第五章頻率及時間測量1-2

1、1第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量目目 錄錄5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 電子計數(shù)法測量頻率電子計數(shù)法測量頻率5.3 5.3 電子計數(shù)法測量周期電子計數(shù)法測量周期5.4 5.4 電子計數(shù)法測量時間間隔電子計數(shù)法測量時間間隔5.5 5.5 單片單片10MHz10MHz頻率計數(shù)器頻率計數(shù)器5.6 5.6 其它測量頻率的方法其它測量頻率的方法25-1 5-1 概概 述述一、時間、頻率的基本概念一、時間、頻率的基本概念 1.時間的定義與標(biāo)準(zhǔn)時間的定義與標(biāo)準(zhǔn)時間時間是國際單位制中是國際單位制中七個基本物理量七個基本物理量之一，基本單位是之一，基本單位是秒（秒（s） “

2、時間時間”在一般概念中有在一般概念中有“時刻時刻”“”“間隔間隔”兩種含義兩種含義. 如圖中的矩形脈沖信號在如圖中的矩形脈沖信號在t1時刻開始出現(xiàn)，在時刻開始出現(xiàn)，在t2時刻消失；時刻消失； 而而 tt2t1，表示表示t1、t2這兩個時刻之間的間隔，即矩形脈沖持這兩個時刻之間的間隔，即矩形脈沖持續(xù)的時間長度。續(xù)的時間長度?！皶r刻時刻”與與“間隔間隔”二者的測量方法是不同的。二者的測量方法是不同的。圖圖5.15.11 1 時刻、時間間隔示意圖時刻、時間間隔示意圖第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量3 1)、世界時（、世界時（UT）：）： 地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一天，把

3、它的地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一天，把它的1/86400定為定為1秒。誤差：秒。誤差：108 歷書時（歷書時（ET）：）：地球公轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一地球公轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一年，年，1900年年1月月1日日0時起始的回歸年（太陽連續(xù)兩時起始的回歸年（太陽連續(xù)兩次次“經(jīng)過經(jīng)過”春分點(diǎn)所經(jīng)歷的時間）長度的春分點(diǎn)所經(jīng)歷的時間）長度的1/31 556 925.974 7為為1秒。誤差：秒。誤差：109第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量時間的定義：時間的定義：4 2)、原子時（、原子時（AT）：）： 秒定義為：秒定義為：“秒是銫秒是銫133原子（原子（Cs133）基態(tài)的

4、兩個超）基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9 192 631 770個周個周期所持續(xù)的時間。期所持續(xù)的時間。” 誤差：誤差：1014 3)、協(xié)調(diào)世界時、協(xié)調(diào)世界時 (UTC): 采用原子時的速率（對秒的定義）通過閏秒方法使原采用原子時的速率（對秒的定義）通過閏秒方法使原子時和世界時接近的時間尺度。是一種折衷的產(chǎn)物。子時和世界時接近的時間尺度。是一種折衷的產(chǎn)物。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量時間的定義：時間的定義：5第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量 現(xiàn)在各國標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)播臺所發(fā)送的是協(xié)調(diào)世界時標(biāo)UTC），其

5、精確度優(yōu)于2 21010-11-11s。 陜西天文臺是規(guī)模較大的現(xiàn)代化授時中心,臺內(nèi)的銫原子鐘作為我國原子時間標(biāo)準(zhǔn)，它能夠保持三萬年以上正負(fù)一秒的偏差。 6 頻率頻率是單位時間內(nèi)是單位時間內(nèi)周期過程周期過程的重復(fù)、循環(huán)、或振動的重復(fù)、循環(huán)、或振動的次數(shù)，記為的次數(shù)，記為f。聯(lián)系周期與頻率的定義，不難看出。聯(lián)系周期與頻率的定義，不難看出f與與T之間有下述關(guān)系，即：之間有下述關(guān)系，即： f = 1 / T （5.1-2） 若周期若周期T的單位是秒，由上式可知頻率的單位就是的單位是秒，由上式可知頻率的單位就是 1/秒秒，即，即赫茲（赫茲（Hz）。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位

6、的測量2.2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn) 7 常用的常用的頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率標(biāo)準(zhǔn)有有石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器（晶振晶振），它使），它使用在一般的電子設(shè)備與系統(tǒng)中。用在一般的電子設(shè)備與系統(tǒng)中。 優(yōu)點(diǎn)：很高的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，振蕩頻率受優(yōu)點(diǎn)：很高的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，振蕩頻率受外界因素的影響小，可以達(dá)到外界因素的影響小，可以達(dá)到1010-10-10左右的頻率穩(wěn)定度。左右的頻率穩(wěn)定度。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量2.2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn) 8 最準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)是最準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，簡稱為，簡稱為原子原子頻標(biāo)頻標(biāo)。原子頻標(biāo)有

7、許多種，其中。原子頻標(biāo)有許多種，其中銫束原子頻標(biāo)銫束原子頻標(biāo)的穩(wěn)定的穩(wěn)定性、制作重復(fù)性較好，高標(biāo)準(zhǔn)的頻率標(biāo)準(zhǔn)源大多采用性、制作重復(fù)性較好，高標(biāo)準(zhǔn)的頻率標(biāo)準(zhǔn)源大多采用銫束原子頻標(biāo)。銫束原子頻標(biāo)。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量 時間標(biāo)準(zhǔn)和頻率標(biāo)準(zhǔn)具有同一性，可由時間標(biāo)時間標(biāo)準(zhǔn)和頻率標(biāo)準(zhǔn)具有同一性，可由時間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，也可由頻率標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出時間標(biāo)準(zhǔn)。準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，也可由頻率標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出時間標(biāo)準(zhǔn)。 一般情況下不再區(qū)分時間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，而統(tǒng)稱一般情況下不再區(qū)分時間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，而統(tǒng)稱為時頻標(biāo)準(zhǔn)。為時頻標(biāo)準(zhǔn)。2.2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn) 93 3標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞標(biāo)準(zhǔn)時頻

8、的傳遞其一其一本地比較法本地比較法 用戶把自己要校準(zhǔn)的裝置搬到擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方，用戶把自己要校準(zhǔn)的裝置搬到擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方，或者由有標(biāo)準(zhǔn)源的主控室通過電纜把標(biāo)準(zhǔn)信號送到需或者由有標(biāo)準(zhǔn)源的主控室通過電纜把標(biāo)準(zhǔn)信號送到需要的地方，然后通過中間測試設(shè)備進(jìn)行比對。使用這要的地方，然后通過中間測試設(shè)備進(jìn)行比對。使用這類方法時，類方法時，環(huán)境條件可控制得很好，外界干擾可減至環(huán)境條件可控制得很好，外界干擾可減至最小，標(biāo)準(zhǔn)的性能得以最充分利用最小，標(biāo)準(zhǔn)的性能得以最充分利用。 缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是作用距離有限，遠(yuǎn)距離用戶要將自己的裝作用距離有限，遠(yuǎn)距離用戶要將自己的裝置搬來搬去，會帶來許多問題和麻煩置搬來搬去，會帶來許

9、多問題和麻煩。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量103 3標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其二其二發(fā)送發(fā)送- -接收標(biāo)準(zhǔn)電磁波法接收標(biāo)準(zhǔn)電磁波法 指其時間頻率受標(biāo)準(zhǔn)源控制的電磁波，或指其時間頻率受標(biāo)準(zhǔn)源控制的電磁波，或含有含有標(biāo)準(zhǔn)時頻信息的電磁波標(biāo)準(zhǔn)時頻信息的電磁波。擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方通過發(fā)。擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方通過發(fā)射設(shè)備將上述標(biāo)準(zhǔn)電磁波發(fā)送出去，用戶用相應(yīng)的射設(shè)備將上述標(biāo)準(zhǔn)電磁波發(fā)送出去，用戶用相應(yīng)的接收設(shè)備將標(biāo)準(zhǔn)電磁波接收下來，便可得到標(biāo)準(zhǔn)時接收設(shè)備將標(biāo)準(zhǔn)電磁波接收下來，便可得到標(biāo)準(zhǔn)時頻信號，并與自己的裝置進(jìn)行比對測量?，F(xiàn)在，頻信號，并與自己的裝置進(jìn)行比對測量?，F(xiàn)在，從從

10、甚長波到微波的無線電的各頻段都有標(biāo)準(zhǔn)電磁波廣甚長波到微波的無線電的各頻段都有標(biāo)準(zhǔn)電磁波廣播。播。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量11用標(biāo)準(zhǔn)電磁波傳送標(biāo)準(zhǔn)時頻，是時頻量值傳遞與其他物理量用標(biāo)準(zhǔn)電磁波傳送標(biāo)準(zhǔn)時頻，是時頻量值傳遞與其他物理量傳遞方法顯著不同的地方，它極大地擴(kuò)大了時頻精確測量的傳遞方法顯著不同的地方，它極大地擴(kuò)大了時頻精確測量的范圍，大大提高了遠(yuǎn)距離時頻的精確測量水平。范圍，大大提高了遠(yuǎn)距離時頻的精確測量水平。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量3 3標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞12 具有動態(tài)性具有動態(tài)性：與長度、質(zhì)量、溫度等常規(guī)量

11、不同：與長度、質(zhì)量、溫度等常規(guī)量不同, ,必須依必須依靠時鐘的穩(wěn)定性，期望后一個周期是下一個周期的準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)?？繒r鐘的穩(wěn)定性，期望后一個周期是下一個周期的準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)。 測量精度高測量精度高：有著各種等級的時頻標(biāo)準(zhǔn)源：有著各種等級的時頻標(biāo)準(zhǔn)源( (如前述的如前述的晶體晶體振蕩器時鐘振蕩器時鐘、銫原子時鐘銫原子時鐘等等) )，采用無線電波傳遞標(biāo)準(zhǔn)時頻，采用無線電波傳遞標(biāo)準(zhǔn)時頻方便、迅速，改變了傳統(tǒng)的量值傳遞方式。頻率時間測量所方便、迅速，改變了傳統(tǒng)的量值傳遞方式。頻率時間測量所能達(dá)到的分辨率和準(zhǔn)確度是最高的。能達(dá)到的分辨率和準(zhǔn)確度是最高的。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量4

12、 4頻率時間測量的特點(diǎn)頻率時間測量的特點(diǎn)13 測量范圍廣測量范圍廣：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中所涉及到的：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中所涉及到的頻率范圍頻率范圍是是極其寬廣的，從極其寬廣的，從10-8 Hz到到1012 Hz以上以上,都可以做到高精度都可以做到高精度的測量。的測量。 頻率信息的傳輸和處理方便頻率信息的傳輸和處理方便：倍頻倍頻、分頻分頻和和混頻混頻等都等都比較容易，并且比較容易，并且精確度精確度很高很高. 正因為如此，人們想到了通過巧妙的數(shù)學(xué)方法和先正因為如此，人們想到了通過巧妙的數(shù)學(xué)方法和先進(jìn)的電子技術(shù)，將其他的物理量測量轉(zhuǎn)換為頻率進(jìn)的電子技術(shù)，將其他的物理量測量轉(zhuǎn)換為頻率(時間時間)的的測量，以提高其

13、測量精度。測量，以提高其測量精度。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量4 4頻率時間測量的特點(diǎn)頻率時間測量的特點(diǎn)14根據(jù)根據(jù)測量頻率的原理測量頻率的原理，測頻方法測頻方法大體上可作如下分類：大體上可作如下分類： 直讀法直讀法: :利用無源網(wǎng)絡(luò)頻率特性測頻法利用無源網(wǎng)絡(luò)頻率特性測頻法 包含有包含有電橋法電橋法和和諧振法諧振法。 比較法比較法: :將被測頻率信號與已知頻率信號相比較，通將被測頻率信號與已知頻率信號相比較，通過觀、聽比較結(jié)果，獲得被測信號的頻率。過觀、聽比較結(jié)果，獲得被測信號的頻率。屬比較法的有：屬比較法的有：拍頻法拍頻法、差頻法差頻法、示波法示波法。第五章第五

14、章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量15計數(shù)法計數(shù)法有有電容充放電式電容充放電式和和電子計數(shù)式電子計數(shù)式兩種。兩種。 后者是根據(jù)后者是根據(jù)頻率的定義頻率的定義進(jìn)行測量的一種方法，它是進(jìn)行測量的一種方法，它是用用電子計數(shù)器電子計數(shù)器顯示單位時間內(nèi)通過被測信號的周期個數(shù)來顯示單位時間內(nèi)通過被測信號的周期個數(shù)來實(shí)現(xiàn)頻率的測量。實(shí)現(xiàn)頻率的測量。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量165-2 5-2 電子計數(shù)法測量頻率電子計數(shù)法測量頻率一、電子計數(shù)法測頻原理一、電子計數(shù)法測頻原理若某一信號在若某一信號在 T 秒時間內(nèi)重復(fù)變化了秒時間內(nèi)重復(fù)變化了N 次，則根據(jù)次，則根據(jù)頻

15、率的定義，頻率的定義，可知該信號的可知該信號的頻率頻率 fs 為為TNfs/ （5.2-15.2-1） 通常通常T T取取l l秒或其它十進(jìn)時間秒或其它十進(jìn)時間，如，如 0.1 0.1 s s，0.0l 0.0l s s等等第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量17計數(shù)式頻率計測頻由三部分組成計數(shù)式頻率計測頻由三部分組成時間基準(zhǔn)時間基準(zhǔn) T 產(chǎn)生電路產(chǎn)生電路：作用是提供準(zhǔn)確的計數(shù)時間：作用是提供準(zhǔn)確的計數(shù)時間T，也稱，也稱閘門時間脈沖閘門時間脈沖TmTc （10ms、0.1s、1s、10s）第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量計數(shù)脈沖形成電路計數(shù)脈沖形

16、成電路：作用是將被測的周期信號轉(zhuǎn)換為：作用是將被測的周期信號轉(zhuǎn)換為 可計數(shù)的窄脈沖可計數(shù)的窄脈沖Tx。計數(shù)顯示電路計數(shù)顯示電路：計數(shù)被測周期信號重復(fù)的次數(shù)，顯示：計數(shù)被測周期信號重復(fù)的次數(shù)，顯示 被測信號的頻率。被測信號的頻率。18電子計數(shù)器的測頻電子計數(shù)器的測頻原理實(shí)質(zhì)上是以原理實(shí)質(zhì)上是以比較法比較法為基礎(chǔ)的。它將被為基礎(chǔ)的。它將被測信號頻率測信號頻率 fx 和已知時基信號頻率和已知時基信號頻率 fc 相比，將相比的結(jié)果以相比，將相比的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來。數(shù)字的形式顯示出來。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量被測信號被測信號被測窄脈沖信號被測窄脈沖信號閘門時間脈

17、沖閘門時間脈沖被測窄脈沖信號被測窄脈沖信號19二、誤差分析計算二、誤差分析計算 計數(shù)式測量頻率計數(shù)式測量頻率的方法雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在測量誤差。的方法雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在測量誤差。由式：由式：TTNNffxx 0（5.2-25.2-2）電子計數(shù)測頻方法電子計數(shù)測頻方法引起的引起的測頻相對誤差測頻相對誤差，由計數(shù)脈沖值的，由計數(shù)脈沖值的相對誤差相對誤差和和標(biāo)準(zhǔn)時間相對誤差標(biāo)準(zhǔn)時間相對誤差兩部分組成。兩部分組成。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量TNfs/ 得得20為了得到頻率測量相對誤差，分別討論兩部分相對誤差：為了得到頻率測量相對誤差，分別討論兩部分相對誤差：1.

18、 1. 脈沖計數(shù)誤差（脈沖計數(shù)誤差（1 1誤差）誤差） 在測頻時，主門的開啟時刻與計數(shù)脈沖的出現(xiàn)不相關(guān)。在測頻時，主門的開啟時刻與計數(shù)脈沖的出現(xiàn)不相關(guān)。脈沖的隨機(jī)出現(xiàn)使在相同的主門開啟時間脈沖的隨機(jī)出現(xiàn)使在相同的主門開啟時間T(T(先假定標(biāo)先假定標(biāo)準(zhǔn)時間相對誤差為零準(zhǔn)時間相對誤差為零) )內(nèi)，計數(shù)器所計得值卻不一定內(nèi)，計數(shù)器所計得值卻不一定相同，其值多相同，其值多1 1、或少、或少1 1、或正好。這便是脈沖計數(shù)誤、或正好。這便是脈沖計數(shù)誤差（量化誤差）即差（量化誤差）即l l誤差產(chǎn)生的原因。誤差產(chǎn)生的原因。圖5.2-2 脈沖計數(shù)誤差示意圖第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測

19、量21下圖下圖T為計數(shù)器的為計數(shù)器的主門開啟時間主門開啟時間，Tx為被測信號周期，為被測信號周期，t1為主門開啟時刻至第一個計數(shù)脈沖前沿的時間為主門開啟時刻至第一個計數(shù)脈沖前沿的時間(假設(shè)假設(shè)計數(shù)脈沖前沿使計數(shù)器翻轉(zhuǎn)計數(shù)計數(shù)脈沖前沿使計數(shù)器翻轉(zhuǎn)計數(shù))，t2為閘門關(guān)閉時刻為閘門關(guān)閉時刻至下一個計數(shù)脈沖前沿的時間。設(shè)計數(shù)值為至下一個計數(shù)脈沖前沿的時間。設(shè)計數(shù)值為N(處在處在T區(qū)區(qū)間之內(nèi)窄脈沖個數(shù)間之內(nèi)窄脈沖個數(shù))。由圖可見：。由圖可見：xxxTTttNttNTT 2121（5.2-35.2-3） xTttN21 （5.2-45.2-4） 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量2

20、2 1、考慮、考慮t1和和t2都是不大于都是不大于Tx的正時間量，即的正時間量，即|N|l 2、N計數(shù)增量計數(shù)增量只能為實(shí)整數(shù)，只能為實(shí)整數(shù)，N0、1、l 所以，脈沖計數(shù)所以，脈沖計數(shù)最大絕對誤差最大絕對誤差為為 NNl l （5.2-55.2-5） 則脈沖計數(shù)則脈沖計數(shù)最大相對誤差最大相對誤差為為TfNNNx11 （5.2-65.2-6） Fx ：被測信號頻率被測信號頻率T ：閘門時間閘門時間 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量xTttN21 23由式由式 可得如下結(jié)論：可得如下結(jié)論： 脈沖計數(shù)相對誤差與被測信號頻率成反比；與閘門脈沖計數(shù)相對誤差與被測信號頻率成反比；

21、與閘門時間成反比。時間成反比。 即是說被測信號頻率越高、閘門時間越寬，此項相即是說被測信號頻率越高、閘門時間越寬，此項相對誤差越小。對誤差越小。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量TfNNNx11 24 例如：若閘門時間例如：若閘門時間T=l s，被測頻率，被測頻率fx為為100Hz，則，則1誤差為誤差為1 Hz；若；若fx為為1000Hz，土土l誤差也為誤差也為1 Hz。 而計算其相對誤差，前者是而計算其相對誤差，前者是l，而后者卻是，而后者卻是0. l；顯然被測頻率高，相對誤差小。；顯然被測頻率高，相對誤差小。 再如，若被測頻率再如，若被測頻率 fx 100Hz，當(dāng)當(dāng)

22、Tl s 時，時，1誤差誤差為為l Hz，其相對誤差為，其相對誤差為土土l；當(dāng)當(dāng)T10s 時時土土l誤差為誤差為0.1Hz，其相對誤差為，其相對誤差為0.1。 本例用數(shù)據(jù)表明：當(dāng)本例用數(shù)據(jù)表明：當(dāng) fx 一定時，增大閘門時間一定時，增大閘門時間T，可，可減小脈沖計數(shù)相對誤差。減小脈沖計數(shù)相對誤差。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量252 2閘門時間誤差閘門時間誤差( (標(biāo)準(zhǔn)時間誤差標(biāo)準(zhǔn)時間誤差) )： 閘門時間不準(zhǔn)，造成主門啟閉時刻不準(zhǔn)閘門時間不準(zhǔn)，造成主門啟閉時刻不準(zhǔn)，會產(chǎn)生測會產(chǎn)生測頻計數(shù)誤差頻計數(shù)誤差。 閘門信號閘門信號 T 是由頻率為是由頻率為 fc (周期為周

23、期為Tc )晶振信號晶振信號m分分頻而得，則：頻而得，則： （5.2-75.2-7） 對上式微分，得對上式微分，得2/ccfmdfdT （5.2-85.2-8） 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量cCfmmTT/ 26由式由式(5.2-8)、(5.2-7)可知可知ccffdTTd （5.2-95.2-9） 考慮考慮相對誤差定義相對誤差定義中使用的是中使用的是增量符號增量符號，用增量符，用增量符號代替上式中微分符號，改寫為號代替上式中微分符號，改寫為 ccffTT （5.2-105.2-10） 上式表明：上式表明：閘門時間相對誤差閘門時間相對誤差在在數(shù)值上數(shù)值上等于等于晶

24、振頻率晶振頻率 的相對誤差的相對誤差。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量27將式將式 、 代入式代入式 得得 ccxxxffTfff 1（5.2-115.2-11） 若考慮極限情況，測量頻率的若考慮極限情況，測量頻率的最大相對誤差最大相對誤差應(yīng)寫為應(yīng)寫為 ccxxxffTfff1（5.2-125.2-12） 由上式可看出：提高頻率測量的準(zhǔn)確度措施是：由上式可看出：提高頻率測量的準(zhǔn)確度措施是：提高晶振頻率的提高晶振頻率的準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度和和穩(wěn)定度穩(wěn)定度以減小以減小閘門時間誤差閘門時間誤差。擴(kuò)大擴(kuò)大閘門時間閘門時間T T或倍頻被測信號頻率或倍頻被測信號頻率以減小以減小1 1誤差

25、誤差。被測信號頻率較低時，采用被測信號頻率較低時，采用測周期的方法測周期的方法測量測量. .第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量TfNNNx11 ccffTT TTNNffxx 28 計數(shù)式頻率計計數(shù)式頻率計的測頻準(zhǔn)確度主要取決于儀器本身的測頻準(zhǔn)確度主要取決于儀器本身閘閘門時間的準(zhǔn)確度門時間的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度穩(wěn)定度和和恰當(dāng)選擇閘門時間恰當(dāng)選擇閘門時間。 用優(yōu)質(zhì)的石英晶體振蕩器是可以滿足一般電子測量用優(yōu)質(zhì)的石英晶體振蕩器是可以滿足一般電子測量對閘門時間準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度的要求的。對閘門時間準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度的要求的。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量29 一臺

26、可顯示一臺可顯示8位數(shù)的位數(shù)的計數(shù)式頻率計計數(shù)式頻率計，取測量單位為，取測量單位為kHz。 若被測信號頻率為若被測信號頻率為fx10 MHz，當(dāng)選擇閘門時間，當(dāng)選擇閘門時間T1s時，時，儀器顯示值為儀器顯示值為10 000.000kHz； 選選T0.1s時，顯示值為時，顯示值為0100 0000kHz 選選T10ms時，顯示值為時，顯示值為001 0 0000kHz 由此可見，選擇由此可見，選擇T大一些數(shù)據(jù)的大一些數(shù)據(jù)的有效位數(shù)有效位數(shù)多多，同時，同時量化量化誤差誤差小小，因而，因而測量準(zhǔn)確度測量準(zhǔn)確度高高。但是，在實(shí)際測頻時并非閘。但是，在實(shí)際測頻時并非閘門時間越長越好，它也是有限度的。門時

27、間越長越好，它也是有限度的。第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量閘門時間的選擇（舉例）閘門時間的選擇（舉例）30本例如選本例如選T10 s，則儀器顯示為，則儀器顯示為0 000000 0 kHz，把最高位丟了。造成虛假現(xiàn)象。原因是把最高位丟了。造成虛假現(xiàn)象。原因是由于實(shí)際的儀由于實(shí)際的儀器顯示的數(shù)字都是有限的，而產(chǎn)生了溢出造成的器顯示的數(shù)字都是有限的，而產(chǎn)生了溢出造成的。 所以，所以，選擇閘門時間的原則選擇閘門時間的原則是：是： 在不使計數(shù)器產(chǎn)生溢出現(xiàn)象的前提下，應(yīng)取閘門在不使計數(shù)器產(chǎn)生溢出現(xiàn)象的前提下，應(yīng)取閘門時間盡量大一些，減少量化誤差的影響，使測量的準(zhǔn)時間盡量大一些，減少量化誤差的影響，使測量的準(zhǔn)確度最高。確度最高。 第五章第五章 時間、頻率和相位的測量時間、頻率和相位的測量31三、測量頻率范圍的擴(kuò)大三、測量頻率范圍的擴(kuò)大 測頻時，測量的最高頻率主要取決于測頻時，測量的最高頻率主要取決于計數(shù)器的工作計數(shù)器的工作速率速率，而這又是由，而這又是由數(shù)字集成電路器件數(shù)字集成電路器件的速度所決定的。的速度所決定的。 目前計數(shù)器測量頻率的上限為目前計數(shù)器測量頻率的上限為1GHz左右，為了能測量左右，為了能測量高于高于1GHz的頻率，有許多種擴(kuò)大測量頻率范圍的方法。的頻率，有許多種擴(kuò)大測量頻率范圍的方法。 這里只介紹一種稱之為這里只介紹一種稱之為外差法外差法擴(kuò)大