率时的门控信号。8

一、

测量误差的来源量化误差触发误差标准频率误差9（一）量化误差（±1字误差）

量化误差是在将模拟量转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。用电子计数器测量频率，实质上是一个量化过程。量化的最小单位是数码的一个字，或者是一个脉冲。测频时，计数脉冲通过闸门进入计数器，由于闸门开启时刻和第一个被测计数脉冲到来的时刻之间的关系是随机的，当闸门开启时间T接近甚至等于被测信号周期Tx的整数倍时，误差最大。10图2-30最大量化误差示意图NTx9t1t2Δt91(a)Δt→0Δt→0(b)Tx111量化误差的特点是：

无论计数值为多少,每次的计数值总是相差±112345678912量化误差的公式为：量化误差的相对误差公式为：13可见，对于正常计数值N=8来说，最大的计数误差为△N=±1个数。代入上式中可得：式中：T—闸门时间fx—被测频率从上式可以看出，不管N为多少，其最大误差总是±1个计数单位，因此量化误差又称为±1误差。增大闸门时间T，可减小±1误差的大小。当T选定后,fx越低，则由±1误差产生的测频误差越大。14量化误差公式分析:从公式可看出，总读N数越大，γN越小，测量的相对准确度就越高。例如：计数器读数N=100时，γN=±1%

读数N=10000时，γN=±0.01% 同是±1个字的误差，但对测量准确度的影响却大不相同。15测量误差的分析(量化误差的影响)测周误差：由测周公式测频误差：由测频公式16测频误差有两项：一方面决定于闸门时间T是否准确，另一方面决定于计数器计得的数值是否准确，即量化误差。利用合成的办法可得公式：是数字化仪器特有的量化误差，计数值的准确度。是闸门时间的相对误差，由标准频率源产生。闸门时间的准确度等于标准频率的准确度。17（二）触发误差

18触发误差又称为转换误差产生原因：被测信号在整形过程中，原因：整形电路本身触发电平的抖动，被测信号叠加有噪声，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。闸门开启时间为:19触发误差的相对误差：Un—为噪声或干扰信号的最大幅度,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，对测量频率的影响较小。20在实际测量中，为提高测量的准确度和分辨力，应尽量采用多周期测量。利用多周期测量可以减小转换误差对测量周期的影响。所谓多周期测量即用计数器测量多个周期Tx，例如10Tx，然后将计得的数除以10而得到一个Tx周期的数。选用小的时标以及尽可能提高信噪比。在计数器电路中，通过改变周期倍乘步位的同时，相应地向左移动一位小数点的方法，来完成一次除以10的运算。这样，计数器可以直接显示Tx的值。21（三）标准频率误差

标准频率误差指的是由于石英晶振的信号不稳定性准确度等原因而产生的误差。通常要求石英晶振的准确度Δfs/fs

要比±1量化误差小一个量级。石英晶振准确度22测频误差的第二项△T/T决定于石英晶振所提供的标准频率的准确度。如分频系数为Kf，石英晶振的频率fs则闸门时间：T=Kf

Ts=Kf/fs，

可见，闸门时间的准确度等于标准频率的准确度。为了使标准频率误差不对测量结果产生影响，通常要求石英晶振的准确度△fs/fs要比±1误差引起的测频误差小一个量级。23测周误差主要有三项：测频误差主要有两项：量化误差和闸门时间的误差24要减小量化误差对测频的影响，应设法增大计数值N。在A通道中选用倍频次数m较大的倍频器，即选用短时标信号；在B通道中增大分频次数Kf，延长闸门时间；可以直接测量高频信号的频率。25要减小测周量化误差应设法增大计数值N。在A通道中选用倍频次数m较大的倍频器，即选用短时标信号；在B通道中增大分频次数Kf，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。26

总之，用计数器直接测周的误差主要有三项：量化误差、

转换误差、、标准频率源误差。其合成误差可按下式计算:量化误差转换误差标准频率源误差27例：用计数式频率计测量信号的周期Tx=10μs,晶振频率fs为10MHZ，其相对误差△fs/fs=±3×10-8,周期倍乘开关置“×100”，信噪比Vm/Vn为60，计算测量误差。已知：Tx=10μs,fs=10MHZ,△fs/fs=±3×10-8Vm/Vn=6028总结1.电子计数器基本组成输入通道，计数显示电路逻辑控制电路，标准时间产生电路2.计数器的测量功能频率，周期，频率比，时间间隔，累加计数，自检。量化误差29总结4.

触发误差

：产生原因整形电路本身触发电平的抖动，被测信号叠加有噪声，各种干扰信号等原因。5.标准频率误差：30总结测频时：晶振信号用来产生门控信号，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，